第5章半導(dǎo)體二極管及基本電路ppt課件

1、第第5章章 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 及基本電路及基本電路基本要求基本要求 理解理解 P N P N 結(jié)的單向?qū)щ娦?，理解二極管、結(jié)的單向?qū)щ娦?，理解二極管、穩(wěn)壓管的工作原理，掌握分析二極管、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管的工作原理，掌握分析二極管、穩(wěn)壓管電路的分析方法。電路的分析方法?；緝?nèi)容基本內(nèi)容基礎(chǔ)知識(shí)基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管基本電路及分析方法二極管基本電路及分析方法 穩(wěn)壓二極管及電路分析方法穩(wěn)壓二極管及電路分析方法 5.1 5.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)按物體的導(dǎo)電性能，可將物體分為導(dǎo)體、絕緣體按物體的導(dǎo)電性能，可將物體分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三類(lèi)。和半導(dǎo)體三類(lèi)。1.1.導(dǎo)體

2、：電阻率很低、電流易通過(guò)、導(dǎo)電性強(qiáng)的導(dǎo)體：電阻率很低、電流易通過(guò)、導(dǎo)電性強(qiáng)的物體。物體。2.2.絕緣體：電阻率很高、電流不通過(guò)、無(wú)導(dǎo)電能絕緣體：電阻率很高、電流不通過(guò)、無(wú)導(dǎo)電能力的物體。力的物體。 3.3.半導(dǎo)體：它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間半導(dǎo)體：它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。的物體。半導(dǎo)體是如何導(dǎo)電的？怎樣提高其導(dǎo)電能力？半導(dǎo)體是如何導(dǎo)電的？怎樣提高其導(dǎo)電能力？ 半導(dǎo)體經(jīng)高度提純并制成晶體后，原子間組成半導(dǎo)體經(jīng)高度提純并制成晶體后，原子間組成某種形式的晶體點(diǎn)陣，這種半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)某種形式的晶體點(diǎn)陣，這種半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。也就是完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。體。也就

3、是完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。一一. . 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體(a) 鍺鍺Ge 的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu) (b) 硅硅Si 的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu) 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電方式本征半導(dǎo)體導(dǎo)電方式 以硅以硅SiSi元素為例討論、分析元素為例討論、分析 硅單晶中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅單晶中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 1自由電子和空穴的形成自由電子和空穴的形成 在外界的影響下如熱、光、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等），使得其共價(jià)鍵中的價(jià)電子獲得一定能量后，電子受到激發(fā)脫離共價(jià)鍵，成為自由電子帶負(fù)電），共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱(chēng)為“空穴”。價(jià)電子價(jià)電子空穴空穴 自由電子自由電子 2 2載流子的形成載流子的形成在外電場(chǎng)的作用下，價(jià)電子填補(bǔ)空穴，就好像在外

4、電場(chǎng)的作用下，價(jià)電子填補(bǔ)空穴，就好像空穴在運(yùn)動(dòng)。而空穴運(yùn)動(dòng)的方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)空穴在運(yùn)動(dòng)。而空穴運(yùn)動(dòng)的方向與價(jià)電子運(yùn)動(dòng)的方向相反，空穴運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)。的方向相反，空穴運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)加上一定方向的電場(chǎng)后，就會(huì)不斷有激發(fā)、當(dāng)加上一定方向的電場(chǎng)后，就會(huì)不斷有激發(fā)、復(fù)合過(guò)程，出現(xiàn)兩部分的電流，即復(fù)合過(guò)程，出現(xiàn)兩部分的電流，即 電子電流：自由電子作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電子電流：自由電子作定向運(yùn)動(dòng)所形成的電；電； 空穴電流：被原子核束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空空穴電流：被原子核束縛的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴所形成的電流。穴所形成的電流。自由電子和空穴是運(yùn)載電荷的粒子，稱(chēng)為載流自由電子和空穴是運(yùn)載電荷的粒子，稱(chēng)為

5、載流子子二二. .雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)量的雜質(zhì)( (某種元素），而形成的半導(dǎo)體。某種元素），而形成的半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻人少量的五價(jià)元素如在硅或鍺的晶體中摻人少量的五價(jià)元素如磷元素），如下圖，多余的第五個(gè)價(jià)電子很容易磷元素），如下圖，多余的第五個(gè)價(jià)電子很容易掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子。掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子。1. N 1. N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體磷原子的結(jié)構(gòu)磷原子的結(jié)構(gòu)硅晶體中摻磷出現(xiàn)自由電子硅晶體中摻磷出現(xiàn)自由電子N 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖

6、半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大量增加，于是有：量增加，于是有：自由電子數(shù)自由電子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù) 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 少數(shù)載流子少數(shù)載流子以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)以自由電子導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱(chēng)為電子電方式的半導(dǎo)體，稱(chēng)為電子半導(dǎo)體或半導(dǎo)體或 N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N type N type semiconductor ) semiconductor ) 。自由電子數(shù)自由電子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù) 少數(shù)載流子少數(shù)載流子 多數(shù)載流子多數(shù)載流子以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱(chēng)為空以空穴導(dǎo)電作為主要導(dǎo)電方式的半導(dǎo)體，稱(chēng)為空穴半導(dǎo)體或穴半導(dǎo)體或 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 (

7、P type (P type semiconductor ) semiconductor ) 。硅硅晶晶體體摻摻硼硼出出現(xiàn)現(xiàn)空空穴穴硼原子的結(jié)構(gòu)硼原子的結(jié)構(gòu)2. P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻雜濃度摻雜濃度溫度溫度N 型、型、P 型半導(dǎo)體示意圖型半導(dǎo)體示意圖N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子濃度取決于雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子濃度取決于 少數(shù)載流子濃度取決于少數(shù)載流子濃度取決于 半導(dǎo)體中存在著兩種載流子半導(dǎo)體中存在著兩種載流子-自由電子和空穴。自由電子和空穴。因而，半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理明顯區(qū)別于導(dǎo)體。因而，半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理明顯區(qū)別于導(dǎo)體。 在本征半導(dǎo)體中摻微量雜質(zhì)可以控制半導(dǎo)體的

8、導(dǎo)在本征半導(dǎo)體中摻微量雜質(zhì)可以控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力和參加導(dǎo)電的主要載流子的類(lèi)型。電能力和參加導(dǎo)電的主要載流子的類(lèi)型。 環(huán)境的改變對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大的影響。例環(huán)境的改變對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能有很大的影響。例如當(dāng)溫度增加或受到光照時(shí)，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力都如當(dāng)溫度增加或受到光照時(shí)，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力都有所增加。半導(dǎo)體熱敏器件和光敏器件都是利用有所增加。半導(dǎo)體熱敏器件和光敏器件都是利用這一特性制造的。這一特性制造的。半導(dǎo)體的特點(diǎn)：半導(dǎo)體的特點(diǎn)： 三三. P N . P N 結(jié)結(jié)多數(shù)載流子要從濃度大多數(shù)載流子要從濃度大的的 區(qū)域擴(kuò)散到濃度小區(qū)域擴(kuò)散到濃度小的區(qū)域，形成空間電荷的區(qū)域，形成空間電荷區(qū)區(qū)-PN-PN結(jié)

9、，產(chǎn)生電場(chǎng)，結(jié)，產(chǎn)生電場(chǎng)，稱(chēng)為內(nèi)電場(chǎng)稱(chēng)為內(nèi)電場(chǎng) Ed Ed ；內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載的擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，對(duì)少運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，對(duì)少數(shù)載流子又起推動(dòng)作用，數(shù)載流子又起推動(dòng)作用，這種少數(shù)載流子在內(nèi)電這種少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。注意：注意：1空間電荷區(qū)的正負(fù)離子雖帶電，但它們不能移空間電荷區(qū)的正負(fù)離子雖帶電，但它們不能移動(dòng)，不參與導(dǎo)電。因區(qū)域內(nèi)的載流子極少，所動(dòng)，不參與導(dǎo)電。因區(qū)域內(nèi)的載流子極少，所以空間電荷區(qū)的電阻率很高。以空間電荷區(qū)的電阻率很高。2內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用

10、，所以空間電荷區(qū)所以空間電荷區(qū)-PN結(jié)又稱(chēng)為阻擋層或耗盡層。結(jié)又稱(chēng)為阻擋層或耗盡層。1. PN1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成隨隨Ed擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡Ed 不變不變化化形成穩(wěn)定的形成穩(wěn)定的PN PN 結(jié)結(jié)2. P N 2. P N 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) EdPN 結(jié)變窄結(jié)變窄多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng) PN 結(jié)導(dǎo)通（ PN 結(jié)呈現(xiàn) R )形成正向電流形成正向電流 I 2） PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓PN 結(jié)變寬結(jié)變寬多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng)少子漂移運(yùn)動(dòng) PN 結(jié)截止 （P

11、N 結(jié)呈現(xiàn)反向R ） 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) Ed形成反向電流形成反向電流 I P區(qū)接負(fù)極區(qū)接負(fù)極N區(qū)接正極區(qū)接正極加反向電壓加反向電壓2） PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓結(jié)論：結(jié)論：P N P N 結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓，加正向電壓，PNPN結(jié)導(dǎo)通，正向電流較大，結(jié)結(jié)導(dǎo)通，正向電流較大，結(jié)電阻很低。電阻很低。加反向電壓，加反向電壓，PN PN 結(jié)截止，反向電流很小，結(jié)截止，反向電流很小，結(jié)電阻很高。結(jié)電阻很高。3） PN 擊穿擊穿當(dāng)加在當(dāng)加在PNPN結(jié)的反向電壓超過(guò)某一數(shù)值結(jié)的反向電壓超過(guò)某一數(shù)值UBRUBR時(shí)，時(shí)，反向電流會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反向擊穿。只反向電流會(huì)急劇增加

12、，這種現(xiàn)象稱(chēng)為反向擊穿。只要要PNPN結(jié)不因電流過(guò)大產(chǎn)生過(guò)熱而燒毀，反向電擊穿結(jié)不因電流過(guò)大產(chǎn)生過(guò)熱而燒毀，反向電擊穿與反向截止兩種狀態(tài)都是可逆的。與反向截止兩種狀態(tài)都是可逆的。4 4PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)加在加在PNPN結(jié)上的電壓的變化可影響空間電荷區(qū)電荷的結(jié)上的電壓的變化可影響空間電荷區(qū)電荷的變化，說(shuō)明變化，說(shuō)明PNPN結(jié)具電容效應(yīng)。結(jié)具電容效應(yīng)。PNPN結(jié)的結(jié)電容的數(shù)值結(jié)的結(jié)電容的數(shù)值一般很小，故只有在工作頻率很高的情況下才考慮一般很小，故只有在工作頻率很高的情況下才考慮PNPN結(jié)的結(jié)電容作用。結(jié)的結(jié)電容作用。5.2 5.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管一一. 點(diǎn)接觸式和面接觸式二

13、極管的結(jié)構(gòu)點(diǎn)接觸式和面接觸式二極管的結(jié)構(gòu)D 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極二極管符號(hào)二極管符號(hào)二二. 伏安特性伏安特性VA特性特性)硅二極管的伏安特性硅二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性將二極管分為三種將二極管分為三種狀態(tài)狀態(tài)截止、導(dǎo)截止、導(dǎo)通和擊穿。通和擊穿。 硅二極管的伏安特性硅二極管的伏安特性 鍺二極管的伏安特性鍺二極管的伏安特性1正向特性：正向特性： OA段：當(dāng)段：當(dāng) UF UT （死區(qū)電壓時(shí)外電場(chǎng)不（死區(qū)電壓時(shí)外電場(chǎng)不 足以克服結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，足以克服結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故正向電流故正向電流 IF 很小很小(I F 0)， D處于截止?fàn)顟B(tài)。處于截止

14、狀態(tài)。 硅硅(Si)：U T 0.5V; 鍺鍺(Ge): U T 0.1V。 AB段：當(dāng)段：當(dāng) U F U T后，后， Ed擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) I F D 導(dǎo)通。導(dǎo)通。D導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，硅管約為導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，硅管約為(0.60.7)V，鍺管，鍺管約為約為(0.20.3)V。分析：分析：2） 反向特性反向特性O(shè)C段：當(dāng)段：當(dāng) U R U BR （擊穿電壓時(shí)，（擊穿電壓時(shí)， CD段：當(dāng)段：當(dāng) U R U BR 后，后， PN結(jié)被擊穿，結(jié)被擊穿，I R隨隨 U D 失去單向?qū)щ娦?。失去單向?qū)щ娦?。擴(kuò)散擴(kuò)散漂移漂移Ed I R 很小很小D 截止。截止。一般情況下，鍺管反向電流一般情況下，鍺管反向電

15、流I R硅管硅管I R反向電反向電流。流。綜述：綜述：1二極管的二極管的 VA 特性為非線(xiàn)性；特性為非線(xiàn)性；2當(dāng)當(dāng) 時(shí)，且時(shí)，且 U D U T ，那么，那么 D 導(dǎo)通；導(dǎo)通；3當(dāng)當(dāng) -U BR U D U T ，有，有I R 0，則，則D 截截 止；止；4當(dāng)當(dāng) 時(shí)，且時(shí)，且 絕對(duì)值絕對(duì)值U R U BR ，則，則反向擊穿燒壞。反向擊穿燒壞。三三. 主要參數(shù)主要參數(shù) 1最大整流電流最大整流電流 I F M 二極管長(zhǎng)時(shí)間可靠工作時(shí)，允許流過(guò)二極二極管長(zhǎng)時(shí)間可靠工作時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。管的最大正向平均電流。 2最高反向工作電壓最高反向工作電壓 U R M 保證二極管不被擊穿而給出

16、的反向峰值電保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓。壓。 U R M=（擊穿電壓）（擊穿電壓）/ 2 3最大反向電流最大反向電流 I R M 當(dāng)二極管加上反向工作峰值電壓時(shí)所對(duì)應(yīng)當(dāng)二極管加上反向工作峰值電壓時(shí)所對(duì)應(yīng)的反向電流。的反向電流。 I R M越小，單向?qū)щ娦院?。越小，單向?qū)щ娦院谩?二極管的應(yīng)用很廣，其基本電路有整流電路、二極管的應(yīng)用很廣，其基本電路有整流電路、開(kāi)關(guān)電路、限幅電路等。由于二極管是非線(xiàn)性器開(kāi)關(guān)電路、限幅電路等。由于二極管是非線(xiàn)性器件，分析電路時(shí)常采用模型分析法。件，分析電路時(shí)常采用模型分析法。 理想模型理想模型 恒壓模型恒壓模型 5.3 二極管基本電路及分析方法二極管基本

17、電路及分析方法 例例 1. 當(dāng)輸入電壓為當(dāng)輸入電壓為 ui ，試?yán)L出輸出電壓試?yán)L出輸出電壓 uo 波波形。設(shè)形。設(shè)U c ( 0+ ) = 0，tp RC ，D為理想二為理想二極管。極管。整流作用整流作用微分電路微分電路 例例 2. 開(kāi)關(guān)電路如圖所開(kāi)關(guān)電路如圖所示，當(dāng)輸入端示，當(dāng)輸入端 UA = 3V ， UB = 0 V,試求試求 輸輸出端出端 Y 的電位的電位 UY。 解：解： UA = 3V， UB = 0V DA優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通， DB 截止；截止；那么那么 UY = UAUD =30.7(0.3)= 2.3( 2.7) V例例 2圖圖UA UB U 0 2.30 3 2.33 3

18、2.30 0 -0.71 0 10 1 11 1 10 0 0電路的邏輯關(guān)系為或邏輯電路的邏輯關(guān)系為或邏輯二極管具有鉗位作用二極管具有鉗位作用 例例 3. 限幅削波限幅削波作用電路如圖所示，作用電路如圖所示，求求 uo 及畫(huà)出波形。及畫(huà)出波形。解：解：1當(dāng)當(dāng) ui E 時(shí)，時(shí)， D導(dǎo)通；導(dǎo)通； uo = UD + E E 2) 當(dāng)當(dāng) ui E 時(shí)時(shí), D截止，截止， uo = uitUuisin25. 4 穩(wěn)壓二極管DZ)穩(wěn)壓二極管的工作機(jī)理是穩(wěn)壓二極管的工作機(jī)理是利用利用PN結(jié)的擊穿特性。結(jié)的擊穿特性。 一一. VA特性、符號(hào)、狀特性、符號(hào)、狀態(tài)態(tài)DZDZ分析：分析：1穩(wěn)壓管的正向特性與二極

19、管相同。穩(wěn)壓管的正向特性與二極管相同。2穩(wěn)壓管的反向特性穩(wěn)壓管的反向特性O(shè)A段段 ：當(dāng)：當(dāng) 0U UZ （反向擊穿電壓，數(shù)值較小（反向擊穿電壓，數(shù)值較小時(shí)，時(shí)，I Z很小，穩(wěn)壓管截止；很小，穩(wěn)壓管截止；AB段：當(dāng)段：當(dāng) U UZ 時(shí)，穩(wěn)壓管反向擊穿，時(shí)，穩(wěn)壓管反向擊穿，I Z 很大，雖很大，雖 I Z變化范圍很大，但變化范圍很大，但 DZ 穩(wěn)壓管兩端的電壓穩(wěn)壓管兩端的電壓UZ 變化很??；體現(xiàn)了穩(wěn)壓特性。變化很?。惑w現(xiàn)了穩(wěn)壓特性。 由此得知：由此得知：1穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓管的 VA 特性為非線(xiàn)性，且反向特性很陡，；特性為非線(xiàn)性，且反向特性很陡，；2穩(wěn)壓管有導(dǎo)通、截止、擊穿三個(gè)狀態(tài)，常工作于穩(wěn)壓管有導(dǎo)通

20、、截止、擊穿三個(gè)狀態(tài)，常工作于反向擊穿狀態(tài)。反向擊穿狀態(tài)。二二. 主要參數(shù)主要參數(shù)1). 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ DZ在正常工作下管子兩端的電壓，也就是它的在正常工作下管子兩端的電壓，也就是它的反向擊穿電壓。反向擊穿電壓。2). 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ DZ在穩(wěn)定電壓工作管子中的工作電流。在穩(wěn)定電壓工作管子中的工作電流。3). 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻 rZ DZ管端電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量的比管端電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量的比值。即值。即ZZIUrz（動(dòng)態(tài)電阻愈小， 穩(wěn)壓性能愈好。） 例例 1.電路如圖所示，設(shè)穩(wěn)壓管電路如圖所示，設(shè)穩(wěn)壓管DZ1 和和DZ2 的穩(wěn)定的穩(wěn)定電壓分別為電壓分別為

21、5V和和10V, 試求出輸出電壓試求出輸出電壓U，判斷，判斷穩(wěn)壓管所處的工作狀態(tài)。已知穩(wěn)壓管正向電壓為穩(wěn)壓管所處的工作狀態(tài)。已知穩(wěn)壓管正向電壓為0.7V。解：解： 當(dāng)當(dāng)DZ1 和和DZ2斷開(kāi)時(shí)，斷開(kāi)時(shí)，同時(shí)加有同時(shí)加有25V反向電壓。反向電壓。由于由于DZ1DZ2小，小，DZ1先被擊穿，先被擊穿，UO5V，因而因而DZ1處于擊穿狀態(tài)，處于擊穿狀態(tài)，DZ2處于截止?fàn)顟B(tài)。處于截止?fàn)顟B(tài)。 5.5 二極管和穩(wěn)壓管在直流電源中的應(yīng)用二極管和穩(wěn)壓管在直流電源中的應(yīng)用 半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖。半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖?；疽螅豪斫鈫蜗嗾?、濾波、穩(wěn)壓電路的基本要求：理解單相整流、濾波、穩(wěn)壓電路的工作

22、原理，掌握設(shè)計(jì)全波整流、電容濾波電路工作原理，掌握設(shè)計(jì)全波整流、電容濾波電路的方法。的方法。圖中各環(huán)節(jié)的功能如下：圖中各環(huán)節(jié)的功能如下：1. 1. 變壓：將交流電源電壓變換為符合整流需要變壓：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。的電壓。2. 2. 整流電路：將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直整流電路：將交流電壓變換為單向脈動(dòng)的直流電壓。流電壓。3. 3. 濾波電路：減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適濾波電路：減小整流電壓的脈動(dòng)程度，以適合負(fù)載的需要。合負(fù)載的需要。4. 4. 穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。一、

23、變壓一、變壓利用變壓器將交流電源電壓變換為符合整流需利用變壓器將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。要的電壓。變壓器結(jié)構(gòu)、符號(hào)和參數(shù)變壓器結(jié)構(gòu)、符號(hào)和參數(shù)鐵軛鐵心柱電源負(fù)載u1u2原繞組N1副繞組N2N2N1u1u2i1i2U1變比變比K=U2額定容量額定容量SN=UN2IN2二、二、 整流電路整流電路2工作原理工作原理u1 經(jīng)經(jīng)Tr u2 波形圖波形圖 u20u2 0 D導(dǎo)通導(dǎo)通 uo = u2 ;D截止截止 uo = 0 ; 1. 單相半波整流電路單相半波整流電路1）. 電路組成電路組成3主要參數(shù)主要參數(shù)(1) 單相半波整流電壓的平均值單相半波整流電壓的平均值UO)()()(ttdSin

24、UtdtuTUTO20002211) 1 . 6(45. 0222UU (2) 單相半波整流電流的平均值單相半波整流電流的平均值IO)2 . 6(45. 02LLOORURUI(3) 二極管中的平均電流二極管中的平均電流ID) 3 . 6(45. 02LODRUII (4) 二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓UDRM)4 . 6(22UUDRM 4整流元件的選擇整流元件的選擇 根據(jù)根據(jù)ID、 UDRM 選擇合適的整流元件選擇合適的整流元件D;1）. 電路組成：電路組成： 原理圖如圖所示原理圖如圖所示單相橋式整流電路圖單相橋式整流電路圖2. 單相橋式整流電路單相橋式整流電路2工作過(guò)

25、程工作過(guò)程當(dāng)當(dāng)u2 0 (正半周正半周)，D1、D3導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2、D4 截止。截止。i2的通路是的通路是a D1 RL D3 b;當(dāng)當(dāng)u2 0 (負(fù)半周負(fù)半周)，D2、D4 導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1、D3 截止。截止。i2 的通路是的通路是b D2 RL D4 a ;單相橋式整流電路波形圖單相橋式整流電路波形圖3主要參數(shù)主要參數(shù)(1) (1) 單相橋式整流電壓的平均值單相橋式整流電壓的平均值UOUO)(21220tduUO)5 . 6(9 . 02U)(2120ttdSinU (2) 單相橋式整流電流的平均值單相橋式整流電流的平均值IO)6 . 6(9 . 02LLOORURUI(3) 二極管中的

26、平均電流二極管中的平均電流ID)7 . 6(45. 0212LODiDRUIII (4) 二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓UDRM).( 8622UUDRM4 4整流元件及變壓器的選擇整流元件及變壓器的選擇(1) (1) 根據(jù)根據(jù)IDID、 UDRM UDRM 選擇整流電路元件選擇整流電路元件D1D1 D4;D4;(2) (2) 根據(jù)負(fù)載根據(jù)負(fù)載RLRL的要求決定變壓器副邊的有效值，的要求決定變壓器副邊的有效值， UO = 0.9 U2 , IO = 0.9 I2 UO = 0.9 U2 , IO = 0.9 I2 U2 = 1.11 UO , I2 = 1.11 IO U2

27、= 1.11 UO , I2 = 1.11 IO (3)(3)根據(jù)根據(jù)U2 U2 、I2I2和電源電壓和電源電壓U1U1選擇變壓器。選擇變壓器。 變比：變比： K= U1/ U2K= U1/ U2 容量：容量： S = I2S = I2U2 U2 例例1: 已知負(fù)載電阻RL80，負(fù)載電壓Uo110V。今采用單相橋式整流電路，交流電源電壓為380V。 (1)如何選用二極管? (2) 求整流變壓器的變比及容量。 解: (1)二極管:A38. 180110LOORUIA69. 021ODIIV21.12211. 12OUUV8 .17222UUDRM選擇選擇:IFM 0.69A，URM 172.8V

28、。 (2) 整流變壓器的變比和容量：整流變壓器的變比和容量： 變比變比1 . 321.12238021UUK I2 = 1.11 IO 1.53 A變壓器的容量變壓器的容量 S = I2U2 = 1.53122.21187 VA選擇變壓器選擇變壓器 K=4 S187VA三、三、 濾波電路濾波電路1. 電容低通濾波器電容低通濾波器1）. 電路組成電路組成2）. 工作過(guò)程工作過(guò)程分析分析: 設(shè)設(shè)uC (0-) = 0,(1) u2 0 (正半周正半周)a) 當(dāng)當(dāng)0 u2 U2m 0/)(31CRRRLDDD1、D3導(dǎo)通，導(dǎo)通， D2、D4 截截止，止，iD = iC + iO, uC = uO，電

29、容充電。電容充電。b) 當(dāng)當(dāng) u2 uC ，且，且/ 2 t 時(shí)時(shí)CRLD1、D3、D2、D4截止截止 ，iD =0， iC = iO, uC = uO，電容向負(fù)載放電電容向負(fù)載放電 。(2) u2 0 (負(fù)半周負(fù)半周)，a) 在在t 3/ 2，當(dāng)，當(dāng) uC| u2 |U2m 時(shí)，時(shí)， D2、D4 導(dǎo)通，導(dǎo)通， D1、D3 截止，有截止，有:iD = iC + iO, uC = uO，電容充電。，電容充電。b) 在在3/ 2 t 2 ，當(dāng)當(dāng)| u2 | uC 時(shí)，時(shí)，D1D4截止截止 ，有，有:iD =0， iC = iO, uC = uO，電容放，電容放電電 。 (3) 以后，電容周期性的以

30、后，電容周期性的充電、放電。充電、放電。3）. 參數(shù)估算參數(shù)估算放電時(shí)間常數(shù)放電時(shí)間常數(shù)= RL C，若，若RL愈大，愈大，即即愈大，則愈大，則uO 愈平坦，脈動(dòng)愈小，愈平坦，脈動(dòng)愈小，UO 值愈高。因而，輸出電壓受負(fù)載值愈高。因而，輸出電壓受負(fù)載變化的影響較大，電容濾波電路的外變化的影響較大，電容濾波電路的外特性較差。為得到較好的濾波效果，特性較差。為得到較好的濾波效果，一般取一般取:2)53(TCRLLRTC2)53(1) C=(3 5)T/(2RL)(2) 在在(1) 條件下，有：條件下，有：UO = (1.11. 2 )U2 , 一般?。阂话闳。?UO =1. 2 U2 (3) 輸出電

31、流平均值：輸出電流平均值：LLOORURUI221. (4) 整流管中的平均電流值：整流管中的平均電流值：ODII2141在在U2=0U2=0的瞬間加的瞬間加C C在在U2U2最大瞬間加最大瞬間加C C232(ODII）例例2: 有一單相橋式電容濾波整流電路，已知交流電有一單相橋式電容濾波整流電路，已知交流電源頻率源頻率 f 50 HZ， U1 = 220V，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻RL1000 ，要求直流輸出電壓，要求直流輸出電壓uo30V，選擇整流二極管及，選擇整流二極管及濾波電容器。濾波電容器。解解: (1) 選擇整流二極管選擇整流二極管AmRUILOO30100030ID=IO=30mA取取

32、:UO =1. 2 U2 ，那么，那么: U2 = UO /1. 2 = 25V 5V325222UUDRM故選用整流二極管為故選用整流二極管為2CP11，其，其IF=100 mA , UDRM=50V。(2) 選擇選擇 濾波電容器濾波電容器 據(jù)式據(jù)式 = RLC（35T/2 取取 RLC=5T/2 且且 f = 50 HZ T = 1 / f = 0.02 sF250F10250200202. 05256LRTC2. 2. 電感低通濾波器電感低通濾波器1 1）. . 電路組成電路組成 電感低通濾波電路電感低通濾波電路2）. 分析分析(1) XL =L，隨諧波，隨諧波 f XL 可以減弱整流電壓中的交流分量，在可以減弱整流電壓中的交流分量，在負(fù)載上可得到低頻分量；負(fù)載上可得到低頻分量；(2)當(dāng)當(dāng) f = 0時(shí)，時(shí)， XL = 0，直流分量全部降在負(fù)載直流分量全部降在負(fù)載 RL 上。上?？梢?jiàn)，可見(jiàn)， XL濾去高次諧波，輸出端得到濾去高次諧波，輸出端得到較為平坦的輸出電壓。較為平坦的輸出電壓。四、四、 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路1. 并聯(lián)穩(wěn)壓電路并聯(lián)穩(wěn)壓電路1）. 電路組成電路組成并聯(lián)穩(wěn)壓電路并聯(lián)穩(wěn)壓電路 根據(jù)電路結(jié)構(gòu)有：根據(jù)電路結(jié)構(gòu)有： UO = UZ = UiIR*R (6.9