第6章 晶體管及其應(yīng)用(1) PN結(jié)及晶體二極管

1、第二篇第二篇 PN結(jié)及晶體二極管 第第6章章 6.1 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?6.2.1 晶體二極管晶體二極管 6.2.2 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 6.2.3 發(fā)光二級(jí)管發(fā)光二級(jí)管 6.2 晶體二極管及其應(yīng)用晶體二極管及其應(yīng)用 第第1頁頁 6.2.4 變?nèi)荻?jí)管變?nèi)荻?jí)管 6.2.5 晶體二級(jí)管的基晶體二級(jí)管的基 本應(yīng)用電路本應(yīng)用電路 第第3頁頁 第第3頁頁 一般情況下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度一般情況下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度 很小，其導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很很小，其導(dǎo)電能力較弱，且受溫度影響很 大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。大，不穩(wěn)定，因此其用途還是很有限的。 硅和

2、鍺硅和鍺 的簡化的簡化 原子模原子模 型。型。 這是硅和鍺構(gòu)成的這是硅和鍺構(gòu)成的 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)示意圖 晶體結(jié)構(gòu)中的晶體結(jié)構(gòu)中的 共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的 結(jié)合力，在熱力學(xué)結(jié)合力，在熱力學(xué) 零度和沒有外界能零度和沒有外界能 量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子量激發(fā)時(shí)，價(jià)電子 沒有能力掙脫共價(jià)沒有能力掙脫共價(jià) 鍵束縛，這時(shí)晶體鍵束縛，這時(shí)晶體 中幾乎沒有自由電中幾乎沒有自由電 子，因此不能導(dǎo)電子，因此不能導(dǎo)電 第第3頁頁 當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時(shí)，某些共價(jià)鍵當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時(shí)，某些共價(jià)鍵 中的價(jià)電子中的價(jià)電子因熱激發(fā)因熱激發(fā)而獲得足夠的能量，因

3、而能脫離共價(jià)鍵的束縛成為而獲得足夠的能量，因而能脫離共價(jià)鍵的束縛成為 ，同時(shí)在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為，同時(shí)在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為“” 。 空穴空穴 自由自由 電子電子 本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子本征半導(dǎo)體中產(chǎn)生電子空穴對的現(xiàn)象稱為空穴對的現(xiàn)象稱為 顯然在外電場的作用下，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩顯然在外電場的作用下，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩 部分電流：一是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的部分電流：一是自由電子作定向運(yùn)動(dòng)形成的 ，一是仍被原子核束縛的價(jià)電子（不是自由，一是仍被原子核束縛的價(jià)電子（不是自由 電子）遞補(bǔ)空穴形成的電子）遞補(bǔ)空穴形成的。 共價(jià)鍵中失去電子出現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià)共價(jià)鍵中失去電子出

4、現(xiàn)空穴時(shí)，相鄰原子的價(jià) 電子比較容易離開它所在的共價(jià)鍵填補(bǔ)到這個(gè)空電子比較容易離開它所在的共價(jià)鍵填補(bǔ)到這個(gè)空 穴中來，使該價(jià)電子原來所在的共價(jià)鍵中又出現(xiàn)穴中來，使該價(jià)電子原來所在的共價(jià)鍵中又出現(xiàn) 一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰原子的價(jià)電子填一個(gè)空穴，這個(gè)空穴又可被相鄰原子的價(jià)電子填 補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴，如右圖所示。補(bǔ)，再出現(xiàn)空穴，如右圖所示。 在半導(dǎo)體中同時(shí)存在在半導(dǎo)體中同時(shí)存在和和兩種兩種 參與導(dǎo)電，這種導(dǎo)電機(jī)理和金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理具有參與導(dǎo)電，這種導(dǎo)電機(jī)理和金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理具有 本質(zhì)上的區(qū)別。本質(zhì)上的區(qū)別。 第第3頁頁 在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷等在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷

5、等五價(jià)元五價(jià)元 素素，雜質(zhì)原子就替代雜質(zhì)原子就替代了共價(jià)鍵中了共價(jià)鍵中某些硅原子的位置某些硅原子的位置，雜，雜 質(zhì)原子的四個(gè)價(jià)電子與周圍的硅原子結(jié)成共價(jià)鍵，剩下質(zhì)原子的四個(gè)價(jià)電子與周圍的硅原子結(jié)成共價(jià)鍵，剩下 的一個(gè)價(jià)電子處在共價(jià)鍵之外，很容易掙脫雜質(zhì)原子的的一個(gè)價(jià)電子處在共價(jià)鍵之外，很容易掙脫雜質(zhì)原子的 束縛被激發(fā)成自由電子。同時(shí)雜質(zhì)原子由于失去一個(gè)電束縛被激發(fā)成自由電子。同時(shí)雜質(zhì)原子由于失去一個(gè)電 子而變成帶正電荷的離子，這個(gè)正離子固定在晶體結(jié)構(gòu)子而變成帶正電荷的離子，這個(gè)正離子固定在晶體結(jié)構(gòu) 中，不能移動(dòng)，所以它不參與導(dǎo)電中，不能移動(dòng)，所以它不參與導(dǎo)電。 雜質(zhì)離子產(chǎn)生的自由電子不是共價(jià)鍵

6、中的價(jià)電子，雜質(zhì)離子產(chǎn)生的自由電子不是共價(jià)鍵中的價(jià)電子， 因此與本征激發(fā)不同，它不會(huì)產(chǎn)生空穴因此與本征激發(fā)不同，它不會(huì)產(chǎn)生空穴。 由于多余的電子是雜質(zhì)原子提供的，故將雜質(zhì)原子由于多余的電子是雜質(zhì)原子提供的，故將雜質(zhì)原子 稱為稱為。 摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度自由電子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度，因此稱，因此稱 為為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，也叫做，也叫做半導(dǎo)體半導(dǎo)體。 在在半導(dǎo)體中，半導(dǎo)體中，載流子載流子（簡稱多子），（簡稱多子），載載 流子流子（簡稱少子）；不能移動(dòng)的（簡稱少子）；不能移動(dòng)的。 相對金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)

7、電能力仍然很低。相對金屬導(dǎo)體而言，本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少，因此導(dǎo)電能力仍然很低。 如果在其中摻入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些摻如果在其中摻入微量的雜質(zhì)，將使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化，我們把這些摻 入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為雜質(zhì)半導(dǎo)體可以分為兩大類。兩大類。 第第3頁頁 不論是不論是N型半導(dǎo)體還是型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然型半導(dǎo)體，雖然 都有一種載流子占多數(shù)，但晶體中帶電粒子的都有一種載流子占多數(shù)，但晶體中帶電粒子的 正、負(fù)電荷數(shù)相等，仍然呈電中性而不帶電。正、負(fù)電荷數(shù)相等，仍然呈電中性而不帶電。 在在P型半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)原子可

8、以型半導(dǎo)體中，由于雜質(zhì)原子可以 而成為而成為的負(fù)離子，故稱為的負(fù)離子，故稱為 。 摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其空穴的濃摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，其空穴的濃 度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子的濃度，因此稱為度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于自由電子的濃度，因此稱為 半導(dǎo)體半導(dǎo)體，也叫做，也叫做半導(dǎo)體半導(dǎo)體。 在硅（或鍺）晶體中摻入微量的在硅（或鍺）晶體中摻入微量的雜質(zhì)硼（或其他），硼原雜質(zhì)硼（或其他），硼原 子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)價(jià)電子而子在取代原晶體結(jié)構(gòu)中的原子并構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)價(jià)電子而 形成一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下形成一個(gè)空穴。當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受到熱

9、振動(dòng)或在其他激發(fā)條件下 獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個(gè)空穴，使硼原子獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個(gè)空穴，使硼原子得電子得電子而成為而成為不能移動(dòng)不能移動(dòng) 的負(fù)離子的負(fù)離子；而原來的硅原子共價(jià)鍵則因；而原來的硅原子共價(jià)鍵則因缺少缺少一個(gè)電子，出現(xiàn)一個(gè)一個(gè)電子，出現(xiàn)一個(gè)空穴空穴。 于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加。于是半導(dǎo)體中的空穴數(shù)目大量增加?？昭ǔ蔀槎鄶?shù)載流子，而自由電子空穴成為多數(shù)載流子，而自由電子 則成為少數(shù)載流子則成為少數(shù)載流子。 第第3頁頁 正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)由正負(fù)空間電荷在交界面兩側(cè)形成一個(gè)由N區(qū)指向區(qū)指向P區(qū)的電場，稱為區(qū)的電場，稱為內(nèi)電場內(nèi)電場，它，它對對 多數(shù)載流子的擴(kuò)

10、散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻擋作用，所以空間電荷區(qū)又稱為，所以空間電荷區(qū)又稱為阻擋層阻擋層。同時(shí)，內(nèi)電場對。同時(shí)，內(nèi)電場對 少數(shù)載流子起推動(dòng)作用，把少數(shù)載流子起推動(dòng)作用，把少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為。 P型和型和N型半導(dǎo)體并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件。通常是在型半導(dǎo)體并不能直接用來制造半導(dǎo)體器件。通常是在N型或型或 P型半導(dǎo)體的局部再摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)樾桶雽?dǎo)體的局部再摻入濃度較大的三價(jià)或五價(jià)雜質(zhì)，使其變?yōu)镻型或型或N 型半導(dǎo)體，在型半導(dǎo)體，在P型和型和N型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)形成型半導(dǎo)體的交界面就會(huì)形成PN結(jié)。

11、結(jié)。 。 左圖所示的是一塊晶片，兩邊分別形成左圖所示的是一塊晶片，兩邊分別形成P 型和型和N型半導(dǎo)體。為便于理解，圖中型半導(dǎo)體。為便于理解，圖中P區(qū)僅區(qū)僅 畫出空穴（多數(shù)載流子）和得到一個(gè)電子的畫出空穴（多數(shù)載流子）和得到一個(gè)電子的 三價(jià)雜質(zhì)負(fù)離子，三價(jià)雜質(zhì)負(fù)離子，N區(qū)僅畫出自由電子（多區(qū)僅畫出自由電子（多 數(shù)載流子）和失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)正離數(shù)載流子）和失去一個(gè)電子的五價(jià)雜質(zhì)正離 子。根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的子。根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的P區(qū)區(qū) 向向N區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度高的區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度高的N區(qū)向區(qū)向P 區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡）

12、，形耗盡），形 成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)如圖中間區(qū)成載流子極少的正負(fù)空間電荷區(qū)如圖中間區(qū) 域，這就是域，這就是，又叫，又叫。 第第3頁頁 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) PN結(jié)中的擴(kuò)散和漂移是相互聯(lián)系，又是相互矛盾的結(jié)中的擴(kuò)散和漂移是相互聯(lián)系，又是相互矛盾的。在一定條。在一定條 件（例如溫度一定）下，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載件（例如溫度一定）下，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸減弱，而少數(shù)載 流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)，最后兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的流子的漂移運(yùn)動(dòng)則逐漸增強(qiáng)，最后兩者達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的 寬度基本穩(wěn)定下來，寬度基本穩(wěn)定下來，PN結(jié)就處于相對穩(wěn)定的狀態(tài)。結(jié)就處于相對穩(wěn)定的

13、狀態(tài)。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的根據(jù)擴(kuò)散原理，空穴要從濃度高的P區(qū)向區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度區(qū)擴(kuò)散，自由電子要從濃度 高的高的N區(qū)向區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合區(qū)擴(kuò)散，并在交界面發(fā)生復(fù)合(耗盡），形成載流子極少的正耗盡），形成載流子極少的正 負(fù)空間電荷區(qū)（如上圖所示），也就是負(fù)空間電荷區(qū)（如上圖所示），也就是，又叫，又叫。 P區(qū) N區(qū) 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 第第3頁頁 少子少子 漂移漂移 擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 形成一定寬度的形成一定寬度的PN結(jié)結(jié) P 區(qū) N 區(qū) 載流子的擴(kuò)散

14、運(yùn)動(dòng) 多子多子 擴(kuò)散擴(kuò)散 形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū) 產(chǎn)生內(nèi)電場產(chǎn)生內(nèi)電場 P 區(qū) 空間電荷區(qū) N 區(qū) PN 結(jié)及其內(nèi)電場 內(nèi)電場方向 第第3頁頁 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)系又相互矛盾，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)相互聯(lián)系又相互矛盾， ，同時(shí)，同時(shí)對多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò)對多數(shù)載流子的繼續(xù)擴(kuò) 散阻力增大散阻力增大，但，但使少數(shù)載流子漂移增強(qiáng)使少數(shù)載流子漂移增強(qiáng)； ，又，又促使多子的擴(kuò)散容易進(jìn)行促使多子的擴(kuò)散容易進(jìn)行。 繼續(xù)討論繼續(xù)討論 當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，當(dāng)漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)相等時(shí)，PN結(jié)便處于結(jié)便處于狀態(tài)?？蔂顟B(tài)?？?以想象，在平衡狀態(tài)下，電子從以想象，在平衡狀態(tài)下，電子從N區(qū)到區(qū)到P區(qū)

15、擴(kuò)散電流必然等于從區(qū)擴(kuò)散電流必然等于從P區(qū)到區(qū)到N 區(qū)的漂移電流，同樣，空穴的擴(kuò)散電流和漂移電流也必然相等。即區(qū)的漂移電流，同樣，空穴的擴(kuò)散電流和漂移電流也必然相等。即 。 由于空間電荷區(qū)內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴(kuò)散到對方，或被對方擴(kuò)散過來由于空間電荷區(qū)內(nèi)，多數(shù)載流子或已擴(kuò)散到對方，或被對方擴(kuò)散過來 的多數(shù)載流子復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)又稱為的多數(shù)載流子復(fù)合掉了，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)又稱為 。擴(kuò)散作用越強(qiáng)，耗盡層越寬。擴(kuò)散作用越強(qiáng)，耗盡層越寬。 第第3頁頁 空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)變變窄窄 R 內(nèi)內(nèi)電電場場 外外電電場場 P N I正正向向 US 第第3頁頁 E R

16、 內(nèi)電場 外電場 空間電荷區(qū) 變寬 P N IR 第第3頁頁 討論題討論題 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo) 體的導(dǎo)電機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)別：金金 屬導(dǎo)體中只有一種載流子屬導(dǎo)體中只有一種載流子自由自由 電子參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體中有兩種電子參與導(dǎo)電，半導(dǎo)體中有兩種 載流子載流子自由電子和空穴參與導(dǎo)自由電子和空穴參與導(dǎo) 電，電，而且這兩種載流子的濃度可 以通過在純凈半導(dǎo)體中加入少量 的有用雜質(zhì)加以控制。 半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)理 和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)和導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī) 理有什么區(qū)別？理有什么區(qū)別？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子 性質(zhì)取決于雜質(zhì)的外層價(jià)電子。性質(zhì)取決于雜質(zhì)的外層價(jià)電子。 若摻雜的是五價(jià)元

17、素，則由于多 電子形成N型半導(dǎo)體：多子是電 子，少子是空穴；如果摻入的是 三價(jià)元素，就會(huì)由于少電子而構(gòu) 成P型半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體的共 價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中空穴多于電子，且這 些空穴很容易讓附近的價(jià)電子跳 過來填補(bǔ)，因此價(jià)電子填補(bǔ)空穴 的空穴運(yùn)動(dòng)是主要形式，所以多 子是空穴，少子是電子。 雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多數(shù)載流 子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn)子和少數(shù)載流子是怎樣產(chǎn) 生的？為什么生的？為什么P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 中的空穴多于電子？中的空穴多于電子？ N型半導(dǎo)體中具有多數(shù)載流子電子，同時(shí)型半導(dǎo)體中具有多數(shù)載流子電子，同時(shí) 還有與電子數(shù)量相同的正離子及由本征激還有與電子數(shù)量相同的正離子及由本征激

18、發(fā)的電子發(fā)的電子空穴對，因此整塊半導(dǎo)體中正空穴對，因此整塊半導(dǎo)體中正 負(fù)電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。負(fù)電荷數(shù)量相等，呈電中性而不帶電。 N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載型半導(dǎo)體中的多數(shù)載 流子是電子，能否認(rèn)為流子是電子，能否認(rèn)為 這種半導(dǎo)體就是帶負(fù)電這種半導(dǎo)體就是帶負(fù)電 的？為什么？的？為什么？ 空間電荷區(qū)的電阻空間電荷區(qū)的電阻 率為什么很高？率為什么很高？ 何謂何謂PN結(jié)的單向?qū)ЫY(jié)的單向?qū)?電性？電性？ 第第3頁頁 2. 半導(dǎo)體在熱（或光照等半導(dǎo)體在熱（或光照等 ）作用下產(chǎn)生電子、空穴對，這種現(xiàn)象稱為）作用下產(chǎn)生電子、空穴對，這種現(xiàn)象稱為 本征激發(fā)；電子、空穴對不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電子又會(huì)本

19、征激發(fā)；電子、空穴對不斷激發(fā)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的電子又會(huì) “跳進(jìn)跳進(jìn) ”另一個(gè)空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，即復(fù)合中電另一個(gè)空穴，重新被共價(jià)鍵束縛起來，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合，即復(fù)合中電 子空穴對被子空穴對被“吃掉吃掉”。 。 1. 半導(dǎo)體中的少子雖然濃度很低半導(dǎo)體中的少子雖然濃度很低 ，但少子對溫度非，但少子對溫度非 常敏感，即常敏感，即。而多子。而多子 因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以基本上不受溫因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的濃度，所以基本上不受溫 度影響。度影響。 4. PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵福航Y(jié)的單向?qū)щ娦允侵福?3. 空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場總是阻礙多數(shù)載流子

20、（電空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指它的內(nèi)電場總是阻礙多數(shù)載流子（電 流）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過，也就流）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過，也就 是說，是說，。 第第3頁頁 一個(gè)一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了 半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管，接在半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管，接在P型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陽 極；接在極；接在N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極。 半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為和和兩類。兩類

21、。 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 。主要應(yīng)用于小電流的整。主要應(yīng)用于小電流的整 流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件等。流和高頻時(shí)的檢波、混頻及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件等。 面接觸型二極管面接觸型二極管PN結(jié)面積大，因而能通過較大的電流，但其結(jié)結(jié)面積大，因而能通過較大的電流，但其結(jié) 電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。 第第3頁頁 陽極 陰極 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40 30 20 10 I /mA 0 正向特性 反向特性 死區(qū) 電壓 二極管外加正向電壓較小時(shí)，外二極管外加正向電壓較小時(shí)，外 電場不足以克服

22、內(nèi)電場對多子擴(kuò)散電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散 的阻力，的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài) 。 反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正正向電壓大于死區(qū)電壓后，正 向電流向電流 隨著正向電壓增大迅速上隨著正向電壓增大迅速上 升。通常死區(qū)電壓硅管約為升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V ，鍺管約為，鍺管約為0.2V。 外加反向電壓時(shí)，外加反向電壓時(shí)， PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很小；結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很?。?導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為導(dǎo)通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.6 0.8V，鍺管約

23、為，鍺管約為0.20.3V。溫度上升，死區(qū)電。溫度上升，死區(qū)電 壓和正向壓降均相應(yīng)降低。壓和正向壓降均相應(yīng)降低。 第第3頁頁 普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會(huì)造普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會(huì)造 成成“熱擊穿熱擊穿”，這兩種擊，這兩種擊 穿不會(huì)從根本上損壞二極管，而穿不會(huì)從根本上損壞二極管，而 。 1）最大整流電流）最大整流電流IF：指管子長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。：指管子長期運(yùn)行時(shí)，允許通過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URM：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最高反向電壓。：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最高反向電壓。 3）反向電流）反向

24、電流IR：指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ姡褐腹茏游磽舸r(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ?性越好。性越好。 二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦?，常用于整流、檢二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用它的單向?qū)щ娦裕Ｓ糜谡鳌z 波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開關(guān)元件等。波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中用作開關(guān)元件等。 D Tr u1 RLu2 UL 二極管半波整流電二極管半波整流電 路路 u u D A U F 二極管鉗位電路二極管鉗位電路 R uOui D1D2 二極管限幅電路二極管限幅電路 第第3頁頁 反向電壓增加到一定大小時(shí)，通過二極管的反向電流劇

25、反向電壓增加到一定大小時(shí)，通過二極管的反向電流劇 增，這種現(xiàn)象稱為二極管的增，這種現(xiàn)象稱為二極管的。 反向擊穿電壓一般在幾十伏以上（高反壓管可達(dá)幾千伏）。反向擊反向擊穿電壓一般在幾十伏以上（高反壓管可達(dá)幾千伏）。反向擊 穿現(xiàn)象分有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。穿現(xiàn)象分有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。 PN結(jié)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)電場增強(qiáng)。通過空間結(jié)反向電壓增加時(shí)，空間電荷區(qū)內(nèi)電場增強(qiáng)。通過空間 電荷區(qū)的電子和空穴，在內(nèi)電場作用下獲得較大能量，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷地與電荷區(qū)的電子和空穴，在內(nèi)電場作用下獲得較大能量，它們運(yùn)動(dòng)時(shí)不斷地與 晶體中其它晶體中其它 原子發(fā)生碰撞，通過碰撞使其它共價(jià)鍵產(chǎn)生本征激

26、發(fā)又出現(xiàn)電原子發(fā)生碰撞，通過碰撞使其它共價(jià)鍵產(chǎn)生本征激發(fā)又出現(xiàn)電 子子空穴對，這種現(xiàn)象稱為碰撞電離。新產(chǎn)生的電子空穴對，這種現(xiàn)象稱為碰撞電離。新產(chǎn)生的電子空穴對與原有的電子空穴對與原有的電子 和空穴一樣，在電場作用下，也向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得能量，再通過和空穴一樣，在電場作用下，也向相反的方向運(yùn)動(dòng)，重新獲得能量，再通過 碰撞其它原子，又產(chǎn)生電子碰撞其它原子，又產(chǎn)生電子空穴對，從而空穴對，從而。當(dāng)反向。當(dāng)反向 電壓增大到某一數(shù)值，電壓增大到某一數(shù)值，載流子的倍增情況就像在陡峻的山坡上積雪發(fā)生雪崩載流子的倍增情況就像在陡峻的山坡上積雪發(fā)生雪崩 一樣，突然使反向電流急劇增大，發(fā)生二極管的一樣，突

27、然使反向電流急劇增大，發(fā)生二極管的。 在加有較高的反向電壓下，在加有較高的反向電壓下，PN結(jié)空間電荷區(qū)中存一個(gè)強(qiáng)電結(jié)空間電荷區(qū)中存一個(gè)強(qiáng)電 場，它能夠破壞共價(jià)鍵將束縛電子分離出來造成電子場，它能夠破壞共價(jià)鍵將束縛電子分離出來造成電子空穴對，形成較大的空穴對，形成較大的 反向電流。發(fā)生齊納擊穿需要的電場強(qiáng)度約為反向電流。發(fā)生齊納擊穿需要的電場強(qiáng)度約為210V/cm，這只有在雜質(zhì)濃，這只有在雜質(zhì)濃 度特別大的度特別大的PN結(jié)中才能達(dá)到，因?yàn)榻Y(jié)中才能達(dá)到，因?yàn)殡s質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷密度也雜質(zhì)濃度大，空間電荷區(qū)內(nèi)電荷密度也 大，因而空間電荷區(qū)很窄，電場強(qiáng)度可能很高，致使大，因而空間電荷區(qū)很窄，電

28、場強(qiáng)度可能很高，致使PN結(jié)產(chǎn)生結(jié)產(chǎn)生。 第第3頁頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 第第3頁頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 第第3頁頁 例 穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其實(shí)物圖、圖符號(hào)及伏穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其實(shí)物圖、圖符號(hào)及伏 安特性如圖所示：安特性如圖所示： 當(dāng)反向電壓加到某一數(shù)值時(shí)，反當(dāng)反向電壓加到某一數(shù)值時(shí)，反 向電流劇增，管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)。向電流劇增，管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)。 圖中圖中UZ穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值。 穩(wěn)壓管實(shí)物圖穩(wěn)壓管實(shí)物圖 由圖可見，穩(wěn)壓管特性和普通二由圖可見，穩(wěn)壓管特性和普通二 極管類似，但其極管類似，但其反向擊穿是可逆的，反向擊穿是可逆的， 不會(huì)發(fā)生不會(huì)發(fā)

29、生“熱擊穿熱擊穿”，而且其反向擊，而且其反向擊 穿后的特性曲線比較陡直，即穿后的特性曲線比較陡直，即反向電反向電 壓基本不隨反向電流變化而變化壓基本不隨反向電流變化而變化，這這 就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。 陽極 陰極 穩(wěn)壓管圖符號(hào)穩(wěn)壓管圖符號(hào) 電流增量電流增量I 很大，只會(huì)引起很小的電壓變化很大，只會(huì)引起很小的電壓變化U。 曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻rz=U/I愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。一般地說，。一般地說，UZ 為為8V左右的穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻較小，低于這個(gè)電壓時(shí)，左右的穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻較小，低于這個(gè)電壓時(shí)，rz隨齊納電壓的下降隨齊

30、納電壓的下降 迅速增加，使低壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能變差。迅速增加，使低壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能變差。 穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，低的為，低的為3V，高的可達(dá)，高的可達(dá)300V，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí) 的正向壓降約為的正向壓降約為0.6V。 I/mA 40 30 20 10 -5 -10 -15 -20 （A） 正向 0 0.4 0.8 12 8 4 反向 UZ IZ U/V 第第3頁頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 第第3頁頁 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限 流電阻流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在，使穩(wěn)壓管電流工作在Izmax 和和Izmix的范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管在應(yīng)用中要的

31、范圍內(nèi)。穩(wěn)壓管在應(yīng)用中要 采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流 值，以保證管子不會(huì)造成值，以保證管子不會(huì)造成熱擊穿熱擊穿。 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：穩(wěn)壓管的主要參數(shù)： （1）穩(wěn)定電壓）穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。：反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。 （2）穩(wěn)定電流）穩(wěn)定電流IZ：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。：工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。 （3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻rZ：穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的：穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的 變化量之比。即：變化量之比。即： rZ=UZ/IZ （4）耗散功率）耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流和最

32、大穩(wěn)定電流IZM。額定耗散功率。額定耗散功率PZM是在穩(wěn)壓管允許是在穩(wěn)壓管允許 結(jié)溫下的最大功率損耗。結(jié)溫下的最大功率損耗。IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。二者關(guān)系是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。二者關(guān)系 可寫為：可寫為： PZM=UZIZM 回顧二極管的反向擊穿時(shí)特性：回顧二極管的反向擊穿時(shí)特性：當(dāng)反當(dāng)反 向電壓超過擊穿電壓時(shí)，流過管子的電流向電壓超過擊穿電壓時(shí)，流過管子的電流 會(huì)急劇增加。會(huì)急劇增加。 擊穿并不意味著管子一定要損壞，如擊穿并不意味著管子一定要損壞，如 果我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電果我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電 流，就能保證管子不因過熱而燒壞。流，就能保證管子

33、不因過熱而燒壞。 在反向擊穿狀態(tài)下，在反向擊穿狀態(tài)下，讓流過管子的電讓流過管子的電 流在一定的范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電流在一定的范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電 壓變化很小壓變化很小，利用這一點(diǎn)可以達(dá)到，利用這一點(diǎn)可以達(dá)到“穩(wěn)壓穩(wěn)壓” 的效果。的效果。 穩(wěn)壓管是怎穩(wěn)壓管是怎 么實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓么實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓 作用的？作用的？ 第第3頁頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 第第3頁頁 單個(gè)發(fā)光二極管實(shí)物單個(gè)發(fā)光二極管實(shí)物 發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn) 換成光能的固體發(fā)光元件。發(fā)光二極管換成光能的固體發(fā)光元件。發(fā)光二極管 和普通二極管一樣，管芯由和普通二極管一樣，管芯由PN結(jié)構(gòu)成，結(jié)構(gòu)成， 具有單向?qū)?/p>

34、電性。左圖所示為發(fā)光二極具有單向?qū)щ娦?。左圖所示為發(fā)光二極 管的實(shí)物圖和圖符號(hào)。管的實(shí)物圖和圖符號(hào)。 發(fā)光二極管是一種功率控發(fā)光二極管是一種功率控 制器件，常用來作為數(shù)字電制器件，常用來作為數(shù)字電 路的數(shù)碼及圖形顯示的七段路的數(shù)碼及圖形顯示的七段 式或陣列式器件；單個(gè)發(fā)光式或陣列式器件；單個(gè)發(fā)光 二極管常作為電子設(shè)備通斷二極管常作為電子設(shè)備通斷 指示燈或快速光源以及光電指示燈或快速光源以及光電 耦合器中的發(fā)光元件等。耦合器中的發(fā)光元件等。 第第3頁頁 光電二極管也和普通二極管一樣，管芯由光電二極管也和普通二極管一樣，管芯由PN結(jié)構(gòu)成，具有單結(jié)構(gòu)成，具有單 向?qū)щ娦浴９怆姸O管的管殼上有一個(gè)能射

35、入光線的向?qū)щ娦?。光電二極管的管殼上有一個(gè)能射入光線的“窗口窗口”，這，這 個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過透鏡正好射在管芯上個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過透鏡正好射在管芯上 。 第第3頁頁 變?nèi)荻O管的變?nèi)荻O管的PN結(jié)反向偏置時(shí)的結(jié)電容隨反向電壓變化而有較大的變化。結(jié)反向偏置時(shí)的結(jié)電容隨反向電壓變化而有較大的變化。 在電子技術(shù)中，變?nèi)荻O管常作為調(diào)諧電容使用。改變其反向電壓大小以在電子技術(shù)中，變?nèi)荻O管常作為調(diào)諧電容使用。改變其反向電壓大小以 使結(jié)電容隨之變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)使結(jié)電容隨之變化，進(jìn)而調(diào)節(jié)LC振蕩回路的振蕩頻率。振蕩回路的振蕩頻率。 第第3頁頁 跳轉(zhuǎn)到第一頁 電源變

36、壓器電源變壓器整流電路整流電路濾波電路濾波電路 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 直流穩(wěn)壓電源的組成框圖直流穩(wěn)壓電源的組成框圖 跳轉(zhuǎn)到第一頁 6.2.6.1 整流電路整流電路 一、單相半波整流電路一、單相半波整流電路 下下圖是單相半波整流電路，該電路由電源變壓器圖是單相半波整流電路，該電路由電源變壓器T、整流、整流 二極管二極管VD及負(fù)載電阻及負(fù)載電阻RL組成。組成。 單相半波整流電路單相半波整流電路 跳轉(zhuǎn)到第一頁 在在u2的負(fù)半周，二極的負(fù)半周，二極 管因承受反向電壓而截管因承受反向電壓而截 止，止， uo=0 。 圖圖6-16 單相半波整流波形單相半波整流波形 1整流原理整流原理 u2的正半周，二極的正半

37、周，二極 管因承受正向電壓而導(dǎo)管因承受正向電壓而導(dǎo) 通，忽略二極管正向壓通，忽略二極管正向壓 降，降， uo=u2。 設(shè)設(shè)u2= U2sint 2 跳轉(zhuǎn)到第一頁 2負(fù)載電壓及電流負(fù)載電壓及電流 直流脈動(dòng)電壓直流脈動(dòng)電壓：整流電壓方向不變，但大小變化。：整流電壓方向不變，但大小變化。 平均電壓平均電壓Uo：一個(gè)周期的平均值：一個(gè)周期的平均值Uo表示直流電壓的大小。表示直流電壓的大小。 電阻性負(fù)載的平均電流為電阻性負(fù)載的平均電流為Io，即，即 22 0 2o 45. 0 2 dsin2 2 1 UUttUU o2 o LL 0.45D UU II RR 跳轉(zhuǎn)到第一頁 3選用二極管的原則選用二極管的

38、原則 為了安全地使用二極管，選用二極管必須滿足以下原則：為了安全地使用二極管，選用二極管必須滿足以下原則： IF ID URMUDM 式中，式中，IF為最大整流電流（為最大整流電流（A)，URM為最高反向工作電壓為最高反向工作電壓(V)。 在交流電壓的負(fù)半周，二極管截止，在交流電壓的負(fù)半周，二極管截止，u2電壓全部加在二電壓全部加在二 極管上，二極管所承受的最高反向電壓極管上，二極管所承受的最高反向電壓UDM為為u2的峰值，即的峰值，即 UDM= U2 。 二極管導(dǎo)通時(shí)的電流為負(fù)載電流，所以二極管二極管導(dǎo)通時(shí)的電流為負(fù)載電流，所以二極管 平均電流平均電流ID=Io。 2 跳轉(zhuǎn)到第一頁 有一單相

39、半波整流電路，如下圖所示。已知負(fù)載有一單相半波整流電路，如下圖所示。已知負(fù)載 電阻電阻RL=750，變壓器二次電壓，變壓器二次電壓U2=20V，試求，試求Uo、Io及及UDM 。 Uo=0.45U2=0.4520V=9V 750 9 L o o R U I=0.012A=12mA UDM= U2 = 20V=28.2V 22 ID=Io =12mA 例例 解解 單相半波整流電路單相半波整流電路 跳轉(zhuǎn)到第一頁 二、單相橋式整流電路二、單相橋式整流電路 單相橋式整流電路是由四個(gè)二極管接成電橋的形式構(gòu)成。單相橋式整流電路是由四個(gè)二極管接成電橋的形式構(gòu)成。 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 常用畫法常

40、用畫法簡化畫法簡化畫法 跳轉(zhuǎn)到第一頁 1整流原理整流原理 u2 正半周，正半周， u2的實(shí)際極性為的實(shí)際極性為 a 正正b 負(fù)，二極管負(fù)，二極管 VD1 和和 VD3 導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD2 、VD4截止，截止，uo=u2，如圖，如圖6-17所示。波形如所示。波形如 圖圖中的中的0段。段。 單相橋式整流原理單相橋式整流原理 跳轉(zhuǎn)到第一頁 單相橋式整流原理單相橋式整流原理 u2的負(fù)半周，的負(fù)半周，u2實(shí)際極性為實(shí)際極性為 a 負(fù)負(fù)b 正，二極管正，二極管VD2 、 VD4導(dǎo)通，導(dǎo)通，VD1 、VD3截止，截止，uo= - u2。如圖。如圖6-17所示。波形所示。波形 如圖中的如圖中的2段。段。 跳轉(zhuǎn)

41、到第一頁 圖圖6-17 單相橋式整流波形單相橋式整流波形 跳轉(zhuǎn)到第一頁 2負(fù)載電壓和電流負(fù)載電壓和電流 全波整流電路的整流電壓的平均值全波整流電路的整流電壓的平均值Uo比半波整流增加一比半波整流增加一 倍，即倍，即 L 2 R U Io=0.9 Uo=20.45U2=0.9U2 跳轉(zhuǎn)到第一頁 3選用二極管的原則選用二極管的原則 二極管截止時(shí)所承受的反向電壓可以看出。若二極管截止時(shí)所承受的反向電壓可以看出。若VD1 、VD3 兩只二極管導(dǎo)通時(shí)，就將兩只二極管導(dǎo)通時(shí)，就將u2加到了二極管加到了二極管VD2、VD4的兩端，的兩端， 使這兩只二極管因承受反向電壓而截止，即二極管承受的最高使這兩只二極管

42、因承受反向電壓而截止，即二極管承受的最高 反向電壓反向電壓 UDM= U2 2 IF ID URMUDM 每只二極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以在一個(gè)周期內(nèi)流每只二極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，所以在一個(gè)周期內(nèi)流 過每個(gè)管子的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即過每個(gè)管子的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即 ID=Io/2。 二極管的選擇原則：二極管的選擇原則： 跳轉(zhuǎn)到第一頁 已知負(fù)載電阻已知負(fù)載電阻RL=80，要求負(fù)載電壓，要求負(fù)載電壓Uo=110V。現(xiàn)?，F(xiàn) 采用單相橋式整流電路，試求變壓器二次側(cè)電壓有效值采用單相橋式整流電路，試求變壓器二次側(cè)電壓有效值U2。 U2 = V=122V 9 . 0 110 9 .

43、 0 o U 負(fù)載電流平均值負(fù)載電流平均值 U2=U2= Io= A=1.4A 80 110 L o R U 每個(gè)二極管通過的平均電流每個(gè)二極管通過的平均電流 ID= Io=0.7A 2 1 UDM= U2= 122V=172.5V22 例例 解解 跳轉(zhuǎn)到第一頁 一、電容濾波器一、電容濾波器 圖中與負(fù)載并聯(lián)的電容就是一個(gè)最簡單的濾波器。圖中與負(fù)載并聯(lián)的電容就是一個(gè)最簡單的濾波器。 單相半波整流電容濾波單相半波整流電容濾波 6.2.6.2 濾波電路濾波電路 跳轉(zhuǎn)到第一頁 單相橋式整流電容濾波單相橋式整流電容濾波 跳轉(zhuǎn)到第一頁 1電容濾波原理電容濾波原理 電容濾波輸出波形電容濾波輸出波形 圖中的虛

44、線和實(shí)線分別表示整流電路不接濾波電容和接圖中的虛線和實(shí)線分別表示整流電路不接濾波電容和接 濾波電容的波形。濾波電容的波形。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 當(dāng)當(dāng)u2由零逐漸增大時(shí)，二極管由零逐漸增大時(shí)，二極管VD導(dǎo)通，一方面供電給負(fù)導(dǎo)通，一方面供電給負(fù) 載，同時(shí)對電容載，同時(shí)對電容C充電，電容電壓充電，電容電壓uC 的極性為上正下負(fù)，如的極性為上正下負(fù)，如 果忽略二極管的壓降，則在果忽略二極管的壓降，則在VD導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)， uC（= uo）與）與 u2 同同 步上升，并達(dá)到步上升，并達(dá)到u2的最大值。的最大值。 u2到最大值后開始下降，當(dāng)?shù)阶畲笾岛箝_始下降，當(dāng)u2uC時(shí)，時(shí)，VD反向截止，電反向截止，電 源不

45、再向負(fù)載供電，而是電容對負(fù)載放電。電容放電使源不再向負(fù)載供電，而是電容對負(fù)載放電。電容放電使uC以以 一定的時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，直到下一個(gè)正半波一定的時(shí)間常數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，直到下一個(gè)正半波u2uC 時(shí)，時(shí)，VD又導(dǎo)通，電容再次被充電又導(dǎo)通，電容再次被充電。充電放電的過程周而復(fù)。充電放電的過程周而復(fù) 始，使得輸出電壓波形如圖的實(shí)線所示。始，使得輸出電壓波形如圖的實(shí)線所示。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 橋式整流電容濾波的原理與此相同，只不過在橋式整流電容濾波的原理與此相同，只不過在 一個(gè)周期內(nèi)一個(gè)周期內(nèi)電容充電、放電兩次電容充電、放電兩次。由于電容向負(fù)載。由于電容向負(fù)載 放電的時(shí)間縮短了，因此輸出電壓波形

46、比半波整流放電的時(shí)間縮短了，因此輸出電壓波形比半波整流 電容濾波更加平滑，波形如圖所示。電容濾波更加平滑，波形如圖所示。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 2電容濾波特點(diǎn)電容濾波特點(diǎn) 1）輸出電壓的直流平均值提高了。）輸出電壓的直流平均值提高了。 2）只適用于負(fù)載電流較小且負(fù)載不常變化的場合。）只適用于負(fù)載電流較小且負(fù)載不常變化的場合。 Uo=U2（半波）（半波） Uo=1.2U2（全波）（全波） 如果電容和電阻都比較大，如果電容和電阻都比較大，Uo U2。確定電容值的經(jīng)驗(yàn)。確定電容值的經(jīng)驗(yàn) 公式為公式為 2 3）電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流而變化，經(jīng)驗(yàn)公式）電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流而變化，經(jīng)驗(yàn)公式

47、C （35）T/RL （半波）（半波） C （35）T/2RL （全波）（全波） 式中，式中，T 是電源交流電壓的周期。是電源交流電壓的周期。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 4）(放電時(shí)間常數(shù)放電時(shí)間常數(shù))越大，二極管的導(dǎo)通角越小，因此整流管越大，二極管的導(dǎo)通角越小，因此整流管 在短暫的時(shí)間內(nèi)流過較大的沖擊電流，常稱為浪涌電流，對管在短暫的時(shí)間內(nèi)流過較大的沖擊電流，常稱為浪涌電流，對管 子的壽命不利，所以必須選擇容量較大的整流二極管。子的壽命不利，所以必須選擇容量較大的整流二極管。 由半波整流電容濾波電路圖由半波整流電容濾波電路圖6-16可知，可知，uD= u2uC，在，在u2負(fù)負(fù) 半周的極值點(diǎn)處半周的極值點(diǎn)

48、處，二極管承受的最高反向電壓值二極管承受的最高反向電壓值UDM2 U2 。 2 由橋式整流電容濾波電路圖由橋式整流電容濾波電路圖6-17可知，二極管承受的最高反可知，二極管承受的最高反 向電壓向電壓UDM= U2。 2 跳轉(zhuǎn)到第一頁 有一單相橋式整流電容濾波電路如圖有一單相橋式整流電容濾波電路如圖6-17所示，交所示，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，選擇整流二極管及濾波電容。，選擇整流二極管及濾波電容。 （1）選擇整流二極管）選擇整流二極管 mA75A075. 0A 200 30 2 1 2 1 2 1 L

49、 o oD R U II 由經(jīng)驗(yàn)公式：由經(jīng)驗(yàn)公式：Uo=1.2U2 V25V 2 . 1 30 2 . 1 o 2 U U V35V2522 2DM UU 選用二極管選用二極管2CP11，最大整流電流為，最大整流電流為100mA，反向工作峰值，反向工作峰值 電壓為電壓為50V。 例例8-3 解解 跳轉(zhuǎn)到第一頁 （2）選擇濾波電容器）選擇濾波電容器 由經(jīng)驗(yàn)公式，取由經(jīng)驗(yàn)公式，取C =5T/2RL，所以，所以 250F10250F 2002 02. 05 2 5 6 L R T C F 查系列選用查系列選用C=270F，耐壓為，耐壓為50V的極性電容。的極性電容。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 二、二、 電感濾波

50、器電感濾波器 由于電容濾波帶負(fù)載能力較差。對于負(fù)載電流較大且負(fù)載由于電容濾波帶負(fù)載能力較差。對于負(fù)載電流較大且負(fù)載 經(jīng)常變化的場合，采用電感濾波，在負(fù)載前串聯(lián)電感線圈，如經(jīng)常變化的場合，采用電感濾波，在負(fù)載前串聯(lián)電感線圈，如 圖所示。圖所示。 電感濾波電路電感濾波電路 跳轉(zhuǎn)到第一頁 1. 濾波原理濾波原理 當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，電感將產(chǎn)生與電流方向相反的自感電當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，電感將產(chǎn)生與電流方向相反的自感電 動(dòng)勢，阻止電流的增加。動(dòng)勢，阻止電流的增加。 當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，電感產(chǎn)生與電流方向相同的自感電動(dòng)當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí)，電感產(chǎn)生與電流方向相同的自感電動(dòng) 勢，阻止電流減小。勢，阻止電流減小。 負(fù)載

51、電流的脈動(dòng)成分減小，在負(fù)載電阻負(fù)載電流的脈動(dòng)成分減小，在負(fù)載電阻RL上就能獲得一個(gè)上就能獲得一個(gè) 比較平滑的直流輸出電壓比較平滑的直流輸出電壓uo，波形如下頁實(shí)線所示。，波形如下頁實(shí)線所示。 顯然，電感顯然，電感L值越大，濾波效果越好。值越大，濾波效果越好。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 電感濾波波形電感濾波波形 跳轉(zhuǎn)到第一頁 2輸出電壓輸出電壓 若忽略電感線圈的電阻，則電感線圈上無直流電壓降，無論若忽略電感線圈的電阻，則電感線圈上無直流電壓降，無論 負(fù)載電阻怎樣變動(dòng)負(fù)載電阻怎樣變動(dòng),整流輸出的直流分量幾乎全部落在整流輸出的直流分量幾乎全部落在RL上，上， 因此電感濾波輸出電壓平均值較穩(wěn)定，其值為因此電感濾波

52、輸出電壓平均值較穩(wěn)定，其值為 Uo 0.9U2 3電感濾波器的特點(diǎn)電感濾波器的特點(diǎn) 電感濾波適用于電流較大且負(fù)載經(jīng)常變化的場合，但由于電電感濾波適用于電流較大且負(fù)載經(jīng)常變化的場合，但由于電 感體積大、成本高，因此，濾波電感常取幾毫亨到幾十毫亨感體積大、成本高，因此，濾波電感常取幾毫亨到幾十毫亨 ，并且在小功率的電子設(shè)備中很少采用電感濾波。，并且在小功率的電子設(shè)備中很少采用電感濾波。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 三、復(fù)式濾波器三、復(fù)式濾波器 電容濾波和電感濾波各有千秋，且優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。在一些電容濾波和電感濾波各有千秋，且優(yōu)缺點(diǎn)互補(bǔ)。在一些 直流用電設(shè)備中，既要求電源電壓脈動(dòng)小，又要求電源能適直流用電設(shè)備中，既要

53、求電源電壓脈動(dòng)小，又要求電源能適 應(yīng)負(fù)載變化，為此，常采用由電容和電感以及電阻組成的復(fù)應(yīng)負(fù)載變化，為此，常采用由電容和電感以及電阻組成的復(fù) 式濾波器，復(fù)式濾波進(jìn)一步提高了濾波效果同時(shí)又不降低帶式濾波器，復(fù)式濾波進(jìn)一步提高了濾波效果同時(shí)又不降低帶 負(fù)載能力。負(fù)載能力。 跳轉(zhuǎn)到第一頁 a)圖圖6-21 LC型濾波器型濾波器 跳轉(zhuǎn)到第一頁 b)圖圖6-22 LC-型濾波器型濾波器 跳轉(zhuǎn)到第一頁 c）RC-型濾波器型濾波器 跳轉(zhuǎn)到第一頁 6.2.6.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 一、穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 圖圖6-23 穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 不變不變 Ui不變不變 R

54、L不變不變 IZ的減小補(bǔ)償?shù)臏p小補(bǔ)償Io的增大，使的增大，使IR基本基本 保持不變，輸出電壓保持不變，輸出電壓Uo近似穩(wěn)定近似穩(wěn)定 不變，電阻不變，電阻R起調(diào)節(jié)電壓的作用。起調(diào)節(jié)電壓的作用。 UR 的增大抵消的增大抵消Ui 的增大，的增大， 使輸出電壓基本保持不變。使輸出電壓基本保持不變。 1. 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理 跳轉(zhuǎn)到第一頁 2. 穩(wěn)壓管的選擇穩(wěn)壓管的選擇 一般取一般取 UZ=Uo IZM=（1.53）IoM Ui=（23）Uo 跳轉(zhuǎn)到第一頁 某穩(wěn)壓電路如圖某穩(wěn)壓電路如圖6-23所示。負(fù)載電阻所示。負(fù)載電阻RL由開路變到由開路變到 3k，整流濾波后的輸出電壓，整流濾波后的輸出電壓Ui=45V

55、。今要求輸出直流電壓。今要求輸出直流電壓 Uo=15V，試選擇穩(wěn)壓管，試選擇穩(wěn)壓管VS。 由輸出電壓由輸出電壓Uo=15V，負(fù)載電流最大值，負(fù)載電流最大值 查選擇穩(wěn)壓管查選擇穩(wěn)壓管2CW20，其穩(wěn)壓值，其穩(wěn)壓值UZ=13.517V，穩(wěn)定電流，穩(wěn)定電流 IZ=5mA，最大穩(wěn)定電流，最大穩(wěn)定電流IZM=15mA。 mA5A105A 103 15 3 3 L o oM R U I V15 oZ UU 例例 解解 跳轉(zhuǎn)到第一頁 二、恒壓源二、恒壓源 由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器組成的恒壓源的輸出電壓由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器組成的恒壓源的輸出電壓 不僅可調(diào)而且因引入了電壓負(fù)反饋而穩(wěn)定。不僅可調(diào)而且因

56、引入了電壓負(fù)反饋而穩(wěn)定。 Z 1 f o U R R U 反相輸入恒壓源反相輸入恒壓源 跳轉(zhuǎn)到第一頁 Z 1 f o )1(U R R U 同相輸入恒壓源同相輸入恒壓源 跳轉(zhuǎn)到第一頁 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 IC 三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 恒壓源電路輸出電壓穩(wěn)定可調(diào)，但運(yùn)放的輸出電流較小，恒壓源電路輸出電壓穩(wěn)定可調(diào)，但運(yùn)放的輸出電流較小， 改進(jìn)電路如圖。改進(jìn)電路如圖。 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓 取樣電壓取樣電壓 控制電壓控制電壓 被控制電壓被控制電壓 跳轉(zhuǎn)到第一頁 電路的組成及各部分的作用電路的組成及各部分的作用 1）R3和和VS構(gòu)成基準(zhǔn)電壓電路，基準(zhǔn)電壓為構(gòu)成基準(zhǔn)電壓電路，基準(zhǔn)電壓為UZ。 2）R1和和R2構(gòu)成取樣電路，當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，取樣電路將構(gòu)成取樣電路，當(dāng)輸出電壓變化時(shí)，取樣電路將Uo 變化量按比例送到放大器。變化量按比例送到放大器。 3）由運(yùn)算放大器構(gòu)成比較放大器。）由運(yùn)算放大器構(gòu)成比較放大器。 4）晶體管）晶體管V為調(diào)整管，放大器的輸出為基極的為調(diào)整管，放大器的輸出為基極的控制控制電壓，通電壓，通 過基極電壓來控制過基極電壓來控制UCE，達(dá)到調(diào)整輸出電壓，達(dá)到調(diào)整輸出電壓Uo的目的。的目的。 穩(wěn)壓過程：穩(wěn)壓過程： UoUfUBICUCE Uo o 21 21 f U RR RR UU 由分壓公