第三節交流電動機
一、教學目的與要求
1．熟悉單相非同步電動機的工作原理與特性。
2．理解單相非同步電動機的起動。
3. 了解分相式電動機的種類及特性
二、教學過程
1. 單相非同步電動機
（1) 單相非同步電動機的工作原理與特性
在單相非同步電動機的定子繞組通入單相交流電，電動機內產生乙個大小及方向隨時間沿定子繞組軸線方向變化的磁場，稱為脈動磁場。
脈動磁場可以分解為兩個大小一樣、轉速相等、方向相反的旋轉磁場b1、b2。順時針方向轉動的旋轉磁場b1對轉子產生順時針方向的電磁轉矩；逆時針方向轉動的旋轉磁場b2對轉子產生逆時針方向的電磁轉矩。由於在任何時刻這兩個電磁轉矩都大小相等、方向相反，所以電動機的轉子是不會轉動的，也就是說單相非同步電動機的起動轉矩為零。
但一旦讓單相非同步電動機轉動起來，由於順時針旋轉磁場b1和逆時針旋轉磁場b2產生的合成電磁轉矩不再為零，在這個合成轉矩的作用下，即使不需要其它的外在因素，單相非同步電動機仍將沿著原來的運動方向繼續運轉。
由於單相非同步電動機總有乙個反向的制動轉矩存在，所以其效率和負載能力都不及三相非同步電動機。
（2) 單相非同步電動機的起動
1）分相法
電容分相式非同步電動機的定子有兩個繞組：乙個是工作繞組（主繞組）；另乙個是起動繞組（副繞組），兩個繞組在空間互成90°。起動繞阻與電容c串聯，使起動繞組電流i2和工作繞組電流i1產生90°相位差，即：
下圖所示分別為ωt=0°、45°、90°時合成磁場的方向，由圖可見該磁場隨著時間的增長順時針方向旋轉。這樣一來，單相非同步電動機就可以在該旋轉磁場的作用下起動了。
2）罩極法
罩極法是在單相非同步電動機定子磁極的極面上約1/3處套裝了乙個銅環（短路環），套有短路環的磁極部分叫做罩極。當定子繞組通入電流產生脈動磁場後，有一部分磁通穿過銅環，使銅環內產生感應電動勢和感應電流。根據楞次定律，銅環中的感應電流所產生的磁場，阻止銅環部分磁通的變化，結果使得沒套銅環的那部分磁極中的磁通與套有銅環的這部分磁極內的磁通有了相位差，罩極外的磁通超前罩極內的磁通乙個相位角。
隨著定子繞組中電流變化率的改變，單相非同步電動機定子磁場的方向也就不斷發生變化，在電動機內形成了乙個旋轉磁場。在這個旋轉磁場的作用下，電動機的轉子就能夠起動起來了。
2．分相式電動機的種類及特性
（1）種類：
①電壓型啟動繼電器
②電流型啟動繼電器
③差動型啟動繼電器
（2）特性：
1）效率
2）啟動轉矩
3）啟動電流
4）轉速
5）功率因數
6）過載能力
7）雜訊
三 、作業
1.以課本p66頁前面一段話為例，分析直流永磁電動機的轉子在轉過90度以後與轉子轉過150度以後的磁極情況。（參考課本p66頁第二段話）
2. 寫出單相非同步電動機的工作原理。
四 、小結
第三節特殊二極體
一、教學目的與要求
1．熟悉穩壓二極體的工作原理及主要應用。
2．熟悉光電二極體的結構特點及原理。
3. 熟悉發光二極體的原理及應用。
二、教學過程
1.穩壓二極體
1)穩壓管的符號和伏安特性
穩壓管是一種特殊的面接觸型半導體矽二極體。由於它在電路中與適當數值的電阻配合後能起穩定電壓的作用，故稱為穩壓管，其表示符號如圖3.1所示。
2)穩壓管的特性
穩壓管的伏安特性曲線與普通二極體的類似，如右圖所示，其差異是穩壓管的反向特性曲線比較陡。
穩壓管工作於反向擊穿區，從反向特性曲線上可以看出，反向電壓在一定範圍內變化時，反向電流很小，當反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流突然劇增，穩壓管反向擊穿。此後，電流雖在很大範圍內變化，但穩壓管兩端的電壓變化很小，利用這一特性，穩壓管在電路中能起穩壓作用。
穩壓管與一般二極體不一樣，它的反向擊穿是可逆的。當去掉反向電壓之後，穩壓管又恢復正常，但，如果反向電流超過允許範圍，穩壓管將會發生熱擊穿而損壞。
3)矽穩壓管的主要引數
(1)穩定電壓vz
穩定電壓uz是指穩壓管在正常工作(即產生了反向擊穿)時管子兩端的電壓。
(2)穩定電壓iz
穩定電壓iz是穩壓管正常工作時的電流，它允許在一定的範圍內變化。當流過穩壓管的電流小於下限值izmm時，管子不能穩壓。
(3)最大穩定電流izm
最大穩定電流izm是穩壓管允許長期通過的最大電流值，當流過的電流超過此值時，穩壓管可能會因過熱而損壞，可見，穩壓管的正常工作電流範圍為izmm i izm。
(4)動態電阻rz
動態電阻rz是反映穩壓管效能的乙個引數，動態電阻rz越小，穩壓效果越好。
(5)電壓溫度係數αr
電壓溫度係數αr是表示穩壓管溫度穩定性的引數，穩定電壓在6v左右的管子；穩壓值受溫度的影響最小。
2.光電二極體
1）概述：
光電二極體和普通二極體一樣，也是由乙個pn結組成的半導體器件，也具有單方向導電特性。但是，在電路中不是用它作整流元件，而是通過它把光訊號轉換成電訊號。那麼，它是怎樣把光訊號轉換成電訊號的呢？
大家知道，普通二極體在反向電壓作用在處於截止狀態，只能流過微弱的反向電流，光電二極體在設計和製作時盡量使pn結的面積相對較大，以便接收入射光。光電二極體是在反向電壓作用下工作的，沒有光照時，反向電流極其微弱，叫暗電流；有光照時，反向電流迅速增大到幾十微安，稱為光電流。光的強度越大，反向電流也越大。
光的變化引起光電二極體電流變化，這就可以把光訊號轉換成電訊號，成為光電感測器件。
2）光電二極體工作原理
光電二極體工作原理光電二極體是將光訊號變成電訊號的半導體器件。它的核心部分也是乙個pn結，和普通二極體相比，在結構上不同的是，為了便於接受入射光照，pn結面積盡量做的大一些，電極面積盡量小些，而且pn結的結深很淺，一般小於1微公尺。
光電二極體是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小（一般小於0.1微安），稱為暗電流。
當有光照時，攜帶能量的光子進入pn結後，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脫共價鍵，從而產生電子---空穴對，稱為光生載流子。
它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為「光電導」。光電二極體在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。
如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電訊號，而且這個電訊號隨著光的變化而相應變化。
光電二極體、光電三極體是電子電路中廣泛採用的光敏器件。光電二極體和普通二極體一樣具有乙個pn結，不同之處是在光電二極體的外殼上有乙個透明的視窗以接收光線照射，實現光電轉換，在電路圖中文字元號一般為vd。光電三極體除具有光電轉換的功能外，還具有放大功能，在電路圖中文字元號一般為vt。
光電三極體因輸入訊號為光訊號，所以通常只有集電極和發射極兩個引腳線。同光電二極體一樣，光電三極體外殼也有乙個透明視窗，以接收光線照射。
3.發光二極體
發光二極體led的符號如圖所示,它是通過電場或電流激發固體發光材料並使之輻射發光的,是一種將光能轉換為電能的器件。
1）發光二極體的符號和特性
發光二極體的伏安特性曲線與普通二極體基本相似，當其兩端的正向電壓uf較小時，幾乎沒有電流if流過；但當uf加大到超過發光二極體的開啟電壓時，if會快速上公升，並且if與uf的關係有較寬一段線性區，此時發光二極體呈現歐姆導通特性。而這個導通電流if就激發發光二極體發光。
2）發光二極體的驅動電路及簡單應用
發光二極體的發光是靠驅動電源的作用，將電能轉化為光能，這種驅動電源可以是直流的也可以是交流的。但應注意，由於led是電流控制器件，因此驅動電源必須能提供足夠而且安全的驅動電流，才能使led安全可靠工作、正常發光。
圖3.3(a)、(b)分別給出了基本的直流驅動電路和交流驅動電路。兩圖中led的工作電流由外部電源us經限流電阻r供給。
為了使led工作在額定狀態，必須合理選擇us和r。如果us一定，若r太大，會使驅動電流不足而使led發光微弱，甚至不發光；而r太小，又可能使驅動電流過大，造成led損壞。
對於圖3.3(a)所示的直流驅動電路，限流電阻r值為
對於圖3.3(b)所示的交流驅動電路，限流電阻r值為
三 、作業
1. 課本p110頁5-4題。
2. 課本p110頁5-5題。
四 、小結
純淨的半導體單晶叫本徵半導體。
物質內部運載電荷的粒子叫載流子。本徵半導體中存在著兩種數量相等、電性相反的載流子——電子載流子和空穴載流子。
載流子在電場力作用下的運動稱為漂移運動。
雜質半導體分為n型半導體和p型半導體。在n型半導體中，自由電子是多數載流子，空穴是少數載流子；而在p型半導體中，空穴是多數載流子，自由電子是少數載流子。無論是p型半導體還是n型半導體，整個晶體呈電中性。
pn結具有單向導電性：正嚮導通，反向截止。
半導體二極體實質上是乙個pn結，它也具有單向導電性。
半導體二極體的主要引數有二：最大整流電流和最高反向工作電壓，這兩個引數均為管子的極限引數。
第四節晶體三極體
一、教學目的與要求
1．熟悉晶體三極體的基本結構。
2．掌握電晶體的電流放大特性。
3. 理解電晶體的特性曲線。
4. 熟悉三極體的三種工作狀態。
5. 掌握半導體三極體的主要引數。
6. 了解三極體在汽車電子電路中的應用。
二、新課引入
半導體電晶體(簡稱為電晶體)是最重要的一種半導體器件。它的放大作用和開關作用促使電子技術飛躍發展。
電晶體的電流放大特性:
半導體電晶體由兩個靠得很近的pn結構成,由於兩個pn結的互相影響,使半導體電晶體具有放大功能。以下我們將在介紹半導體電晶體工作原理的基礎上進一步討論電晶體的特性曲線和引數。
三、教學過程
1.電晶體的基本結構
電晶體由三個半導體導電區組成。因此電晶體有：
三區(三個半導體電區)——發射區、基區和集電區；
三極(三個電極)——發射極(e)、基極(b)和集電極(c)，這三個電極是分別從三個導電區引出來的；
兩結(兩個結)——發射結和集電結。
電晶體有兩個基本型別即npn型和pnp型。其結構示意圖和圖形符號如圖4.1所示。圖形中發射極的箭頭方向表示發射結處於正向偏置時電流的實際方向。
不論是npn管還是pnp管，它們在結構上有乙個共同的特點：發射區的雜質濃度高，基區很薄且雜質濃度很低，集電區面積較大，且集電結的面積比發射結的面積大，這個特點是電晶體具有放大作用的內部條件。
2.電晶體的電流放大特性
1)電晶體具有電流放大作用的條件
如圖4.2所示，要使電晶體正常工作，必須外加大小和極性適當的電壓。給發射結外加正向電壓ee，發射區才能起到向基區注入載流子的作用；給集電結加上較大的反向偏壓ec，在集電結造成較強的電場，才能把注入基區擴散到集電結邊緣的非平衡載流子拉入集電區，形成集電極電流，使集電區起到收集載流子的作用。
總之，要使電晶體作放大工作，發射結應加正向偏壓，集電結應加反向偏壓。
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