第8章二極管及整流電路

1、8.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)半導(dǎo)體基礎(chǔ)共價(jià)健共價(jià)健 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子 Si Si Si Si價(jià)電子價(jià)電子本征激發(fā)：本征激發(fā)：空穴空穴自由電子自由電子l半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電粒子（載流子）：半導(dǎo)體有兩種導(dǎo)電粒子（載流子）：自由電子、空穴自由電子、空穴 Si Si Si Sip+多多余余電電子子磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)失去一個(gè)電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴PN 結(jié)：結(jié)：P型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體交界面的特殊薄層型半導(dǎo)體交界面的特殊薄層 外電場外電場IFPN+少子在外電場作用少子在外電場作用下定向移動(dòng)，形

2、成下定向移動(dòng)，形成很小的反向電流。很小的反向電流。IR陰極引線陰極引線陽極引線陽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 ) 平面型平面型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( d ) 符號(hào)符號(hào)D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+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 若二極管是若二極管是理想理想的，的，例例

3、1：D6V12V3k BAUAB+解：解：例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+解：解：V sin18itu t 解：解：UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUr 整流電路整流電路 將將交流交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷恨D(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)脈動(dòng)的的直流直流電壓電壓。 半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。等。 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。利用二極管的利用二極管的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦灾绷鞣€(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)直流穩(wěn)壓電源結(jié)構(gòu)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

4、大小合適 的直流電壓的直流電壓u4uou3u2u1t uDO u 負(fù)半周，負(fù)半周，VauC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供電的同供電的同時(shí)也給電容充電，時(shí)也給電容充電， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC （半波、全波（半波、全波 ） UU22DRM uoU2U2u tO tO（橋式（橋式 ） UU2DRM25)(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與放電時(shí)間與放電時(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、

5、全波）橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）半波）U2 為了得到比較平直的輸出電壓為了得到比較平直的輸出電壓有電容有電容濾波濾波 無電容濾波無電容濾波0 UooIO 結(jié)論結(jié)論 因此電容濾波適合于要求因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場合。小且負(fù)載變化較小的場合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越大越大整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短 iD 的峰值電流越大。的峰值電流越大。iD tuoU2 tOO例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 f=50Hz，負(fù)載電阻，

6、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器。，選擇整流二極管及濾波電容器。V 352522UUDRM A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 21O .UU可選用二極管可選用二極管2CZ55BIOM = 1000mA URWM = 50V 例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率率 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器。，選擇整流二極管及濾

7、波電容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 選擇濾波電容器選擇濾波電容器F250F102502000.05 0506L R.C可選用可選用C=250 F，耐壓為，耐壓為50V的極性電容器的極性電容器L uRLuo+C 濾波效果比濾波效果比LC濾波器更好，但濾波器更好，但二極管的沖擊電二極管的沖擊電流較大。流較大。 比比 形形 LC 濾濾波器的體積小、波器的體積小、成本低。成本低。L uRLuo+C2+C1R uRLu+C2+C1 N1N3C20.047 FD2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000 F/5

8、0V+C124VFU11A直流直流24V交流交流220V交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源交直流收擴(kuò)兩用機(jī)電源UO = UZ IR = IO + IZUIUZRL (IO ) IR 設(shè)設(shè)UI一定，負(fù)載一定，負(fù)載RL變化變化UO 基本不變基本不變 IR (IRR) 基本不變基本不變 UO (UZ ) = UI UR IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流調(diào)壓限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不變基本不變 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1

9、.5 3) IOM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU OMOImin 由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。U0RFR2R1+ RL+UZRDZ+UUORFR2R1+ +RLRDZ+UZ+U反相輸入恒壓源反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源同相輸入恒壓源ZFO1URRU ZFO)(11URRU 改變改變 RF 即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。UITR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電串聯(lián)型穩(wěn)壓

10、電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整調(diào)整元件元件比較比較放大放大基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓取樣取樣電路電路 當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓壓UO 升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過程：O2121fURRRRUU ZUU )(fZuoBUUAU UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。壓電路。UITR2UZRLUO +R3+UB+DZ+Uf+R11R 1R ZBO)(1URRRUU211 UiTR2UZRLUO +R

11、3+UB+DZ+Uf+R11R 1R 單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小, ,可靠性高可靠性高, ,使使用靈活用靈活, ,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1. 分類分類兩位數(shù)字為輸出電壓值兩位數(shù)字為輸出電壓值三三端端穩(wěn)穩(wěn)壓壓器器輸出固定電壓輸出固定電壓輸出正電壓輸出正電壓78XX 輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓79XX （1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）連續(xù)可調(diào)）W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1輸入端輸入端3 公共端公共端2 輸出端輸

12、出端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1 公共端公共端3輸入端輸入端2 輸出端輸出端 輸出電流超過輸出電流超過 1. 5 A（加散熱器）（加散熱器） 不需要外接元件不需要外接元件 內(nèi)部有過熱保護(hù)內(nèi)部有過熱保護(hù) 內(nèi)部有過流保護(hù)內(nèi)部有過流保護(hù) 調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù) 輸出電壓容差為輸出電壓容差為 4% 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。 ( 反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。0 0 o 100oo TIIU% UUUS ( 反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度

13、不變時(shí)，輸出電流變反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電流變化時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載化時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。能力。00ooI %100 I T UUUS 0.0050.02% 0.11.0%(3) 輸出電壓輸出電壓 UO (6) 最大輸入電壓最大輸入電壓 UIM (7) 最大功耗最大功耗 PM OMOIMM)(IUUP (4) 最大輸出電流最大輸出電流 IOM (5) 最小輸入、輸出電壓差最小輸入、輸出電壓差 (Ui -UO ) min 輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。COW7805CiUi+_+_UO123

14、 0.11 F1 F23220V 24V+C 24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO 15V1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 F COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO= I2 + IC 當(dāng)當(dāng) IO較小時(shí)，較小時(shí)，UR較較小，小，T截止截止 ，IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+ R 可由功率管可由功率管 T的的UBE和穩(wěn)壓器的和穩(wěn)壓器的IOM確定確定, 即即R UBE /IOM 。)V1(25112ORR.U 流過調(diào)整端電流流過調(diào)整端電流 100 A，在要求不高的場合它，在要求不高的場合它在在R