電路與模擬電子技術(shù)第五章

電路與模擬電子技術(shù)第五章第一頁(yè)，共62頁(yè)。本章教學(xué)內(nèi)容5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性5.2二極管整流電路5.3二極管峰值采樣電路5.4二極管檢波電路第二頁(yè)，共62頁(yè)。本章內(nèi)容概述導(dǎo)體器件的出現(xiàn)改變了電子電路的組成格局，從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，半導(dǎo)體器件開(kāi)始逐步取代真空管器件，在電子電路中占據(jù)絕對(duì)主導(dǎo)地位。本章首先介紹半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)知識(shí)，介紹PN結(jié)的單向?qū)щ娫?，然后著重介紹半導(dǎo)體二極管器件的外部特性和主要參數(shù)，為正確使用器件打下基礎(chǔ)，最后介紹幾種常用的二極管應(yīng)用電路。第三頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性半導(dǎo)體材料根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來(lái)劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。半導(dǎo)體有溫敏、光敏和摻雜等導(dǎo)電特性。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。（可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻）光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化。（(可做成各種光電元件，如光電電阻、光電二極管、光電晶體管）摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變。（可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、晶體管和晶閘管等）第四頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)1）半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。每個(gè)原子與晶格上相鄰的4個(gè)原子共享價(jià)電子（使最外層達(dá)到最穩(wěn)定的8個(gè)電子狀態(tài)，從而形成共價(jià)鍵。第五頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)2）本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。電子空穴對(duì)——由熱激發(fā)而

產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì)。晶體中原子的排列方式自由電子空穴價(jià)電子價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。自由電子和空穴成對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)濃度一定。第六頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)3）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理外電壓時(shí)，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成電子電流；類似金屬導(dǎo)體導(dǎo)電相鄰價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成空穴電流。能夠承載電流的粒子稱為載流子，半導(dǎo)體含有兩種載流子：自由電子和空穴。本征半導(dǎo)體中載流子濃度極小，導(dǎo)電性能很差；溫度越高，本征半導(dǎo)體中載流子濃度越高，導(dǎo)電能力越強(qiáng)。半導(dǎo)體導(dǎo)電能力受溫度影響很大。

300oK時(shí)，本征硅的載流子濃度為1.4×1010/cm3，而本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3。第七頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)4）雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。1、N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中加入五價(jià)元素，這些五價(jià)元素在外層含有五個(gè)電子，除了四個(gè)與其周圍的半導(dǎo)體原子構(gòu)成共價(jià)鍵，還有一個(gè)電子成為自由電子，這種半導(dǎo)體中含有較高的自由電子濃度，自由電子是多數(shù)載流子（多子），空穴濃度較低，是少數(shù)載流子（少子）。第八頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)5）+5+4+4+4

余下的這個(gè)不受共價(jià)鍵束縛的價(jià)電子,在室溫下獲得的熱能也可以使它掙脫原子核的引力而成為自由電子。五價(jià)元素稱為施主雜質(zhì)，它失去一個(gè)價(jià)電子成為正離子，但不會(huì)產(chǎn)生空穴。正離子束縛在晶格中，不能像空穴那樣起導(dǎo)電作用。摻雜五價(jià)原子第九頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)6）如果在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素，則形成P型半導(dǎo)體，空穴為多數(shù)載流子，而自由電子為少數(shù)載流子。2、P型半導(dǎo)體+3+4+4+4摻雜的三價(jià)元素稱為受主雜質(zhì)，受主雜質(zhì)接受一個(gè)電子后形成一個(gè)帶負(fù)電的負(fù)離子但不會(huì)產(chǎn)生自由電子。負(fù)離子在晶格中不能起導(dǎo)電作用。摻雜半導(dǎo)體的多子濃度主要由摻雜濃度決定，所以其導(dǎo)電能力也由摻雜濃度決定。摻雜3價(jià)原子N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是自由電子。

P型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是空穴。

不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但整個(gè)晶體仍然是不帶電的，宏觀上保持電中性。第十頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)7）載流子的運(yùn)動(dòng)載流子在電場(chǎng)作用下的漂移運(yùn)動(dòng)

沒(méi)有電場(chǎng)作用時(shí),半導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子和空穴的運(yùn)動(dòng)是雜亂無(wú)章的熱騷動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方向不斷改變，因此從平均的意義上來(lái)說(shuō)不會(huì)產(chǎn)生電流。

當(dāng)有外電場(chǎng)作用時(shí)，自由電子在熱運(yùn)動(dòng)的同時(shí)還要疊加上逆電場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)，空穴則疊加上順電場(chǎng)方向的運(yùn)動(dòng)。在電場(chǎng)作用下載流子的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。由漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流為漂移電流。電場(chǎng)

E+-eq第十一頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)8）載流子的運(yùn)動(dòng)(續(xù))載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

如果在半導(dǎo)體中兩個(gè)區(qū)域自由電子和空穴的濃度存在差異，那么載流子將從濃度大的一邊向濃度小的一邊擴(kuò)散。由于濃度差引起的載流子運(yùn)動(dòng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。相應(yīng)產(chǎn)生的電流為擴(kuò)散電流。第十二頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)9）PN結(jié)PN結(jié)的形成

在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，P型N型++--E在P型半導(dǎo)體一側(cè)，空穴濃度較高，而在N型半導(dǎo)體一側(cè)，自由電子濃度較高，因此，界面處存在載流子濃度梯度，產(chǎn)生多數(shù)載流子向?qū)γ娴臄U(kuò)散運(yùn)動(dòng)。隨著擴(kuò)散的進(jìn)行界面附近載流子不斷復(fù)合，留下帶電離子形成空間電荷區(qū)（耗盡區(qū)），建立起內(nèi)建電場(chǎng)E阻止多子擴(kuò)散進(jìn)一步進(jìn)行。第十三頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)10）

另一方面，對(duì)進(jìn)入空間電荷區(qū)的少子，內(nèi)建電場(chǎng)又將其驅(qū)動(dòng)到對(duì)面（漂移運(yùn)動(dòng)），在一定溫度下，如果無(wú)外界電場(chǎng)的作用，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成所謂PN結(jié)。這時(shí)的擴(kuò)散電流等于漂移電流。PN結(jié)中沒(méi)有凈電流流動(dòng)。P型N型++--EPN結(jié)空間電荷區(qū)的叫法很多，有叫耗盡區(qū)的，也有叫阻擋層的。第十四頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)11）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

當(dāng)外加電場(chǎng)加入后，如果外電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)方向一致(即，外加電壓正端接N區(qū),負(fù)端接P區(qū))。PNEUPN結(jié)加反向偏壓，不導(dǎo)電（截止）內(nèi)建電場(chǎng)得到加強(qiáng)，空間電荷區(qū)加寬，載流子更難通過(guò)，因而不能導(dǎo)電（截止）。第十五頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)12）PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕ɡm(xù)）

當(dāng)外加電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反（即，外加電壓正端接P區(qū)，負(fù)端接N區(qū)）。PNEUPN結(jié)加正向偏壓，導(dǎo)電（導(dǎo)通）內(nèi)建電場(chǎng)受到削弱，空間電荷區(qū)變窄，載流子易于通過(guò)，因而產(chǎn)生導(dǎo)電現(xiàn)象（導(dǎo)通）。這種只有一種方向?qū)щ姷默F(xiàn)象稱為PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴５谑?yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)13）半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管的電路符號(hào)與基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管內(nèi)部就是一個(gè)PN結(jié)，將其封裝并接出兩個(gè)引出端，從P區(qū)引出的端稱為陽(yáng)極（正極），從N區(qū)引出的端稱為陰極（負(fù)極）。電路符號(hào)如圖所示。陽(yáng)極陰極D二極管電路符號(hào)根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕O管只有當(dāng)陽(yáng)極電位高于陰極電位時(shí)，才能按箭頭方向?qū)娏?。符?hào)箭頭指示方向?yàn)檎c(diǎn)則表示該端為正極。為了防止使用時(shí)極性接錯(cuò)，管殼上標(biāo)有“”符號(hào)或色點(diǎn)，如果二極管極性接錯(cuò)，不僅造成電路無(wú)法正常工作，還會(huì)燒壞二極管及電路中其他元件。第十七頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)14）二極管的基本結(jié)構(gòu)引線外殼觸絲線基片點(diǎn)接觸型PN結(jié)面接觸型第十八頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)15）常見(jiàn)二極管實(shí)物第十九頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)16）點(diǎn)接觸型半導(dǎo)體二極管實(shí)物照片20第二十頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)17）面接觸型半導(dǎo)體二極管實(shí)物照片21第二十一頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)18）半導(dǎo)體二極管的伏安特性DiD+uD—uD/ViD0正向?qū)?.5鍺硅0.21.正向特性外加正向電壓時(shí)，正向特性的起始部分，正向電流幾乎為零。這一段稱為“死區(qū)”。對(duì)應(yīng)于二極管開(kāi)始導(dǎo)通時(shí)的外加電壓稱為“死區(qū)電壓”。鍺管約為0.2V,硅管約0.5V。第二十二頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)19）半導(dǎo)體二極管的伏安特性（續(xù)）2.反向特性外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)通過(guò)二極管的電流是少數(shù)載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的很小的反向電流，稱為反向飽和電流或漏電流。該電流受溫度影響很大。3.擊穿特性

外加反向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿（擊穿時(shí)，二極管失去單向?qū)щ娦裕?duì)應(yīng)的電壓稱為擊穿電壓。uD/ViD0正向?qū)ǚ聪蚪刂箵舸?.5鍺硅0.2反向飽和電流第二十三頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)20）利用Multisim測(cè)試二極管伏安特性第二十四頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)21）二極管的電路模型

在實(shí)際電路分析、設(shè)計(jì)中常使用逐段線性的二極管特性1.理想二極管的電路模型iDuDO導(dǎo)通電壓UD與二極管材料有關(guān)：硅管為0.6~0.7V，鍺管為0.2~0.3V。2.考慮導(dǎo)通電壓的二極管模型：iDuDO_+uDiDuDUDuDUD+uDiD_第二十五頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)22）3.考慮正向伏安特性曲線斜率的二極管電路模型以動(dòng)態(tài)電阻rD表示曲線的斜率，(rD的值隨二極管工作點(diǎn)Q變化而變化）iDuDOUDuDUD+uDiD_rD第二十六頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)23）理想二極管應(yīng)用電路實(shí)例限幅電路+ui_+uO_RE輸入電壓為一正弦波。電池電壓：E=4V08t40t截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通

如果考慮二極管導(dǎo)通電壓，則此時(shí)輸出電壓應(yīng)為4.7V。當(dāng)輸入電壓小于電池電壓時(shí)，二極管兩端電壓處于反向偏置，截止，沒(méi)有電流流過(guò)，所以輸出電壓跟隨輸入電壓變化。當(dāng)輸入電壓大于電池電壓時(shí)，二極管兩端電壓處于正向偏置，導(dǎo)通，二極管兩端電壓為0，所以輸出電壓與電池電壓相同，為4V。第二十七頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)24）利用Multisim觀察二極管限幅電路工作情況第二十八頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)25）“或”門(mén)電路假定二極管導(dǎo)通電壓忽略不計(jì)，我們用列表的方法來(lái)分析輸入信號(hào)VA，VB和輸出信號(hào)VF的關(guān)系：VAVBVFD2D13V3V3V3V0V0V0V0V導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止3V0V3V3V如果定義3V電平為邏輯1，0V電平為邏輯0，則，該電路實(shí)現(xiàn)邏輯“或”的功能：F=A+BD1D2R-12VVAVBVF第二十九頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)26）半導(dǎo)體二極管主要參數(shù)uDiD0URWMIRIOMUBR1.最大整流電流IOM：二極管長(zhǎng)時(shí)間安全工作所允許流過(guò)的最大正向平均電流。由PN結(jié)結(jié)面積和散熱條件決定，超過(guò)此值工作可能導(dǎo)致過(guò)熱而損壞。2.反向工作峰值電壓URWM：為保證二極管不被反向擊穿而規(guī)定的最大反向工作電壓，一般為反向擊穿電壓的一半。第三十頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)27）uDiD0URWMIRIOMUBR3.反向電流IR：二極管未被擊穿時(shí)，流過(guò)二極管的反向電流。此值越小，單向?qū)щ娦栽胶?。硅管?yōu)于鍺管。4.最高工作頻率fM

：二極管維持單向?qū)щ娦缘淖罡吖ぷ黝l率。由于二極管中存在結(jié)電容，當(dāng)頻率很高時(shí)，電流可直接通過(guò)結(jié)電容，破壞二極管的單向?qū)щ娦浴５谌豁?yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)28）二極管應(yīng)用分析舉例：二極管電路如圖，D1、D2為理想二極管，試畫(huà)出10Vui10V范圍內(nèi)的電壓傳輸特性曲線。(1)當(dāng)D1管截止，D2管導(dǎo)通。uO=5V-50+5+10-10ui(V)+5-5uo(2)當(dāng)D1管截止，D2管截止。uO=ui(3)當(dāng)D1管導(dǎo)通，D2管截止。uO=+5V+ui_+uO_RD15VD25V電路把超過(guò)±5V的輸入信號(hào)部分限制掉。第三十二頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)29）利用Multisim觀察二極管雙向限幅電路傳輸特性第三十三頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)30）穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管是一種特殊的硅二極管。它允許通過(guò)較大的反向電流，經(jīng)過(guò)特殊工藝使其反向擊穿電壓比普通二極管低得多（幾到幾十伏）。利用其反向擊穿特性，配以合適的電阻，在電路中可起穩(wěn)壓的作用。二極管在加反向偏置電壓時(shí)，處于截

止?fàn)顟B(tài)，僅有很小的反向飽和電流。但是

如果反向電壓增大到一定值時(shí)，PN結(jié)的電

場(chǎng)強(qiáng)度太大，將導(dǎo)致二極管的

反向擊穿，這時(shí)，二極管反向

電流迅速增大而電壓卻基本不變

——反向擊穿。uDiDOUBR第三十四頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)31）1.穩(wěn)壓二極管的電路符號(hào)DZ+-uzizDZ+-uziz2.穩(wěn)壓二極管的特性izuzO當(dāng)穩(wěn)壓二極管處于正向偏置時(shí)，其特性和普通二極管相同。當(dāng)穩(wěn)壓二極管處于反向偏置時(shí)，如果電壓較小，則二極管處于截止?fàn)顟B(tài)，電流近似為0。如果電壓達(dá)到擊穿電壓值時(shí)，電流迅速增大，穩(wěn)壓二極管處于穩(wěn)壓狀態(tài)。UZ1）PN結(jié)易于擊穿（擊穿電壓比普通二極管低很多）。2）PN結(jié)面積大，散熱條件好，使反向擊穿是可逆的。特點(diǎn)第三十五頁(yè)，共62頁(yè)。5.1半導(dǎo)體二極管的工作原理與特性（續(xù)32）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)izuz0UZIZIZM△UZ△IZ(1)穩(wěn)定電壓UZ(2)穩(wěn)定電流IZ

保證穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的最小工作電流。(3)最大穩(wěn)定電流IZM

(4)最大允許耗散功率PZM(5)動(dòng)態(tài)電阻(6)電壓溫度系數(shù)U穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。動(dòng)態(tài)電阻越小穩(wěn)壓管穩(wěn)壓效果越好。穩(wěn)壓管受溫度變化的影響系數(shù)。不同型號(hào)的穩(wěn)壓管，都規(guī)定一

個(gè)最大穩(wěn)定電流，防止穩(wěn)壓管過(guò)流發(fā)生熱擊穿而損。第三十六頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路

整流電路的目的是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見(jiàn)的整流電路有單相半波、全波、橋式整流等。單相半波整流電路u2>0時(shí)，二極管導(dǎo)通。I0忽略二極管正向壓降：

u0=u2u2<0，二極管截止,輸出電流為0。

u0=0u1+u2_+u1

-aTbDRL+uO_O第三十七頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)1）單相半波整流電路(續(xù))輸出電壓平均值(UO)：半波整流輸入輸出電壓波形：二極管上承受的最高電壓：二極管上的平均電流：ID=I0u00ui0u1+u2_+u1

-aTbDRL+uO_O第三十八頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)2）利用Multisim觀察單相半波整流電路工作波形第三十九頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)3）單相橋式全波整流u1+u2_aTrbD4D2D1D3RLuO0t+u1_輸入電壓為正半周時(shí)，D1D3導(dǎo)通，D2D4截止。輸入電壓為負(fù)半周時(shí)，D2D4導(dǎo)通，D1D3截止。輸入電壓的正負(fù)半周都有電流流過(guò)負(fù)載而且電流方向一致（單向脈動(dòng)）。+--+uD4,uD2uD3,uD1u200uO0第四十頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)4）輸出電壓uO平均值（直流分量）：u20uo0負(fù)載平均電流為：每個(gè)二極管中流過(guò)的電流是負(fù)載電流的一半。選擇整流二極管要求最大整流電流滿足：一對(duì)二極管在反向截止時(shí)，每個(gè)管子承受的電壓都是變壓器二次電壓的峰值，選擇整流二極管時(shí)要求反向工作峰值電壓滿足：第四十一頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)5）利用Multisim觀察單相橋式全波整流電路工作波形第四十二頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)6）

三相橋式整流電路單相整流電路功率一般為幾瓦到幾百瓦，常用在電子儀器中。對(duì)于大功率整流（如上千瓦以上），如果仍采用單相整流電路，會(huì)造成三相電網(wǎng)負(fù)載不平衡，影響供電質(zhì)量，因此常采用三相整流電路。在某些場(chǎng)合，雖然整流功率不大，但要求整流電壓脈動(dòng)成分更少，也采用三相整流電路。其中三相橋式整流電路較常用。三相交流電源經(jīng)三相變壓器，接到三相橋式整流電路，變壓器副邊采用星形聯(lián)結(jié)，三相橋式整流電路由六只二極管分成兩組構(gòu)成，第一組采用共陰極接法，第二組采用共陽(yáng)極接法，在同一時(shí)間內(nèi)各組中僅有一個(gè)二極管導(dǎo)通。第四十三頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)7）共陽(yáng)極組共陰極組變壓器二次側(cè)為三相對(duì)稱電壓ua、ub、uc，分別接在共陰極組三個(gè)二極管的陽(yáng)極和共陽(yáng)極組三個(gè)二極管的陰極，在每一瞬間，共陰極組中陽(yáng)極電位最高的二極管導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中陰極電位最低的二極管導(dǎo)通。第四十四頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)8）u0uaubuc2t1uo0t2t3t4t5t6t7t8t9t0~

t1uc最高，ub最低，D5D4通，

uo=ucb（線電壓）t1~

t2ua最高，ub最低，D1D4通，

uo=uab（線電壓）t2~

t3ua最高，uc最低，D1D6通，

uo=uac（線電壓）t3~

t4ub最高，uc最低，D3D6通，

uo=ubc（線電壓）t4~

t5ub最高，ua最低，D3D2通，

uo=uba（線電壓）t5~

t6uc最高，ua最低，D5D2通，

uo=uca（線電壓）t6~

t7uc最高，ub最低，D5D4通，

uo=ucb（線電壓）結(jié)論：

在一個(gè)周期中，每個(gè)二極管只有三分之一的時(shí)間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為120°）。負(fù)載兩端的電壓為線電壓（絕對(duì)值）。輸出電壓脈動(dòng)程度小。第四十五頁(yè)，共62頁(yè)。5.2二極管整流電路（續(xù)9）1)整流電壓平均值Uo2)整流電流平均值Io3)流過(guò)每管電流平均值ID4)每管承受的最高反向電壓UDRM變壓器二次相電壓有效值第四十六頁(yè)，共62頁(yè)。5.3二極管峰值采樣電路在半波整流電路中利用二極管單向?qū)щ娦?，將交流電壓轉(zhuǎn)化為直流脈動(dòng)電壓，分析過(guò)程中，二極管正向偏置導(dǎo)通時(shí)，輸入電壓直接傳輸?shù)捷敵龆恕Ｈ绻堰@個(gè)電壓記憶并保存住，那么半波整流電路的二極管偏置將同時(shí)受到輸入端和輸出端電壓的影響，只有當(dāng)輸入電壓超過(guò)輸出端記憶的電壓二極管才導(dǎo)通，并更新輸出端電壓。最終保留在輸出端的將是輸入電壓的最大值——峰值，這就是峰值采樣電路。第四十七頁(yè)，共62頁(yè)。5.3二極管峰值采樣電路（續(xù)1）二極管峰值采樣電路電路中用于記憶并保存峰值電壓的器件是電容器，每當(dāng)輸入電壓出現(xiàn)新的峰值，二極管處于正向偏值導(dǎo)通狀態(tài)，輸入電壓通過(guò)導(dǎo)通的二極管向電容器充電，使之捕捉到輸入電壓的峰值，將峰值電壓存儲(chǔ)在電容器中輸出。工作波形第四十八頁(yè)，共62頁(yè)。5.3二極管峰值采樣電路（續(xù)2）二極管峰值采樣電路中，電路及器件的非理想會(huì)影響電路性能。二極管導(dǎo)通電壓的存在，電容兩端存儲(chǔ)的電壓始終要低于輸入電壓峰值一個(gè)二極管導(dǎo)通電壓，硅管約0.6V，鍺管約0.3V。存在二極管導(dǎo)通電阻和輸入電壓信號(hào)源內(nèi)阻，輸入電壓對(duì)電容充電的時(shí)間常數(shù)不可能等于0，當(dāng)輸入信號(hào)電壓頻率太高時(shí)，輸入信號(hào)出現(xiàn)峰值的時(shí)間很短，電容器來(lái)不及充電更新，這時(shí)也會(huì)出現(xiàn)采樣失敗。電容器本身存在泄漏電阻，使得保存在電容器中的電壓會(huì)隨著時(shí)間慢慢降低，如果考慮負(fù)載電阻的影響，電容上電壓保持能力將大大降低，需要增加高輸入電阻的隔離電路。第四十九頁(yè)，共62頁(yè)。5.3二極管峰值采樣電路（續(xù)3）二極管峰值采樣電路可用于需要記錄測(cè)量最高數(shù)值的場(chǎng)合，例如，測(cè)量記錄日最高溫度的最高溫度測(cè)試儀，通過(guò)溫度－電壓傳感器將溫度轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓信號(hào)，由信號(hào)調(diào)理電路對(duì)其進(jìn)行放大、線性化校正等處理形成與溫度呈線性關(guān)系的電壓，最后由二極管峰值采樣電路采樣得到最高溫度并顯示出來(lái)。最高溫度測(cè)試儀組成第五十頁(yè)，共62頁(yè)。5.4二極管檢波電路調(diào)幅波是一種常用的信號(hào)調(diào)制方式，它通過(guò)頻譜搬移將低頻信號(hào)調(diào)制到高頻載波的幅度上，這樣便于通過(guò)天線發(fā)射傳輸。從調(diào)幅波中檢出低頻信號(hào)的過(guò)程也是一個(gè)頻譜變換過(guò)程，要完成這一變換，必須使用非線性元件。為了從變換后產(chǎn)生的多種頻率成分中，取出低頻信號(hào)，并將不需要的成分濾掉，檢波器的負(fù)載應(yīng)具有低通濾波器的特性。檢波器由非線性元件和具有低通濾波器特性的負(fù)載組成。濾波電容數(shù)值的選擇應(yīng)使高頻時(shí)近于短路，低頻時(shí)近于開(kāi)路。第五十一頁(yè)，共62頁(yè)。5.4二極管檢波電路（續(xù)1）目前應(yīng)用最廣泛的是二極管檢波器，具有線路簡(jiǎn)單，大信號(hào)輸入時(shí)非線性失真小等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)調(diào)幅信號(hào)的大小，可分為大信號(hào)直線性檢波和小信號(hào)平方律檢波兩種方式。二極管小信號(hào)平方律檢波電路當(dāng)檢波器的輸入調(diào)幅信號(hào)幅度較?。ā?.2V）時(shí)的檢波稱為小信號(hào)平方律檢波。其特點(diǎn)是在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)二極管總是導(dǎo)通，利用二極管伏安特性曲線的彎曲部分的平方律函數(shù)完成檢波的頻率變換。小信號(hào)平方律檢波的原理電路如圖所示。第五十二頁(yè)，共62頁(yè)。5.4二極管檢波電路（續(xù)2）D是檢波二極管，CR是檢波負(fù)載，UQ為外加直流偏壓，以提高二極管D工作點(diǎn)Q的位置。ui是調(diào)幅信號(hào)，其包絡(luò)線的最大幅度小于UQ。由于二極管特性的非線性，在輸入信號(hào)作用下，流過(guò)二極管的電流波形是失真的，失真波形中包含有低頻電流im，其形狀與輸入已調(diào)波電壓ui的包絡(luò)線形狀基本一致將高頻成分濾掉后，負(fù)載R上就得到了低頻信號(hào)uo。第五十三頁(yè)，共62頁(yè)。5.4二極管檢波電路（續(xù)3）第五十四頁(yè)，共62頁(yè)。5.4二極管檢波電路（續(xù)4）檢波的低頻分量的幅度與載波電壓振幅的平方成正比，因此這種檢波稱為平方律檢波。檢出的低頻分量中還有二次諧波，而且無(wú)法濾掉，所以這種檢波有較大的非線性失真。二極管小信號(hào)平方律檢波由于失真大，效率低，輸入阻抗小等缺點(diǎn)，在現(xiàn)代通信和廣播接收機(jī)中已很少使用。但因它具有線路簡(jiǎn)單，能對(duì)很小的信號(hào)檢波，以及檢波輸出電流與輸入載波電壓幅度的平方（即與輸入信號(hào)的功率）成正比等優(yōu)點(diǎn)，因而，在無(wú)線電測(cè)量?jī)x表中得到較為廣泛的應(yīng)用。第五十五頁(yè)，共62頁(yè)。5.4二極管檢波電路（續(xù)5）二極管大信號(hào)包絡(luò)檢波電路當(dāng)檢波器的輸入調(diào)幅信號(hào)幅度較大（大于0.5V）時(shí)的檢波稱為大信號(hào)檢波。其特點(diǎn)是二極管運(yùn)用在伏安特性曲線的線性部分，雖然輸入調(diào)幅信號(hào)的幅度較大，但電路中二極管沒(méi)有直流偏置電壓，在整個(gè)周期