二極管及直流穩(wěn)壓電路12819

1、會(huì)計(jì)學(xué)1二極管及直流穩(wěn)壓電路二極管及直流穩(wěn)壓電路12819第1頁(yè)/共56頁(yè)6.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)第2頁(yè)/共56頁(yè)共價(jià)健共價(jià)健 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子第3頁(yè)/共56頁(yè) Si Si Si Si價(jià)電價(jià)電子子這一現(xiàn)象稱為本征這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。激發(fā)?？湛昭ㄑㄗ杂呻娮杂呻娮幼拥?頁(yè)/共56頁(yè)第5頁(yè)/共56頁(yè) Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原磷原子子在常溫下在常溫下即可變?yōu)榧纯勺優(yōu)樽杂呻娮幼杂呻娮邮ヒ皇ヒ粋€(gè)電子個(gè)電子變?yōu)檎優(yōu)檎x子離子第6頁(yè)/共56頁(yè) Si Si Si SiB硼原硼原子子空穴空穴第7頁(yè)/共56頁(yè)第8頁(yè)/共56頁(yè)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

2、內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)第9頁(yè)/共56頁(yè)P(yáng)N 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+第10頁(yè)/共56頁(yè)+第11頁(yè)/共56頁(yè) 內(nèi)電場(chǎng)被加內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少少子數(shù)量很少，形成很小的，形成很小的反向電流。反向電流。IR+第12頁(yè)/共56頁(yè)第13頁(yè)/共56頁(yè)陰極引線陰極引線陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N 型硅型硅( c ) 平面型平面

3、型金屬觸絲金屬觸絲陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線N 型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PN 結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極( d ) 符號(hào)符號(hào)D第14頁(yè)/共56頁(yè)反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+第15頁(yè)/共56頁(yè)第16頁(yè)/共56頁(yè)第17頁(yè)/共56頁(yè)定性分析：定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)導(dǎo)通通截截止止 若二極管是理想的，若二極管是理想的，第18頁(yè)/共56頁(yè)例例1：D6V1

4、2V3k BAUAB+第19頁(yè)/共56頁(yè)例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+第20頁(yè)/共56頁(yè)uiV sin18itu t 第21頁(yè)/共56頁(yè)UZIZIZM UZ IZ_+UIO第22頁(yè)/共56頁(yè)ZZ ZIUr第23頁(yè)/共56頁(yè)功能：功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適 的的直流電壓直流電壓u4uou3u2u1第24頁(yè)/共56頁(yè) 將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。三相整流等。 二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮瓒O管的正向?qū)娮铻?/p>

5、零，反向電阻為無(wú)窮大。為無(wú)窮大。利用二極管的單向?qū)щ娦岳枚O管的單向?qū)щ娦缘?5頁(yè)/共56頁(yè)t uDO u 負(fù)半周，負(fù)半周，VaVb，二極二極管管 1、3 導(dǎo)通，導(dǎo)通，2、4 截止截止 。uouD t tuD1uD3 ut U2U2U2 第30頁(yè)/共56頁(yè)LLRURUI9 . 0oo o21DII UU2DRM o11. 1 d) sin(2122mIttII ) d( sin21ttU U0.9 oU第31頁(yè)/共56頁(yè) (1) 輸出直流電壓高；輸出直流電壓高； (2) 脈動(dòng)較小；脈動(dòng)較??； (3) 二極管承受的最大反向電壓較低二極管承受的最大反向電壓較低； (4) 電源變壓器得到充分利用。

6、電源變壓器得到充分利用。 目前，半導(dǎo)體器件廠已將整目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性線。減少接線，提高了可靠性，使用起來(lái)非常方便。，使用起來(lái)非常方便。第32頁(yè)/共56頁(yè)單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為壓為 220V，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 50 ，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。選擇二極管。V 1119 . 0100

7、9 . 0o UU A122121oD IIV 17212222DRM UU A250110Loo RUI 考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出 5%10%，即取即取 U = 1.1 111 122 V第33頁(yè)/共56頁(yè)例例1 單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為電壓為 220 V，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 50 ，負(fù)載電壓，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。管。81122220 .K 變比變比 I = 1.11 I

8、o= 2 1.11 = 2. 2 A S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓 U 122 V， A1D IV 172DRM U 可選用二極管可選用二極管2CZ55E，其最大整流，其最大整流電流為電流為1A，反向工作峰值電壓為，反向工作峰值電壓為300V。第34頁(yè)/共56頁(yè)uo+_u+_RLD2D4 D1D3當(dāng)當(dāng)D2或或D4斷開(kāi)后斷開(kāi)后 電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過(guò)，負(fù)載過(guò)，負(fù)載電壓電壓uo o= =u；負(fù)半周時(shí)，；負(fù)半周時(shí)，D1和和D3截止，負(fù)截止，負(fù)載中無(wú)

9、電流通載中無(wú)電流通過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓，過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓，uo o =0=0。 uo u 2 23 34 4tt2 23 34 4oo第35頁(yè)/共56頁(yè) 則正半周時(shí)，二極管則正半周時(shí)，二極管D1、D4或或D2、D3導(dǎo)導(dǎo)通，電流經(jīng)通，電流經(jīng)D1、D4或或D2、D3而造成電源短而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或或D2、D3將被燒壞。將被燒壞。 則正半周時(shí)，情況與則正半周時(shí)，情況與D2或或D4接反類似，接反類似，電源及電源及D1或或D3也將因電流過(guò)大而燒壞。也將因電流過(guò)大而燒壞。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3第36頁(yè)/共56頁(yè) 交流電壓經(jīng)整流電路整流

10、后輸出的是脈交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流或通過(guò)電感中的電流)不能突不能突變的特性變的特性, 濾掉整流電路輸出電壓中的交濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。電壓波形的目的。 方法：方法：將電容與負(fù)載將電容與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)(或?qū)㈦姼谢驅(qū)㈦姼信c負(fù)載與負(fù)載RL串聯(lián)串聯(lián))。第37頁(yè)/共56頁(yè) u uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載電源在給負(fù)載RL

11、供電的同時(shí)也給電容充電，供電的同時(shí)也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二極管承受的最高反向電壓為二極管承受的最高反向電壓為 。UU22DRM uo2UU2u tO tO第38頁(yè)/共56頁(yè)25)(3LTCR 一般取一般取(1) (1) 輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與與放電時(shí)間放電時(shí)間 常數(shù)常數(shù)RLC有關(guān)。有關(guān)。 近似估算?。航乒浪闳。?Uo = 1. 2 U ( 橋式、橋式、全波）全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）O2UU 為了得到比較平直的輸出電為了得到比較平直的輸出電壓壓第39頁(yè)/共56

12、頁(yè)0 結(jié)論結(jié)論 因此電容濾波適合于因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化載電流較小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。較小的場(chǎng)合。 RLC 越大越大O 越高越高，IO 越大越大整流二極管整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短導(dǎo)通時(shí)間越短 iD 的峰的峰值電流越大。值電流越大。uoU2 tOiD tO有電容有電容濾波濾波無(wú)電容無(wú)電容濾波濾波 UooIO2U第40頁(yè)/共56頁(yè)例例 有一單相橋式整流濾波電路，已知交有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率流電源頻率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電壓，要求直流輸出電壓Uo=20V，選擇整流二，選擇整流二

13、極管及濾波電容器。極管及濾波電容器。DRM223.6 VUU ODOL111200.05 A222200UIIR uRLuo+C解解 O20 16.67V1.21.2UU 可選用二極管可選用二極管2CZ52BIOM =100mA URWM =50V 第41頁(yè)/共56頁(yè) 例例 有一單相橋式整流濾波電路，已知交有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率流電源頻率 f=50Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電壓，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二，選擇整流二極管及濾波電容器。極管及濾波電容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知 RL = 200 S 05. 02501

14、5L CR uRLuo+C解解 6L0.050.05 250 10 F250F200CR 可選用可選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50V的極性電的極性電容器容器第42頁(yè)/共56頁(yè)L uRLuo+C 第43頁(yè)/共56頁(yè) 濾波效果濾波效果比比LC濾波器濾波器更好更好但二極但二極管的沖擊電管的沖擊電流較大。流較大。 比比 形形 LC 濾波器的體濾波器的體積小、成本積小、成本低。低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 第44頁(yè)/共56頁(yè)UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 設(shè)設(shè)UI一定，負(fù)載一定，負(fù)載RL變變化化UO 基本不變基本不變 IR (IRR

15、) 基本不變基本不變 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流調(diào)壓限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路第45頁(yè)/共56頁(yè)UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不變基本不變 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz第46頁(yè)/共56頁(yè)ZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) ICM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin第47頁(yè)/共56頁(yè)第48頁(yè)/共56頁(yè)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)少

16、子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差濃度差 擴(kuò)散的結(jié)果使空擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū)第49頁(yè)/共56頁(yè)P(yáng)N 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+第50頁(yè)/共56頁(yè)P(yáng)N 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負(fù)接負(fù) 外電場(chǎng)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)PN+第51頁(yè)/共56頁(yè)LLRURUI45. 0oo oDII UU2DRM o57. 1 d) sin(212mIttII ) d( sin221ttU U0.45 oU第52頁(yè)/共56頁(yè) (1) 輸出直流電壓高；輸出直流電壓高； (2) 脈動(dòng)較??；脈動(dòng)較??； (3) 二極管承受的最大反向電壓較低二極管承受的最大反向電壓較低； (4) 電源變壓器得到充分利用。電源變壓器得到充分利用。 目前，半導(dǎo)體器件廠已將整目前，半導(dǎo)體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性線。減少接線，提高了可靠性，使用起來(lái)非常方便。，使用起來(lái)非常方便。第53頁(yè)/共56頁(yè) u uC時(shí)，二極管導(dǎo)