mdja01教學(xué)教材

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。mdja01-課題一半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用電路1.1半導(dǎo)體與PN結(jié)自然界的物質(zhì)，按導(dǎo)電能力的不同，可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。通常將電阻率小于10-4歐姆厘米的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，例如金、銀、銅、鐵等金屬都是良好的導(dǎo)體。電阻率大于109歐姆厘米的物質(zhì)稱為絕緣體，例如橡膠、塑料等。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。1.1.1半導(dǎo)體的基本知識常用的半導(dǎo)體材料有硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等。半導(dǎo)體除了與其他物質(zhì)不同的導(dǎo)電能力之外，還有許多特點，如受到外界影響（光照、溫度變化）或摻入雜質(zhì)

2、時，其電阻會顯著變化。利用半導(dǎo)體的這些特性，人們可制造出各種半導(dǎo)體器件。圖1.1半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)圖圖1.2本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖1.本征半導(dǎo)體純度很高、晶體結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。理想的本征半導(dǎo)體是由單一元素構(gòu)成的單晶硅。硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示，它們的最外層電子數(shù)為4個，這層電子受原子核的束縛力較弱，稱為價電子，所以硅和鍺都是四價元素。如圖1.1所示。在硅晶體中，價電子不僅受到自身原子核的約束，同時還會受到相鄰原子核的吸引。因此價電子一方面圍繞自身原子核運動，另一方面又會出現(xiàn)在相鄰原子核的軌道上，形成穩(wěn)定的共價鍵結(jié)構(gòu)。由于價電子不易擺脫原子核束縛成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能

3、力較差。本征半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.2所示。(a)(b)圖1.3P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖(a)P型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)圖;(b)P型半導(dǎo)體示意圖但是，如果能從外界獲得能量，有少數(shù)價電子就會掙脫共價鍵的束縛成為自由電子。與此同時，在共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。由于存在空位，使附近共價鍵的價電子很容易過來填補(bǔ)，于是又留下一個新的空位。其他地方的電子又有可能來填補(bǔ)后一個空位。從效果上看，這種電子填補(bǔ)空穴的運動，相當(dāng)于帶正電的空穴在運動一樣。所以空穴是帶正電的載流子。在本征半導(dǎo)體中，電子和空穴總是成對出現(xiàn)的，稱為電子-空穴對。這時電子和空穴的數(shù)目總是相等的。隨著溫度升高，電子-空穴的數(shù)量增多，半導(dǎo)體的導(dǎo)電性

4、增強(qiáng)。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力會顯著變化。根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，可以分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。(1)P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅中摻入微量的三價元素硼（B），就形成P型半導(dǎo)體，如圖1.3所示。硅原子與硼原子組成共價鍵時少一個電子，即產(chǎn)生一個空穴。每摻入一個硼原子就提供一個空穴，而相鄰硅原子中的價電子有可能過來填補(bǔ)這個空穴，使硼原子多出一個電子，成為帶負(fù)電的離子。P型半導(dǎo)體中空穴的濃度比電子的濃度高得多，它主要靠空穴導(dǎo)電。(a)(b)圖1.4N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)圖(a)N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)圖;(b)N型半導(dǎo)體示意圖(2)N型半導(dǎo)體圖1.5PN結(jié)的形成在本征半導(dǎo)體中摻入微量的

5、五價元素磷（P）就形成N型半導(dǎo)體，如圖1.4所示。擁有5個價電子的磷原子與周圍的硅原子組成共價鍵時，會多出一個價電子，這個電子很容易成為自由電子，所以N型半導(dǎo)體中電子的濃度比空穴的濃度高得多，它主要靠電子導(dǎo)電。1.1.2PN結(jié)及單向?qū)щ娦?PN結(jié)的形成當(dāng)采用某種方法使半導(dǎo)體中一部分區(qū)域成為P型，另一部分區(qū)域成為N型半導(dǎo)體時，其交界上就會形成一個很薄的空間電荷區(qū)，如圖1.5所示。由于交界面兩側(cè)存在載流子濃度差，P區(qū)中的多數(shù)載流子（空穴）就要向N區(qū)擴(kuò)散；同樣，N區(qū)的多數(shù)載流子（電子）也向P區(qū)擴(kuò)散。在擴(kuò)散中，電子與空穴復(fù)合，因此在交界面上，靠N區(qū)一側(cè)就留下不可移動的正電荷離子，而靠P區(qū)一側(cè)就留下不可

6、移動的負(fù)電荷離子，從而形成空間電荷區(qū)。在空間電荷區(qū)產(chǎn)生一個從N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(自建電場)。隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，內(nèi)電場不斷增強(qiáng)。內(nèi)電場的加強(qiáng)又反過來阻礙擴(kuò)散運動，但卻使P區(qū)的少數(shù)載流子電子向N區(qū)漂移，N區(qū)的少數(shù)載流子空穴向P區(qū)漂移。當(dāng)擴(kuò)散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡時，即擴(kuò)散運動的載流子數(shù)等于漂移運動的載流子數(shù)時，就形成一定厚度的空間電荷區(qū)，稱其為PN結(jié)。在這個空間電荷區(qū)內(nèi)，能移動的載流子極少，故又稱為耗盡層或阻擋層。2PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)外加正向電壓（稱為正向偏置），即電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，如圖1.6（a）所示。這時，外電場方向與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場被削弱，空間電荷區(qū)變薄，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運

7、動大大超過少數(shù)載流子的漂移運動。同時電源的不斷向P區(qū)補(bǔ)充空穴，向N區(qū)補(bǔ)充電子，其結(jié)果使電路中形成較大的正向電流，PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)。PN結(jié)外加反向電壓（稱為反向偏置），就是將電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，如圖1.6(b)所示。這時外電場方向與內(nèi)電場方向一致，空間電荷區(qū)變厚，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運動受到阻礙，但少數(shù)載流子的漂移運動得到加強(qiáng)。由于少數(shù)載流子的數(shù)目很少，故只有很小的電流通過，PN處于幾乎不導(dǎo)電的截止?fàn)顟B(tài)。綜上所述，PN結(jié)正向偏置時，處于導(dǎo)通狀態(tài)，有較大電流通過；PN結(jié)反向偏置時，處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流很少，這就PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。圖1.6PN結(jié)的單向?qū)щ娦?a)正向?qū)?(b)反向截

8、止1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管簡稱二極管，是一種非線性半導(dǎo)體器件。它具有單向?qū)щ娞匦裕捎糜谡?、穩(wěn)壓、檢波、限幅等場合。1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)二極管是在PN結(jié)的外面裝上管殼，再引出兩個電極而做成的。從P區(qū)引出的電極稱為陽極（正極）；從N區(qū)引出的電極稱為陰極（負(fù)極）。常見二極管的外形如圖1.7(a)所示，二極管的結(jié)構(gòu)，圖形符號如圖1.7(b)所示。二極管的類型很多，按制造二極管的材料來分，有硅二極管和鍺二極管；按用途來分，有整流二極管，開關(guān)二極管，穩(wěn)壓二極管等；按結(jié)構(gòu)來分，主要有點接觸型和面接觸。點接觸型二極管的PN結(jié)面積小，結(jié)電容也小，因而不允許通過較大的電流，但可在大高頻下工作。而面接觸

9、型的二極管由于PN結(jié)面積大，可以通過較大的電流，但只在較低頻率下工作。(a)(b)(c)（d）圖1.7二極管的結(jié)構(gòu)類型及外形（a）二極管的實物圖（b）二極管的點接觸型結(jié)構(gòu)（c）二極管的面接觸型結(jié)構(gòu)(d)二極管的圖形符號1.2.2二極管的特性二極管兩端電壓與通過二極管電流之間的關(guān)系曲線稱為二極管的伏安特性，如圖1.8所示。伏安特性表明二極管具有單向?qū)щ娞匦?。圖1.8二極管伏安特性曲線1.正向特性當(dāng)加在二極管的正向電壓數(shù)值較小時，由于外電場不足以克服內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運動的阻力，正向電流幾乎為零，二極管不導(dǎo)通。在特性曲線上對應(yīng)的這部分區(qū)域稱為“死區(qū)”。死區(qū)電壓的大小與材料的類型有關(guān)，一般硅二極

10、管為0.5伏左右；鍺二極管為0.1伏左右。當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時，外電場削弱了內(nèi)電場對擴(kuò)散運動的阻力，正向電流增大，二極管導(dǎo)通。這時，正向電壓稍有增大，電流會迅速增加，電壓與電流的關(guān)系呈現(xiàn)指數(shù)關(guān)系。圖中曲線顯示，管子正向?qū)ê笃涔軌航岛苄。ü韫転?.60.7V，鍺管為0.20.3V），相當(dāng)于開關(guān)閉合。2.反向特性當(dāng)二極管加反向電壓時，外電場增強(qiáng)了內(nèi)電場對擴(kuò)散運動的阻力，擴(kuò)散運動很難進(jìn)行，但少數(shù)載流子在這兩個電場的作用下很容易通過PN結(jié)，形成很小的反向電流。由于少數(shù)載流子的數(shù)目很少，即使增加反向電壓，反向電流仍基本保持不變，故稱此電流為反向飽和電流。所以，如果給二極管加反向電壓，二極管將處于截

11、止?fàn)顟B(tài)，這時相當(dāng)于開關(guān)斷開。如果繼續(xù)增加反向電壓，當(dāng)超過UB時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。UB為反向擊穿電壓。反向擊穿后，如果不對反向電流的數(shù)值加以限制，將會燒壞二極管。所以普通二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。1.2.3二極管的參數(shù)為了正確、合理地使用二極管，必須了解二極管的主要參數(shù)。1.最大整流電流IF最大整流電流是指二極管長期運行時，允許通過管子的最大正向平均電流。因為電流通過PN結(jié)要引起管子發(fā)熱，電流太大，發(fā)熱量超過限度，就會使PN結(jié)燒壞。2.反向擊穿電壓URM指允許加在二極管上的反向電壓的最大值。一般手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半，以確保管子安全運行。3.反

12、向飽和電流IS指在室溫下，二極管兩端加上規(guī)定反向電壓時的反向電流。其數(shù)值愈小，說明二極管的單向?qū)щ娦杂?。硅材料二極管的反向電流比鍺材料二極管的反向電流要小。另外，二極管受溫度的影響較大，當(dāng)溫度增加時，反向電流會急劇增加，在使用需要加以注意。二極管參數(shù)還有最高工作頻率、正向壓降、結(jié)電容等，此處不再說明。表1.1國外1N系列普通二極管和主要技術(shù)參數(shù)主要技術(shù)參數(shù)型號最高反向工作電壓（V）最大整流電流（A）最在正向壓降（V）反向電流（A）1N40015011101N400210011101N400440011101N4007100011101N540110031.2101N540440031.210

13、1N540780031.2101N5408100031.2101.2.4特殊二極管電子設(shè)備中除廣泛使用整流二極管、開關(guān)二極管外，還常常使用一些特殊功能的二極管，下面分別予以介紹。1.硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種能穩(wěn)定電壓的二極管，如圖1.9為它的伏安特性及符號圖。其正向特性曲線與普通二極管相似，反向特性段比普通二極管更陡些，穩(wěn)壓管正常工作在反向擊穿區(qū)AB段內(nèi)。在此區(qū)段，反向電流在IZminIZmin變化時，管子兩端電壓變化很小，起到穩(wěn)壓作用。若反向電流小于IZmin時，管子將工作在特性曲線的彎曲部分，管子兩端電壓不能保持穩(wěn)定；若反向電流大于IZman時，管子可能過熱而損壞，所以在應(yīng)用中，穩(wěn)壓管

14、通常串聯(lián)一個電阻來限制電流。圖1.9穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管有以下幾個主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ是指在規(guī)定測試條件下，穩(wěn)壓管工作在擊穿區(qū)時的穩(wěn)定電壓值。由于制造工藝的原因，同型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值不可能都相等。但對每一個穩(wěn)壓管來說，對應(yīng)一定的工作電流只有一個確定值，選用時應(yīng)以實際測量為準(zhǔn)。例如2CW53型硅穩(wěn)壓二極管,在測試電流IZ=10mA時穩(wěn)定電壓UZ為4.05.8V。（2）最小穩(wěn)定電流Izmix指穩(wěn)壓管進(jìn)入反擊穿區(qū)時的轉(zhuǎn)折點電流。穩(wěn)壓管工作時，反向電流必須大于Izmin，否則不能穩(wěn)壓。（3）最大穩(wěn)定電流Izmax指穩(wěn)壓管長期工作時，允許通過的最大反向電流。例如2CW53型穩(wěn)壓管的Izmax=4

15、1mA。在使用穩(wěn)壓二極管時，工作電流不允許超過Izmax，否則可能會過熱燒壞管子。（4）穩(wěn)定電流IZ指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓下的工作電流，其范圍在IzminIzmix之間。（5）耗散功率PZM指穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓UZ與最大穩(wěn)定電流Izmax的乘積。在使用中若超過這個數(shù)值，管子將被燒壞。（6）動態(tài)電阻rZ是指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時，兩端電壓變化量與電流變化量之比，即rZ=UZ/IZ，動態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓性能愈好。如圖1.10為最簡單的硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓管的作為穩(wěn)壓元件與負(fù)載RL并聯(lián)，R為限流電阻。電路在正常工作時，負(fù)載RL兩端的直流電壓UO就等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。圖1.10簡單的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2發(fā)光二極管

16、發(fā)光二極管(LED)是一種能把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。它由磷砷化鎵(GaAsP)、磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成。當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時，多數(shù)載流子在進(jìn)行擴(kuò)散運動的過程相遇而復(fù)合，其過剩的能量以光子的形式釋放出來，從而產(chǎn)生一定波長的光。發(fā)光的顏色取決于所采用的半導(dǎo)體材料。目前使用的有紅、綠、黃、藍(lán)、紫等顏色的發(fā)光二極管。發(fā)光二極管的實物圖和符號如圖1.11所示。(a)(b)圖1.11發(fā)光二極管(a)實物圖(b)圖形符號發(fā)光二極管與指示燈相比，具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快和壽命長等優(yōu)點，因而LED是一種優(yōu)良的發(fā)光器件，在各種電子設(shè)備、家用電器以及顯示裝置中得到

17、廣泛應(yīng)用。發(fā)光二極管的正向工作電壓比普通二級管高，約1V2V；反向擊穿電壓比普通二極管低，約5V左右。一般發(fā)光亮度與工作電流有關(guān)。發(fā)光二極管有電流驅(qū)動型和電壓驅(qū)動型兩類。對于電流驅(qū)動型，使用時必須加限流電阻RS，RS阻值的大小按Rs=(UUF)IF來選擇。圖1.12為直流電流驅(qū)動電路。在發(fā)光二極管的產(chǎn)品說明或相關(guān)手冊中，有的給出其正向電流，有的給出管子的最大電流IFM。一般IF為IFM的60%。在實際使用時，為確保發(fā)光管長期穩(wěn)定工作、防止老化，管子的平均工作電流不能高于手冊給出的正向電流值IF。圖1.12發(fā)光二極管直流電流驅(qū)動電路表1-2部分發(fā)光二極管的主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)型號發(fā)光顏色波長(n

18、m)最大耗散功率(mW)最大工作電流(mA)正向電壓(V)反向電壓(V)反向電流(A)材料封裝形式BT102紅70050202.5550GaPD,W,C,TBT103綠56550202.5550GaPBT104黃58550202.5550GaPBT111紅65050202550GaAsPBT116-X(高亮)紅660100202.55100GaAlAs3光敏二極管光敏二極管的PN結(jié)與普通二極管不同，其P區(qū)比N區(qū)薄得多。另外，為了獲得光照，在其管殼上設(shè)有一個玻璃窗口。光敏二極管在反向偏置狀態(tài)下工作。無光照時，光敏二極管在反向電壓作用下，通過管子的電流很?。皇艿焦庹諘r，PN結(jié)將產(chǎn)生大量的載流子，反

19、向電流明顯增大。這種由于光照射而產(chǎn)生的電流稱為光電流，它的大小與光照度有關(guān)。光敏二極管的符號和應(yīng)用電路如圖1.13所示圖1.13光敏二極管的符號和應(yīng)用電路小知識二極管器件的種類很多，了解器件的命名規(guī)律和方法，就能快速識別器件的類別及大致性能，給器件的選購，代換和使用帶來很大的方便。按照國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，國產(chǎn)二極管的規(guī)定由五部分組成。第一部分用數(shù)額表示器件的電極數(shù)目，“2”表示二極管第二部分的拼音字表示器件的材料和極性，“A”為N型鍺管，“B”為P型鍺管，“C”為N型硅管，“D”為P型硅管。第三部分拼音字母表示器件類型，“P”表示普通管，“Z”表示整流管，“W”表示穩(wěn)壓管。第四部分的數(shù)字表示器件序

20、號，序號不同的二極管特性不同，第五部分的拼音字母表示規(guī)格號。例如2AP1是N型鍺材料普通二極管，2CZ55是N型硅材料整流二極管。小技能用萬用表可以測量二極管的極性和好壞（1）用萬用表的R1K或R100擋，分別接二極管的兩個電極，在測得一個數(shù)據(jù)后，對調(diào)兩表筆，再測出另一個數(shù)據(jù)。阻值小的為正向電阻，從而可判斷出黑表筆接的是二極管的正極，紅表筆的接的是負(fù)極。（2）分別用萬用表的R1K或R100擋測量二極管的正反向電阻，如果正向電阻較?。◣浊W以下），而反向電阻較大（幾百千歐以上），則說明二極管是好的；如果正反電阻都很小，說明二極管已被擊穿；如果正反電阻都很大，說明二極管已斷路。1.3二極管整流電路

21、電子設(shè)備需要穩(wěn)定的直流電源供電，才能正常工作，而電網(wǎng)供給的都是交流電，因此必須將交流電變換成直流電，這一過程稱為整流。本節(jié)主要介紹單相半波整流電路和單相橋式整流電路。1.3.1單相半波整流電路1.電路組成及工作原理圖1.14為單相半波整流電路，T為電源變壓器，V為整流二極管，RL1為負(fù)載電阻。設(shè)變壓器副邊電壓為U2變壓器副邊電壓有效值。(a)(b)圖1.14單相半波整流電路及波形在u2的正半周（0）期間，變壓器副邊繞組的極性是上正下負(fù)，二極管V承受正向電壓導(dǎo)通，此時有電流i0（i0=iV）流過負(fù)載RL1，其壓降為UL=i0RL1，如果忽略V的管壓降uV，則uLu2，負(fù)載上的電壓uL與u2基本相

22、等。在u2的負(fù)半周（2）期間，變壓器副邊繞組的極性變?yōu)樯县?fù)下正，二極管V承受反向電壓截止，此時電流i00，負(fù)載上的電壓uO0，變壓器上的電壓u2全部加到二極管上。從電流的第二個周期開始又重復(fù)上述過程。盡管電源變壓器側(cè)是交流電壓u2，但經(jīng)二極管變換后，負(fù)載RL上的電壓極性始終不變（上正下負(fù)），也就是負(fù)載得到的電壓是直流電壓。由于在一個周期內(nèi)，二極管導(dǎo)電半個周期，負(fù)載RL只獲得半個周期的電壓，故稱為半波整流。經(jīng)半波整流后獲得的是波動較大的脈動直流電。2.電壓和電流計算負(fù)載上獲得的是脈動直流電壓，其大小用平均值Uo來衡量。流過負(fù)載電流的平均值為流過二極管的平均電流與負(fù)載電流相等。故二極管反向截止期承

23、受的最高反向電壓等于變壓器副邊電壓的最大值，所以單相半波整流電路簡單，元件少，但輸出電流脈動很大，變壓器利用率低。因此半波整流僅適用于要求不高的場合。1.3.2單相橋式整流電路1電路組成和工作管理圖1.15為單相橋式整流電路的三種畫法。它由整流變壓器，四個二極管和負(fù)載電阻組成。圖1.15橋式整流電路的三種畫法在u2的正半周（0）時，二極管V1、V3承受正向電壓導(dǎo)通，V2、V4承受反向電壓而截止，電流i0從變壓器副邊a端經(jīng)V1、RL、V3回到b端，電流在電阻RL上產(chǎn)生壓降UO。如果忽略V1、V3的管壓降，則UOU2。在U2的負(fù)半周（2）時，V1、V3反向截止，V2、V4承受正向電壓而導(dǎo)通，電流i

24、0從變壓副邊b端開發(fā)經(jīng)V4、RL、V2回到a端。忽略V2、V4的管壓降，負(fù)載的電壓UOU2。可見，在U2的一個周期內(nèi)，V1、V3和V2、V4輪流導(dǎo)通，流過負(fù)載RL的電流i0的方向始終不變，負(fù)載的電壓為單方向的脈動直流電壓。波形如圖1.16所示。2.電流和電流計算負(fù)載的平均電壓圖1.16橋式整流電路波形圖=負(fù)載的平均電流在每個周期內(nèi)，兩組二極管輪流導(dǎo)通，各導(dǎo)電半個周期，所以每只二極管的平均電流應(yīng)為負(fù)載電流的一半，即在一組二極管正向?qū)ㄆ陂g，另一組二極管反向截止，其承受的最高反向電壓變變壓器副邊電壓的峰值橋式整流比半波整流電路復(fù)雜，但輸出電壓脈動比半波整流小一倍，變壓器的利用率也較高，因此橋式整流

25、電路得到廣泛的應(yīng)用?！纠?-1】已知單相橋式整流電路中的負(fù)載電阻RL=200，變壓器副邊電壓有效值U2=36，試求：（1）負(fù)載上的平均電壓和平均電流；（2）二極管隨的最高反壓和通過的平均電話，并選擇二極管。解：(1)負(fù)載上的平均電壓負(fù)載上的平均電流(2)二極管承受的最高反壓二極管的平均電流選擇整流二極管1N4002，其參數(shù)為IF=1A，URM=100V，滿足要求。1.4濾波電路整流電路把交流電變成脈動的直流電。這種直流電波動很大，主要是含有許多不同幅值和頻率的交流成份。為了獲得平穩(wěn)的直流電，必須利用濾波器將交流成分濾掉。常用濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)合式濾波等。1.4.1電容濾波電路利用

26、電容器對直流開路，對交流短路的特點，將電容與負(fù)載并聯(lián)，交流成份被電容濾掉，負(fù)載便得到平滑的直流電壓。圖1.17為帶電容濾波的單相半波整流電路。圖1.17電容濾波電路當(dāng)u2的正半周從零開始上升時，二極管V正向?qū)?，電源通過二極管對電容充電，電容的電壓uc逐漸上升。當(dāng)電源電壓達(dá)到最大值，電容電壓也充電到最大值。隨后電源電壓開始下降，由于電容電壓不能突變，結(jié)果u2小于uc,二極管V承受反向電壓截止。這時已充電的電容便向負(fù)載電阻放電，電容電壓逐漸下降。在整個負(fù)半周期間，二極管V仍加反壓截止，電容繼續(xù)放電。當(dāng)u2的第二個周期正半周開始時，u2小于uc，二極管V仍未導(dǎo)通。隨著電容放電，uc逐漸下降，到曲線B點后，u2大于uc，V重新導(dǎo)通。如此不斷重復(fù)，負(fù)載上就得一個比較平穩(wěn)的直流電壓。顯然，時間常數(shù)RLC越大，放電越慢，負(fù)載得到的電壓越平穩(wěn)，濾波效果越好。因此，實用上通常選擇容量較大的電解電容作為濾波電容。濾波電容按以下公式估算：T為交流電周期電路接入濾波電容后，輸出的平均電壓增大，通常按下式估算圖1.18為橋式整流電容濾波電路。它的工作原理與半波整流相同。差別在于橋式電路每半個周期電容有一次充放電過程，因此輸出電壓的脈動更小，更平滑。濾波電容和輸出電壓按下式估算圖1.18橋式整流電容濾波電路電容濾波