極管及整流課件

1、1 第第6 6章章 二極管及直流穩(wěn)壓電路二極管及直流穩(wěn)壓電路 6.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 6.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 6.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 6.4 整流、濾波及穩(wěn)壓電路整流、濾波及穩(wěn)壓電路 2 6.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料 常見半導(dǎo)體材料有常見半導(dǎo)體材料有硅硅、鍺、硒及金屬的氧化物和、鍺、硒及金屬的氧化物和 硫化物等。硫化物等。純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差。純凈半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很差。 半導(dǎo)體特性：半導(dǎo)體特性： 熱敏特性熱敏特性:溫度升高導(dǎo)電能力增強(qiáng)（如鈷、錳、溫度升高導(dǎo)電能

2、力增強(qiáng)（如鈷、錳、 鎳的氧化物做成的鎳的氧化物做成的熱敏電阻熱敏電阻）。）。 光敏特性光敏特性:光照增強(qiáng)導(dǎo)電能力增強(qiáng)（如鎘、鉛等光照增強(qiáng)導(dǎo)電能力增強(qiáng)（如鎘、鉛等 硫化物做成的硫化物做成的光敏電阻光敏電阻）。）。 摻雜特性摻雜特性:摻入少量雜質(zhì)導(dǎo)電能力增強(qiáng)。摻入少量雜質(zhì)導(dǎo)電能力增強(qiáng)。 3 6.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體完全純凈、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體 最常用的半導(dǎo)體為硅最常用的半導(dǎo)體為硅(SiSi)和鍺和鍺(GeGe)。 它們的共同特征是它們的共同特征是四價元素四價元素，每個原子最外，每個原子最外 層電子數(shù)為層電子數(shù)為 4 4 。 + + + + SiSi GeG

3、e 4 共價鍵共價鍵 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體晶體中的共價健結(jié)構(gòu)：晶體中的共價健結(jié)構(gòu)： 每個原子與每個原子與 相鄰的四個相鄰的四個 原子結(jié)合。原子結(jié)合。 每個原子的一個價電子與每個原子的一個價電子與 相鄰原子的一個價電子組相鄰原子的一個價電子組 成一電子對，由相鄰原子成一電子對，由相鄰原子 共有，構(gòu)成共有，構(gòu)成共價鍵共價鍵結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 5 共價鍵共價鍵 價電子價電子 共共 價價 鍵鍵 價電子價電子 自由電子自由電子和和空穴空穴同時同時產(chǎn)生產(chǎn)生 半導(dǎo)體導(dǎo)電方式半導(dǎo)體導(dǎo)電方式 激發(fā)激發(fā) 自由電子自由電子 溫增溫增/光照光照 外加電壓外加電壓 電子電流電子電流 離開離開 ?？昭ㄊ？昭?（原子帶（原子帶

4、正電）正電） 外加電壓外加電壓 吸引相鄰原吸引相鄰原 子價電子填子價電子填 補(bǔ)空穴補(bǔ)空穴 好像好像 空穴空穴 在運(yùn)在運(yùn) 動動 空穴電流空穴電流 與金與金 屬導(dǎo)屬導(dǎo) 電的電的 區(qū)別區(qū)別 硅原子硅原子 自由自由 電子電子 6 硅原子硅原子 半導(dǎo)體中的半導(dǎo)體中的自由電子自由電子和和空穴空穴都能參與導(dǎo)電都能參與導(dǎo)電 半導(dǎo)體具有兩種載流子。半導(dǎo)體具有兩種載流子。 共價鍵共價鍵 價電子價電子 小結(jié)小結(jié) 本征半導(dǎo)體中的自由電子和本征半導(dǎo)體中的自由電子和 空穴總是空穴總是成對出現(xiàn)成對出現(xiàn)，同時又，同時又 不斷進(jìn)行復(fù)合。在一定溫度不斷進(jìn)行復(fù)合。在一定溫度 下，載流子的產(chǎn)生與復(fù)合會下，載流子的產(chǎn)生與復(fù)合會 達(dá)到達(dá)

5、到動態(tài)平衡動態(tài)平衡。溫度愈高，。溫度愈高， 載流子數(shù)目就愈多，導(dǎo)電性載流子數(shù)目就愈多，導(dǎo)電性 能就愈好能就愈好溫度對半導(dǎo)體溫度對半導(dǎo)體 器件性能影響很大器件性能影響很大 7 6.1.2 NN型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在常溫下，本征半導(dǎo)體的兩種載流子數(shù)量在常溫下，本征半導(dǎo)體的兩種載流子數(shù)量 還是極少的，其導(dǎo)電能力相當(dāng)?shù)?。還是極少的，其導(dǎo)電能力相當(dāng)?shù)汀?如果在半導(dǎo)體晶體中摻入微量雜質(zhì)元素，如果在半導(dǎo)體晶體中摻入微量雜質(zhì)元素， 將得到將得到摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體，而，而摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電 能力將大大提高。能力將大大提高。 由于摻入雜質(zhì)元素的不同，由于摻入雜質(zhì)元素的不同，

6、摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體可可 分為分為兩大類兩大類NN型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 8 1. N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量磷當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量磷( (或其它五價元或其它五價元 素素) )時，磷原子與周圍四個硅原子形成共價鍵后，時，磷原子與周圍四個硅原子形成共價鍵后， 磷原子的外層電子數(shù)將是磷原子的外層電子數(shù)將是 9 9 ，比穩(wěn)定結(jié)構(gòu)多一，比穩(wěn)定結(jié)構(gòu)多一 個價電子。個價電子。 P + Si Si Si Si Si Si Si P Si Si Si Si多余多余 電子電子 9 1. N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 摻入摻入磷磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶體中，雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶

7、體中，自由電子自由電子的數(shù)目的數(shù)目 大量增加。大量增加。這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱稱 之為電子半導(dǎo)體或之為電子半導(dǎo)體或N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 在在N N型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中電子電子是多數(shù)載流子、是多數(shù)載流子、空穴空穴是少是少 數(shù)載流子。數(shù)載流子。 室溫情況下，本征硅中載流子有室溫情況下，本征硅中載流子有1.51.5 101010 10個 個 /cm/cm3 3，當(dāng)磷摻雜量在，當(dāng)磷摻雜量在10106 6量級時，電子載流 量級時，電子載流 子數(shù)目將增加幾十萬倍。子數(shù)目將增加幾十萬倍。 10 當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量硼當(dāng)在硅或鍺的晶體中摻入微量硼( (或其它三價

8、或其它三價 元素元素) )時，硼原子與周圍的四個硅原子形成共時，硼原子與周圍的四個硅原子形成共 價鍵后，硼原子的外層電子數(shù)將是價鍵后，硼原子的外層電子數(shù)將是 7 7 ，比穩(wěn)，比穩(wěn) 定結(jié)構(gòu)少一個價電子。定結(jié)構(gòu)少一個價電子。 B + Si Si Si Si Si Si Si B Si Si Si Si 空穴空穴 2. P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 11 綜上所述，由于摻入雜質(zhì)的不同，產(chǎn)生了綜上所述，由于摻入雜質(zhì)的不同，產(chǎn)生了N N型半導(dǎo)型半導(dǎo) 體和體和P P型半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子的濃度遠(yuǎn)大型半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體中載流子的濃度遠(yuǎn)大 于本征半導(dǎo)體中載流子的濃度，于本征半導(dǎo)體中載流子的濃度，雖然它們都有一

9、種雖然它們都有一種 載流子占多數(shù)，載流子占多數(shù)，但整個半導(dǎo)體晶體仍是但整個半導(dǎo)體晶體仍是電中性電中性的的。 摻摻硼硼半導(dǎo)體中，半導(dǎo)體中，空穴空穴數(shù)目遠(yuǎn)大于數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子自由電子數(shù)目。數(shù)目。 主要靠空穴導(dǎo)電主要靠空穴導(dǎo)電,稱為稱為空穴半導(dǎo)體空穴半導(dǎo)體或或P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 空穴空穴為多數(shù)載流子，為多數(shù)載流子，自由電子自由電子是少數(shù)載流子。是少數(shù)載流子。 因?yàn)檩d流子帶正電或負(fù)電，原子則相反帶負(fù)因?yàn)檩d流子帶正電或負(fù)電，原子則相反帶負(fù) 電或帶正電，整個晶體不帶電。電或帶正電，整個晶體不帶電。 12 6.1.3 PN PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?半導(dǎo)體器件的核心是半導(dǎo)體器件的核心是PNP

10、N結(jié)，結(jié)，是采取一定的工是采取一定的工 藝措施在一塊半導(dǎo)體晶片的兩側(cè)分別制成藝措施在一塊半導(dǎo)體晶片的兩側(cè)分別制成P P 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交 界面上形成界面上形成PNPN結(jié)結(jié)。 各種各樣的半導(dǎo)體器件都是以各種各樣的半導(dǎo)體器件都是以PNPN結(jié)為核心而結(jié)為核心而 制成的，正確認(rèn)識制成的，正確認(rèn)識PNPN結(jié)是了解和運(yùn)用各種半結(jié)是了解和運(yùn)用各種半 導(dǎo)體器件的關(guān)鍵所在。導(dǎo)體器件的關(guān)鍵所在。 13 1.PN結(jié)的形成結(jié)的形成 P N 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) N N區(qū)一側(cè)因失去電子而區(qū)一側(cè)因失去電子而 留下帶正電的離子，留下帶正電的離子，P P 區(qū)一側(cè)因

11、失去空穴而區(qū)一側(cè)因失去空穴而 留下帶負(fù)電的離子。留下帶負(fù)電的離子。 交界處多數(shù)載流子擴(kuò)散到對方并復(fù)合掉交界處多數(shù)載流子擴(kuò)散到對方并復(fù)合掉 內(nèi)電場內(nèi)電場阻礙了多子的繼續(xù)擴(kuò)散，推動少子的漂移阻礙了多子的繼續(xù)擴(kuò)散，推動少子的漂移 運(yùn)動，最終達(dá)到運(yùn)動，最終達(dá)到動態(tài)平衡動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)寬度一定，空間電荷區(qū)寬度一定 P區(qū)區(qū) 空穴多空穴多 N區(qū)區(qū) 自由電子多自由電子多 內(nèi)電場內(nèi)電場 耗盡了載流子的交界耗盡了載流子的交界 處留下不可移動的離處留下不可移動的離 子形成子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)； 14 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 載流子的運(yùn)動有兩種形式：載流子的運(yùn)動有兩種形式： 擴(kuò)散擴(kuò)散 由于載流子

12、濃度梯度引起的載流子從高由于載流子濃度梯度引起的載流子從高 濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運(yùn)動。濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運(yùn)動。 漂移漂移 載流子受電場作用沿電場力方向的運(yùn)動。載流子受電場作用沿電場力方向的運(yùn)動。 耗盡層中載流子的擴(kuò)耗盡層中載流子的擴(kuò) 散和漂移運(yùn)動最后達(dá)散和漂移運(yùn)動最后達(dá) 到一種動態(tài)平衡，這到一種動態(tài)平衡，這 樣的樣的耗盡層耗盡層就是就是PNPN結(jié)結(jié) PNPN結(jié)結(jié)內(nèi)電場內(nèi)電場的方向的方向 由由N N區(qū)指向區(qū)指向P P區(qū)。區(qū)。 1.PN結(jié)的形成結(jié)的形成 15 2.PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?1) 1) 加加正向電壓正向電壓 擴(kuò)散增強(qiáng)擴(kuò)散增強(qiáng), ,漂移變?nèi)跗谱內(nèi)? PN 內(nèi)電場方向 外電場方向

13、 I 變窄變窄 + +- - 外電場方向與內(nèi)電場方向相反，外電場外電場方向與內(nèi)電場方向相反，外電場 削弱了內(nèi)電場，使空間電荷區(qū)變薄削弱了內(nèi)電場，使空間電荷區(qū)變薄. . PN結(jié)兩側(cè)的多數(shù)載流結(jié)兩側(cè)的多數(shù)載流 子能順利地通過子能順利地通過PN結(jié)結(jié) 形成較大的正向電流形成較大的正向電流. 外電源不斷提供電荷維持電流外電源不斷提供電荷維持電流 PN結(jié)呈現(xiàn)低阻導(dǎo)通狀態(tài)結(jié)呈現(xiàn)低阻導(dǎo)通狀態(tài) 16 2) 2) 加加反向電壓反向電壓 將外電源的正端接將外電源的正端接N N區(qū)、負(fù)端接區(qū)、負(fù)端接P P區(qū)。區(qū)。 外電場與內(nèi)電場方向相同，空間電荷區(qū)變寬。擴(kuò)散運(yùn)外電場與內(nèi)電場方向相同，空間電荷區(qū)變寬。擴(kuò)散運(yùn) 動變?nèi)?，漂?/p>

14、運(yùn)動增強(qiáng)，參與漂移運(yùn)動的載流子是少動變?nèi)?，漂移運(yùn)動增強(qiáng)，參與漂移運(yùn)動的載流子是少 子，反向電流極小。子，反向電流極小。 PN 內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向 外電場方向外電場方向 + I0 變寬變寬 少子是由熱激發(fā)產(chǎn)生的，少子是由熱激發(fā)產(chǎn)生的， 即溫度愈高少子的數(shù)量愈即溫度愈高少子的數(shù)量愈 多，故溫度對反向電流的多，故溫度對反向電流的 影響很大。影響很大。 PNPN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，結(jié)具有單向?qū)щ娦裕?即正向?qū)ā⒎聪蚪刂辜凑驅(qū)?、反向截?2.PN結(jié)的結(jié)的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?PN結(jié)呈高阻截止?fàn)顟B(tài)結(jié)呈高阻截止?fàn)顟B(tài) 17 6.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 6.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu) 將將PNPN結(jié)加

15、上電極引線及外殼，就構(gòu)成了半導(dǎo)體結(jié)加上電極引線及外殼，就構(gòu)成了半導(dǎo)體 二極管。二極管。 PNPN結(jié)是二極管的核心。根據(jù)所用材料結(jié)是二極管的核心。根據(jù)所用材料 不同，二極管有硅二極管和鍺二極管兩種。不同，二極管有硅二極管和鍺二極管兩種。 金屬觸絲金屬觸絲 陽極引線陽極引線 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 陽極引線陽極引線 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 陰極陰極陽極陽極 符號 符號 D 18 二極管由二極管由 PN PN 結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦?。硅結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ?/p>

16、性。硅 二極管的電流二極管的電流- -電壓關(guān)系電壓關(guān)系 ( (伏安特性伏安特性) )如圖：如圖： 由電壓零點(diǎn)分為由電壓零點(diǎn)分為正向區(qū)正向區(qū)和和反向區(qū)。反向區(qū)。 正向：正向：由由死區(qū)電壓死區(qū)電壓分為分為死區(qū)死區(qū)和和導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū) (Si-0.5V Ge-0.1V)(Si-0.5V Ge-0.1V) U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40 60 40 20 0-0.5v:0-0.5v:正壓低正壓低外電場小于內(nèi)電場外電場小于內(nèi)電場 正向電流正向電流 0 0 0.5v:0.5v:正壓高正壓高外電場大于內(nèi)電場外電場大于內(nèi)電場 內(nèi)電場大大削弱內(nèi)電場大大削弱正向電流大正向電流大 6.

17、2.2 伏安特性伏安特性 死死 區(qū)區(qū) 導(dǎo)通導(dǎo)通 區(qū)區(qū) 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 正向?qū)▔航担赫驅(qū)▔航担?Si 0.60.7V Ge 0.20.3V 19 截止區(qū)截止區(qū): :負(fù)壓小負(fù)壓小漂移強(qiáng)漂移強(qiáng)( (少子少子)很小很小 反向電流反向電流反向飽和電流。反向飽和電流。 U(V) 0.400.8 -50-25 I (mA) 20 40 60 40 20 反向反向：由擊穿電壓分為由擊穿電壓分為截止區(qū)截止區(qū)和和擊穿區(qū)。擊穿區(qū)。 6.2.2 伏安特性伏安特性 擊穿區(qū)擊穿區(qū): :負(fù)壓大負(fù)壓大二極管失去單向?qū)щ姸O管失去單向?qū)щ?性性擊穿擊穿反向擊穿電流反向擊穿電流不可逆。不可逆。 擊穿原因：碰撞和非碰撞擊穿

18、原因：碰撞和非碰撞 碰撞碰撞: :強(qiáng)電場中載流子獲大能量碰撞晶格強(qiáng)電場中載流子獲大能量碰撞晶格 價電子彈出，產(chǎn)生電子空穴對價電子彈出，產(chǎn)生電子空穴對即新的載即新的載 流子再碰撞晶格流子再碰撞晶格雪崩反應(yīng)，反向電流越雪崩反應(yīng)，反向電流越 來越大來越大反向擊穿。反向擊穿。 非碰撞非碰撞: :強(qiáng)電場直接將共價鍵中價電子拉出，強(qiáng)電場直接將共價鍵中價電子拉出， 產(chǎn)生電子空穴對產(chǎn)生電子空穴對，形成較大反向電流。，形成較大反向電流。 20 二極管的特性不僅可用伏安曲線表示，也可用一些數(shù)二極管的特性不僅可用伏安曲線表示，也可用一些數(shù) 據(jù)進(jìn)行說明據(jù)進(jìn)行說明, ,這些數(shù)據(jù)就是二極管的參數(shù)。二極管的主這些數(shù)據(jù)就是二

19、極管的參數(shù)。二極管的主 要參數(shù)有：要參數(shù)有： 1. 1. 最大整流電流最大整流電流IOM 二極管長時間使用所允許通過的二極管長時間使用所允許通過的 最大正向平均電流。最大正向平均電流。 2. 2. 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓URWM 保證二極管不被擊穿而給保證二極管不被擊穿而給 出的反向峰值電壓，為反向擊穿電壓的出的反向峰值電壓，為反向擊穿電壓的1/21/2至至2/32/3。 3. 3. 反向峰值電流反向峰值電流IRM 二極管加反向峰值電壓時的反二極管加反向峰值電壓時的反 向電流值。該值愈大說明二極管的性能愈差，硅管的向電流值。該值愈大說明二極管的性能愈差，硅管的 此參數(shù)值為微安級以下。

20、此參數(shù)值為微安級以下。 6.2.3 主要參數(shù)主要參數(shù) 4. 4. 最高工作頻率最高工作頻率fM 二極管能承受的外施電壓的最高二極管能承受的外施電壓的最高 頻率。若超過則失去單向?qū)щ娦?。頻率。若超過則失去單向?qū)щ娦浴NPN結(jié)兩側(cè)的空間電結(jié)兩側(cè)的空間電 荷與電容極板充電時所儲存的電荷類似，稱為結(jié)電容荷與電容極板充電時所儲存的電荷類似，稱為結(jié)電容 21 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)通導(dǎo)通 截止截止 若二極管是理想的，若二極管是理想的， 22 6.2.4 二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用 A B +3V 0V R -12V Y DA DB 如圖，如圖，V VA A=+3V

21、=+3V，V VB B=0V=0V R R接負(fù)電源接負(fù)電源-12V-12V，求，求V VY Y 多個二極管導(dǎo)通原則：多個二極管導(dǎo)通原則： 先先所有所有管，計(jì)算各管，計(jì)算各 管上電壓，誰高誰優(yōu)先導(dǎo)通。管上電壓，誰高誰優(yōu)先導(dǎo)通。 剩下各管再計(jì)算電壓。剩下各管再計(jì)算電壓。大于大于 死區(qū)電壓導(dǎo)通，否則截止。死區(qū)電壓導(dǎo)通，否則截止。 解：解： UDA=3-（-12）=15V UDB=0-（-12）=12V DA優(yōu)先導(dǎo)通，優(yōu)先導(dǎo)通， 導(dǎo)通壓降設(shè)為導(dǎo)通壓降設(shè)為0.3V VY=3-0.3=2.7V + - - + - - UDB=0-2.7=-2.7V DB反向截止。反向截止。 D DA A起鉗位作用，把起鉗

22、位作用，把 V VY Y鉗住在鉗住在2.7V2.7V。 D DB B起隔離作用，隔起隔離作用，隔 離輸入端離輸入端B和輸出和輸出 端端Y。 23 V sin18 i tu t 24 6.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 6.3.1 伏安特性伏安特性 穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型二穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型二 極管。它在電路中常用作穩(wěn)定電極管。它在電路中常用作穩(wěn)定電 壓的作用，故稱為壓的作用，故稱為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管。 穩(wěn)壓管的圖形符號：穩(wěn)壓管的圖形符號： U(V) 0.4 0 0.8 -8-4 I (mA) 20 40 10 -20 -10 30 -12 反向 正向 穩(wěn)壓管的伏安特性曲線穩(wěn)壓管的伏安特性曲線

23、與普通二極管類似，只與普通二極管類似，只 是反向曲線更陡一些。是反向曲線更陡一些。 25 6.3.1 伏安特性伏安特性 U(V) 0.4 0 0.8 -8-4 I (mA) 20 40 10 -20 -10 30 -12 反向 正向 穩(wěn)壓管正常工作于穩(wěn)壓管正常工作于反向擊穿區(qū)反向擊穿區(qū)， 常見電路如下：常見電路如下： U i R U o R L 在電路中穩(wěn)壓管是在電路中穩(wěn)壓管是反向聯(lián)接反向聯(lián)接的。的。 當(dāng)當(dāng)U i大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時，穩(wěn)大于穩(wěn)壓管的擊穿電壓時，穩(wěn) 壓管被擊穿（壓管被擊穿（在一定的電流范圍內(nèi) 可逆），電流將增大，電阻），電流將增大，電阻R兩端兩端 的電壓增大，穩(wěn)壓管兩端的電壓基

24、的電壓增大，穩(wěn)壓管兩端的電壓基 本不變，輸出電壓本不變，輸出電壓U o等于等于U z 。 26 1 1、穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓Uz 指穩(wěn)壓管正常工作時的端電壓指穩(wěn)壓管正常工作時的端電壓。 同一型號穩(wěn)壓管同一型號穩(wěn)壓管UZ 也不一定相等。也不一定相等。 2 2、穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ 正常工作的參考電流值。正常工作的參考電流值。 每種型號穩(wěn)壓管都規(guī)定有一個每種型號穩(wěn)壓管都規(guī)定有一個 最大穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流IZM，超過它，易，超過它，易 發(fā)生熱擊穿（不可逆），穩(wěn)壓發(fā)生熱擊穿（不可逆），穩(wěn)壓 管損毀管損毀, ,I IZIZM。 U(V) 0 I (mA) 反向 正向 UZ IZ 6.3.2 主要參數(shù)主要參

25、數(shù) 27 3 3、電壓溫度系數(shù)、電壓溫度系數(shù) U U 說明說明穩(wěn)壓值受溫度影響的參數(shù)，越小越好穩(wěn)壓值受溫度影響的參數(shù)，越小越好。 如：穩(wěn)壓管如：穩(wěn)壓管2CW182CW18的電壓溫度系數(shù)為的電壓溫度系數(shù)為0.095% / 0.095% / C C 假如在假如在20 20 C C時的穩(wěn)壓值為時的穩(wěn)壓值為11V11V，當(dāng)溫度升高到，當(dāng)溫度升高到 50 50 C C時的穩(wěn)壓值將為時的穩(wěn)壓值將為 V3 .1111)2050( 100 095. 0 11 特別說明：特別說明：穩(wěn)壓管的電壓溫度系數(shù)有正負(fù)之別。穩(wěn)壓管的電壓溫度系數(shù)有正負(fù)之別。 0V6U V6U 0V6U UZ UZ UZ 很小 因此選用因此選

26、用6V6V左右的左右的 穩(wěn)壓管，具有較好穩(wěn)壓管，具有較好 的溫度穩(wěn)定性。的溫度穩(wěn)定性。 6.3.2 主要參數(shù)主要參數(shù) 28 4 4、動態(tài)電阻、動態(tài)電阻rZ 穩(wěn)壓管子端電壓和通過其電流的變化量之 穩(wěn)壓管子端電壓和通過其電流的變化量之 比。比。穩(wěn)壓管的反向伏安特性曲線越陡，則穩(wěn)壓管的反向伏安特性曲線越陡，則 動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓效果越好。動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓效果越好。 U(V) 0 I (mA) 反向 正向 UZ IZ Z Z Z I U r IZm IZ UZ 5 5、最大允許耗散功耗、最大允許耗散功耗PZM 保證穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最保證穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最 大功率損耗。大功率損耗。 其值為穩(wěn)定

27、電壓和允許的最大其值為穩(wěn)定電壓和允許的最大 電流乘積電流乘積 ZMZZM IUP 6.3.2 主要參數(shù)主要參數(shù) 29 例例 電路如圖，通過穩(wěn)壓管的電流電路如圖，通過穩(wěn)壓管的電流I IZ Z等于多少？等于多少？ 解：解： UR=20-12=8V IZ=IR=8/1.6=5mA0時時二極管二極管導(dǎo)通導(dǎo)通， uo=u2 u20時時二極管二極管截止截止，uo=0 二極管承受的最大二極管承受的最大反向反向 電壓電壓： DRM 2 m UUU 34 U2 t 0 uo T Uo O 0 1 2sin() 2 UUt dt 單相半波整流電壓的平均值為單相半波整流電壓的平均值為 U 2 U.450 整流電流的

28、平均值為整流電流的平均值為 O O 0.45 LL UU I RR 通過二極管的通過二極管的平均電流平均電流： DO 0 45 L U II. R 35 【例例】有一有一單相半波整流電路，已知變壓器副邊電壓單相半波整流電路，已知變壓器副邊電壓U=20 V， RL=900 ，試求，試求UO、IO及及UDRM，并選用二極管。，并選用二極管。 O 0.450.45209UUV O O 9 10 900 L U IAmA R DRM 222028.2UUV 查二極管參數(shù)，選用查二極管參數(shù)，選用2AP4(16mA, 50V)。為了使用安全此。為了使用安全此 項(xiàng)參數(shù)選擇應(yīng)比計(jì)算值大一倍左右。項(xiàng)參數(shù)選擇應(yīng)比

29、計(jì)算值大一倍左右。 DO II 36 2. 2. 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 單相半波整流只利用了電源的半個周期，整流輸出電壓低，單相半波整流只利用了電源的半個周期，整流輸出電壓低， 脈動幅度較大。為此采用單相橋式整流電路，由四個二極脈動幅度較大。為此采用單相橋式整流電路，由四個二極 管接成電橋的形式。管接成電橋的形式。 RL u uo a Tr RL b u uo RL u uo RL uo 37 uo a Tr RL b u D1 D3 在變壓器副邊電壓在變壓器副邊電壓u為為正半周正半周 時，二極管時，二極管D1、D3導(dǎo)通，而二導(dǎo)通，而二 極管極管D2、D4截止；截止； t 0 u0

30、 當(dāng)副邊電壓當(dāng)副邊電壓u為為負(fù)半周負(fù)半周時，二時，二 極管極管D2、D4導(dǎo)通，而二極管導(dǎo)通，而二極管 D1、D3截止。截止。 t 0 u D D2 2、D D4 4 通通 D D1 1、D D3 3 通通 D D1 1、D D3 3 通通 D D2 2、D D4 4 通通 - - + 整流后輸出的是脈動直流，既整流后輸出的是脈動直流，既 有有直流成分直流成分又有又有交流成份交流成份。 uo a Tr RL b u D2 D4 + - 38 U2 T t 0 u O 0 1 2 sind()UUtt U 22 U.90 Uo 整流電流的平均值為整流電流的平均值為 單相單相橋式橋式整流電壓的平均值

31、為整流電壓的平均值為 O O 0.9 LL UU I RR 流過每個二極管的平均電流過每個二極管的平均電 流為負(fù)載電流的一半流為負(fù)載電流的一半 DO 1 0.45 2 L U II R 39 uo a Tr RL b u D1 D3 D4 D2 o L I. . I R U I111 90 0 變壓器變壓器副邊在正負(fù)半周均有電流流過，副邊在正負(fù)半周均有電流流過，副副 邊電流為正弦量邊電流為正弦量. . 每個二極管所承受的最高反向電壓為每個二極管所承受的最高反向電壓為 UU DRM 2 i t 0 i 副邊電流副邊電流有效值為有效值為 40 【例例】 單相橋式整流電路，已知單相橋式整流電路，已知

32、R RL L=160=160，要求輸出電，要求輸出電 壓的平均值為壓的平均值為20V20V，試選擇合適的二極管并確定變壓器副，試選擇合適的二極管并確定變壓器副 邊電流的有效值。邊電流的有效值。 解：解：因因U0=20 V， Io=Uo/Ro=20/160=125mA 流過二極管的平均電流為流過二極管的平均電流為 ID=0.5Io =0.5125125=62.5mA 變壓器副邊電壓的有效值為變壓器副邊電壓的有效值為 U=Uo/0.9=20/0.9=22.2V 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 查附錄資料，應(yīng)選用查附錄資料，應(yīng)選用2CZ52B( (100 mA，50 V) )二

33、極管。二極管。 變壓器副邊電流的有效值為變壓器副邊電流的有效值為 I=1.11Io =1.11125125=138.8mA V4 .312 .2222 UU DRM 41 整流電壓整流電壓 平均值平均值 t 0 uo t 0 uo t 0 uo 電電 路路 整流電整流電 壓波形壓波形 O 0.45UU O 0.9UU O 0.9UU 二極管平二極管平 均電流均電流 O DO L U II R O D 2 I I O D 2 I I 二極管反二極管反 向電壓向電壓 DRM 2UU DRM 2UU DRM 22UU 副邊電流副邊電流 有效值有效值 O 1.57II O 0.79II O 1.11I

34、I 常見的幾種整流電路常見的幾種整流電路 U Uo Io 半半 波波 U Uo U Io 全全 波波 Uo U Io 橋橋 式式 42 整流電流整流電流 平均值平均值 t 0 io t 0 io 電電 路路 整流電整流電 流波形流波形 O / m II O 2/ m II 副邊電流副邊電流 有效值有效值 O / 2 1.57 m II II O / 2 0.79 m II II O /2 1.11 m II II 副邊電副邊電 流波形流波形 t 0 i t 0 i O 2/ m II UUo Io 半半 波波 U Uo U Io 全全 波波 Uo U Io 橋橋 式式 t 0 io t 0 i

35、 iii 43 6.4.2 6.4.2 濾波電路濾波電路 整流電路的輸出是整流電路的輸出是單向脈動單向脈動電壓，除直流分量外，電壓，除直流分量外， 還含有較高的還含有較高的諧波諧波成分，必須在整流電路后加接成分，必須在整流電路后加接濾波器濾波器， 改善輸出電壓的脈動程度。改善輸出電壓的脈動程度。 濾波原理：利用儲能元件濾波原理：利用儲能元件電容電容兩端的電壓兩端的電壓( (或通過或通過電感電感中中 的電流的電流) )不能突變的特性不能突變的特性, , 將將電容電容與負(fù)載與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)( (或?qū)⒒驅(qū)㈦婋?感感與負(fù)載與負(fù)載RL串聯(lián)串聯(lián)) )，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，濾掉整流電路輸出電

36、壓中的交流成份， 保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。 44 1 . 1 . 電容濾波電路電容濾波電路 Tr D RL a b uO =uCC D截止截止 D 導(dǎo)導(dǎo) 通通 t 0 u0 D導(dǎo)通導(dǎo)通 m n 0m:變壓器副邊電壓變壓器副邊電壓u在正半周上升段，二極管在正半周上升段，二極管D導(dǎo)通導(dǎo)通， 電流流經(jīng)負(fù)載電阻電流流經(jīng)負(fù)載電阻RL，并給，并給電容器電容器C充電充電。 經(jīng)過峰值后，變壓器副邊電壓經(jīng)過峰值后，變壓器副邊電壓u按正弦規(guī)律下降，當(dāng)按正弦規(guī)律下降，當(dāng) uuC時，二極管時，二極管D承受反向電壓承受反向電壓截止截止。 mn:電容器通過負(fù)

37、載電阻電容器通過負(fù)載電阻RL按指數(shù)規(guī)律按指數(shù)規(guī)律緩慢放電緩慢放電，uC下下 降的速度由時間常數(shù)降的速度由時間常數(shù)=RLC決定。決定。 + u - uuC 單相單相半波整流半波整流(接接電容濾波電容濾波) ) 若負(fù)載電阻若負(fù)載電阻RL斷開，斷開，C C無無 放電回路放電回路 UU o 2 UU DRM 22 二極管截止時承受的二極管截止時承受的 最高反向電壓最高反向電壓 + - - + 45 單相橋式單相橋式整流整流( (接電容濾波接電容濾波) ) t t 0 0 - + a Tr b u RL uo D1 D2 D3 D4 C UU DRM 2 輸出電壓的脈動程度與放電時間常數(shù)輸出電壓的脈動程

38、度與放電時間常數(shù)RLC有關(guān)，有關(guān)，C越大，越大， 負(fù)載越輕負(fù)載越輕( (RL越大越大) )，脈動就會越小，脈動就會越小. .一般取一般取 即可達(dá)到要求，此時輸出電壓即可達(dá)到要求，此時輸出電壓U Uo o由下式估算：由下式估算： ( (T T: :電源電壓的周期電源電壓的周期) ) 2 )53( T CRL O UU O 1.2UU ( (半波半波) ) ( (全波全波) ) uo 二極管最高反向電壓二極管最高反向電壓 46 電容濾波電路中元件的選擇：電容濾波電路中元件的選擇： DRM 2 2UU 帶電容濾波的橋式整流帶電容濾波的橋式整流電路電路 DRM 2UU 二極管導(dǎo)通時間比不帶電容濾波的時

39、間短得多二極管將二極管導(dǎo)通時間比不帶電容濾波的時間短得多二極管將 承受較大的沖擊電流，容易造成損壞，在選擇二極管時承受較大的沖擊電流，容易造成損壞，在選擇二極管時 應(yīng)留有充分的余地，一般按應(yīng)留有充分的余地，一般按(23)ID 選擇二極管的最大整選擇二極管的最大整 流電流。流電流。 由于濾波電容保持有電壓輸出，應(yīng)注意二極管截止由于濾波電容保持有電壓輸出，應(yīng)注意二極管截止 時所承受的最高反向電壓時所承受的最高反向電壓UDRM有所不同有所不同: : 帶電容濾波的半波整流帶電容濾波的半波整流電路電路 常用電容器一般在常用電容器一般在10101 1-10-103 3微法，其耐壓值應(yīng)大于輸出電微法，其耐壓

40、值應(yīng)大于輸出電 壓的最大值，一般大容量電容具有極性。壓的最大值，一般大容量電容具有極性。 2 )53( T CRL 47 【例例】 單相橋式整流帶電容濾波的電路，已知交流電源頻單相橋式整流帶電容濾波的電路，已知交流電源頻 率率f=50 Hz，負(fù)載電阻，負(fù)載電阻RL=200 ，要求輸出直流電壓，要求輸出直流電壓U0=20 V，選擇整流二極管和濾波電容。，選擇整流二極管和濾波電容。 RL u uo C 解：流過負(fù)載的平均電流為解：流過負(fù)載的平均電流為 O O 20 A100mA 200 L U I R 流過二極管的電流為流過二極管的電流為 DO 1 50mA 2 II 變壓器副邊電壓的有效值，按變

41、壓器副邊電壓的有效值，按UO=1.2U計(jì)算計(jì)算 O 20 16.67 V 1.21.2 U U 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 DRM 22 16.6723.6 VUU 查附錄可知，應(yīng)選用查附錄可知，應(yīng)選用2CZ52B( (100 mA，50 V) )。 48 RL u uo C 電容的選擇電容的選擇 L R T C 2 5 S. f T020 50 11 因因?yàn)闉?F . R T C L 250 2002 0205 2 5 所所以以 應(yīng)選用應(yīng)選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50 V的電解電容。的電解電容。 49 2. 2. 電感濾波電路電感濾波電路(LC(LC濾波器濾波器) ) Tr RL uo C L u 當(dāng)電感線圈的電感量較大時，往往要帶鐵心，使整個電路當(dāng)電感線圈的電感量較大時，往往要帶鐵心，使整個電路 體積大，笨重。易引起電磁干擾。所以，體積大，笨重。易引起電磁干擾。所以，電感濾波電路電感濾波電路只只 適用于適用于低電壓，大電流低電壓，大電流的場合。的場合。 經(jīng)橋式整流后輸經(jīng)橋式整流后輸 出的單向脈動電出的單向脈動電 壓可分解為直流壓可分解為直流 分量