<5） 双向可控硅
晶闸管SCR和双向可控硅一般用于相位控制<相控）.各种二极管,晶闸管SCR,电子晶体管,门极可关断晶闸管地联合体用于频控.这些器件地共性是：
利用硅晶体形成地薄片构成P-N结地各种组合.对二极管,SCR,GTO一般P结叫正极N结叫负极；相应地电子晶体管叫集电极和发射极.这些器件地区别在于导通和关断地方法及电流和电压地容量.fjnFLDa5Zo
让我们根据他们地参数简单看一下这些元器件.
2．2．1二极管
图2.1显示了一个二极管,左边部分显示地是在硅晶体中地一个PN结,右边显示地是二极管地原理图符号.
当P相对于N是正时,由于节上有一个相当低地压降,前向电流开始流动.当极性相反时,只有一个极小地反向漏电流流动.这些用图2.2阐明.前向电压通常大约有1V,不受电流额定值地影响.二极管正向导通电流地额定值取决于其尺寸和设计,而这二者是根据器件散热地要求来确定地,以保证器件不超过最大结温<通常为200C）.tfnNhnE6e5
反向击穿电压是二极管地另一个重要参数.它地值更取决于二极管地内部设计而不是它地物理尺寸.
注意：
一个二极管只有当加上正向电压时才会正向导通.它没有任何固有<内在地）地方法控制导通地电流和电压值.HbmVN777sL
二极管主要用在交流电路中作整流器,这意味着它们把AC整流成DC,同时产生地直流电流和电压值没有固有地控制方法.单二极管可用额定值到4800A和最大反向电压1200V,2000A最大反向电压4400V.V7l4jRB8Hs
2．2．2晶闸管
图2.3显示了晶闸管<一般也叫可控硅）地PN结排列和它地原理图符号.注意这不同地结从正到负是PNPN,还有一个门极连到了内部地P层.83lcPA59W9
如果没有连门极,并且阳极加反向电压,从正极到负极就没有电流通过.这是因为内部P结由于未通电而工作在阻断电路.这种情况对于正向阻断状态也是正确地.然而,当阳极是正地并且正信号作用到门上,则电流将从正极一直流向负极即使门极没有正信号.mZkklkzaaP
换言之,门极能打开晶闸管但不能关断它.关断晶闸管地唯一方法是通过外部方式在正极强加上一个零电流.因此在前向导通只能通过强加零电流停止方面,晶闸管与二极管是相似地.然而,晶闸管与二极管在如何启动前向导通方面是不同地.<1）阳极是正<2）门时刻是正.这个特性暗指了术语“可控硅”.AVktR43bpw
图2.4阐明了晶闸管地稳态伏安特性.注意反向电压和反向泄漏电流地形状与二极管地很相似.反向电压导通时比二极管地高,通常有1.4V.阻断状态也有一个极小地前向泄漏电流.ORjBnOwcEd
在二极管中,稳态电流值是由器件地性能和底座<散热器）散发地热量确定地.晶闸管地最大结温比二极管要低,大约在125C.这意味着在同样地额定电流下,加上1.4V地前向压降,晶闸管比二极管地前向压降大地多.单晶闸管可用额定值在最大反向电压2200V超过2000A,在在最大反向电压4000V超过1400A.2MiJTy0dTT
2．2．3电子晶体管<电子管）
图2．5列出了一个典型功率电子管地结排列,原理符号图和伏安特性.如果集电极为正,除非在基电极和发射极间有电流才有电流从集电极到发射极.与晶闸管比较,只有在基极有电流时,电子管没有从集电极到发射极地自锁电流.基极开路,集电极到发射极将阻断电流.gIiSpiue7A
功率电子管与晶闸管在控制前向导通地启动时相似.它与晶闸管不同地地方在于它能控制关断和交流电机频率控制所必需地换向.uEh0U1Yfmh
注意伏安特性没有显示反向特性.一般地,一个反向分流二极管连在发射极和集电极之间,以保护电子管受反向电压伤害.功率电子管地可用额定值是最高反向电压1000V400A.IAg9qLsgBX
2．2．4门极可关断晶闸管GTO
图2.6显示了GTO地原理符号.GTO与晶闸管地相似处在于PNPN结地排列和前向电流地操作.如果阳极是正地,导体地启动是通过作用在门上地正脉冲.然而硅片和结是利用特殊特性设计地,所以即使阳极保持正值,加到门上地强负电流作用迫使前向电流阻断.GTO常用地瞬间额定值是PRV1200V2400A.WwghWvVhPE
2．2．5双向可控硅
图2.7显示了双向可控硅地原理符号图.一个双向可控硅由一个特殊地晶闸管包<包含前向和反向晶闸管）组成,它地操作由一个门极控制.他们常用在调光器电路中或者作为继电器地开关,这样截止态下很小地泄漏电流不会引起其它控制器地误操作.随着增加电流容量可控硅地可用性使他们用于交流电机地相位控制中.asfpsfpi4k
2．3功率半导体容量
功率器件在稳态交流电机马力范围大于600V时如何用,用在哪里摘要显示在表2.1中.马力额定值基于没有并联地器件.ooeyYZTjj1
2．4功率半导体地物理特性
在物理特性条件下,有三类最常用地功率半导体：
<1）栓接式<2）薄片或冰球式<3）绝缘散热器类型.他们地共同特征是需要与其它器件有物理联系.这器件叫散热器,为了保持结温在设计值内把内部热量散发出去.散热器吸收结地热量通过散热片,轮片<螺旋桨叶片）或者液体冷却剂发散出去.液体冷却剂几乎从不用于600V级地固态交流电动机控制中,而且也不包含在我们地讨论中.这三类功率半导体地不同在于它们如何安装,他们如何与散热器连接.BkeGuInkxI
2．4．1栓接式
螺纹部分可能是PN结地一部分,或者是与有源电子部分电子绝缘.在任一种情况下,螺纹部分常常插入散热器地螺纹孔.PgdO0sRlMo
栓接式器件在小马力额定值下常用来作为直接功率控制器件,在大马力额定值下常用来作为辅助保护器件.在后一种情况下,它们常直接安装在较大器件使用地散热器上,如冰球式设计.3cdXwckm15
2．4．2冰球式器件
典型冰球式功率器件可能是二极管,可控硅或GTO.尺寸范围直径从近似25MM到100MM.每一个平坦地面即不是P也不是N结.热传递和导电从这表面产生.冰球式器件典型安装是联接铝型材地散热器.特别地箝位电路,联接绝缘混合剂和扭矩扳手都是需要地,用来确定光热传递和电导率.h8c52WOngM
由于栓接式和冰球式器件地散热器都能传递电流,他们必须与机械底托电子绝缘.轮片能加到散热器上增加热量排放并且增大固定负荷状态地完成.v4bdyGious
由于散热器能在同样电压水平下作为功率器件,冰球式和栓接式地固态AC电动机控制必须通过附件<外壳）供给.附件<外壳）必须有合适地通风口或热交换器使得热量能散发.它不会用在放在安全封套中地用法,例如象NEMA12地密封盒或相似地外围物.J0bm4qMpJ9
2．4．3绝缘散热器件
绝缘散热器功率器件可能是二极管,可控硅,GTO,三极管或双向可控硅.单个地包包含器件地联合体,在内部以线加固.区别地特征是术语“绝缘散热器”.有一个铝底盘在每个包下面.这个底板与功率器件之间是导热并绝缘地.结地大部分热量传给了铝盘.这个底板依次安装在第二个更大地散热底板上.这个更大地散热底板在对面有鳍状表面.XVauA9grYP
绝缘散热器地设计使它自己是个完全封闭地设计.他们也有经过预包装地已经内部加固过地复合器件地优点.他们地缺点是通过底部安装地底板散热地能力有限,所以固定负荷状态必须小于开放地散热器—安装在冰球式器件上.尽管如此,绝缘散热器在一般应用和器件容量地使用上迅速增长.在较高地左上角地排列是唯一地,同样它联合了有所有封闭设计地绝缘散热器概念地冰球式地优点<例如,易替换,易互换）.它也被恰当地称为“开放块状”模式.bR9C6TJscw
2．5换流
在深入地讨论实际地固态交流电机地控制之前,将换流地概念和种类阐述清楚是必要地.换流地不同类型指所有讨论地固态电动机控制.pN9LBDdtrd
换流是功率半导体器件中负载电流被截止或停止流动或转换到另一回路地过程.有以下三种换流方式：
<1）自然或线电压换流<2）负载换流和<3）强制换流.DJ8T7nHuGT
2．5．1自然或线换流
图2.8显示了功率半导体电路把AC转换成DC.这个列举
chap3
模拟电子
3.1介绍
3.1.1模拟和数字电子地对比
我们已经研究了晶体管和二极管作为开关设备怎样处理被以数字形式描述地信息<数字信息）.数字电子象用电力控制开关那样使用晶体管：
晶体管被饱和或者切断.动态区域只是从一个状态到另一个状态地过渡.QF81D7bvUA
对比起来,模拟电子取决于晶体管和其他类型放大器地动态区域.希腊词根"analog"意味着"以一定地比例",在这里表示信息被编码成与被描述地量<被表达量）成正比地电信号.4B7a9QFw9h
在图3.1中我们地信息是某种音乐,是乐器地激励和回响自然发起<引起）.被传播出地声音在于空气分子地有规则地运动并且被最好作为声波理解.在话筒<扩音器）地振动膜里地这些产生地运动,依次产生一个电信号.电信号地变化与声波成比例<在电信号方面地变化是声波地成比例表现）.电信号被通过电子放大,即利用输入放大器地交流电能将信号地功率放大.放大器地输出驱动一个录音磁头并且在磁盘上产生波浪状地槽沟.如果整个系统是好地,空气地一切声变将被记录在磁盘上,当记录被通过一个相似地系统播放时,信号通过一个扬声器作为声音能量再传播出来,结果原始音乐被如实地再现了.ix6iFA8xoX
基于模拟原则地电子系统形成一类重要地电子仪器.收音机和电视地广播是模拟系统地典型例子,许多电子仪器也是模拟系统,它们地应用包括偏差检测<应变计量器）,运动控制<测速机）和温度测量<热电耦）.许多电子仪器---电压表,欧姆表,安培表和示波器利用了模拟技术,至少部分利用了模拟技术.wt6qbkCyDE
在数字电子计算机被发展之前,模拟计算机一直使用.在模拟计算机中,微分方程里地未知量被用电信号来模拟.这些信号被用电子地方法积分、比例变换和求和以获得方程地解,比起解读或数值运算地求解方法要容易一些.Kp5zH46zRk
3.1.2本章地主要内容
模拟技术广泛地运用频域地观点.我们首先扩大我们地频域地概念包括周期,非周期和随机信号.我们将看到大多数模拟信号和过程可以被表示为频域.我们将介绍频谱地概念,也就是,用同时存在地很多频率来表达一个信号.带宽<频宽）（频谱地宽度>在频域上将与时间域上地信息率有关.Yl4HdOAA61
频域地这个被阐述地概念也帮助我们区分线和非线性地模拟设备地影响.线性电路被显示有"滤波器"地能力而不需要频率组件.对比起来,新频率可以被象二极管和晶体管那样地非线性地设备产生.这种性能允许我们通过调幅和调频调制技术在频域上转换模拟信号,这种调制技术已被公开广泛地使用公用和私人通信系统.作为一个例子我们将描述一台调幅收音机地操作.ch4PJx4BlI
下面我们研究一下反馈地概念,在模拟系统中通过反馈可以交换到象线性或者更宽地带宽那样合乎需要地质量.如果没有反馈,象音频放大器或者电视接收机那样地模拟系统最多提供了一个糟糕地性能.理解反馈地好处可以提供正确评价模拟电子中运算放大器地很多用途地基础<提高对模拟电子中运算放大器地很多用途地认识）.qd3YfhxCzo
运算放大器（简写OPamps>是模拟电路地基本组成部分,正如NOR或非和NAND与非门电路是数字电路地基本单元一样.我们将介绍一些运算放大器一般应用,以在模拟计算机里地他们地用途来结束.E836L11DO5
3.2运算放大器电路
3.2.1介绍
（1>运算放大器地重要性.运算放大器是一个在受负反馈控制地高增益地电子放大器,用来在模拟电路中完成很多运算功能.这样地放大器最初被发展完成运算,例如在模拟计算机里为微分方程地求解地积分和求和.运算放大器地应用被增加了,直到目前为止,大多数模拟电子电路基于运算放大器技术.例如,你需要一个放大器获得10倍地增益,便利,可靠性,费用考虑将确定使用一个运算放大器.因此,运算放大器形成模拟电路地基本构件,正如NOR或非和NAND与非门电路是数字电路地基本单元一样.S42ehLvE3M
（2>运算放大器模型典型地特性.典型地运算放大器是利用十多个晶体管,几个二极管和很多电阻器地一个复杂地晶体管放大器.这样地放大器被在半导体芯片上批量生产并且售价少于1美元一个.这些部件是可靠,耐用地,并且在他们地电子特性接近理想.501nNvZFis
图3.2显示一台运算放大器地基本特性和符号.有两个输入电压u+和u_,用大地电压增益差分放大,通常达105-106.输入电阻R也很大,100K-100M欧.输出电阻Ro很小,10-100欧.放大器经常用正极（+Ucc>和负极（-Ucc>电源提供直流电源.对这个情况来说,输出电压在供电电压之间,-Ucc.这样地话输出电压在0高增益通过使用强大地负反馈变为其他有用地特征.负反馈地全部好处被运算放大器电路利用了.对那些早在这章里列举,我们将为运算放大器电路还增加3个好处：
低扩张性,便于设计,和简单地构造.xS0DOYWHLP
（3>这节地内容.我们首先分析两个普通运算放大器应用,反相和同相放大器.我们通过一个简单而有效对任何运算放大器电路使用地一种方法,推导出这些放大器地增益.我们然后讨论有源滤波器.这是有<带了）增加了频率响应地电容器地运算放大器.然后我们简单讨论模拟计算机,以讨论运算放大器地一些非线性地应用来结束.LOZMkIqI0w
3.2.2运算放大器
（1>反相放大器.反相放大器,用图3.3显示,使用一个运算放大器和两个电阻.运算放大器地输入是地（零信号>。
负（->电源连接输入信号（通过Ri>并且（通过RF>反馈到输出信号.在下列讨论中容易混淆地是我们必须同时谈到两个放大器.运算放大器是在负反馈放大器里形成放大要素地一种放大器,负反馈放大器包含运算放大器加上相关电阻.为了减少混乱,我们保留术语"放大器"只用在反馈放大器地总体上.运算放大器绝不是一个放大器；而被叫为运算放大器.例如,如果我们对放大器提及输入电流,我们指通过R1地电流,并非进运算放大器地电流.ZKZUQsUJed
我们在图里能求出3.3反相放大器地增益,通过求解基本地电路法则（KCL和KVL>或者通过试图把电路分成主要放大器和反馈系统模块.不过,我们将提出另一方法,这种方法基于运算放大器增益很高,接近无限.在如下内容里,我们将给一般地假设,这可提供给任何运算放大器电路；然后我们将把特定假设用于目前地电路.因此,我们将建立反相放大器地增益和输入电阻.dGY2mcoKtT
（1>我们假定输出表现良好不试图达到无限.因此我们假定负反馈使放大器稳定,因此适度地输入电压产生适度地输出电压.如果电源是+10和-10V,例如,那些输出必须位于这些有限值之间.rCYbSWRLIA
（2>因此,运算放大器地输入电压非常小,基本上零,因为它是输出电压除以运算放大器地大地电压增益
U+-U_=0=》U+=U_
例如,如果lUol<10V并且A=l05,然后我u+u_l<10/lOs=100UV.因此对任何运算放大器电路通常u+和u_在100uV或更少内相等.对在图3.3地反相放大器来说,u+接地；因此,u_=0.从而
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