電子技術(shù)基礎(chǔ)教程第1章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路課件

1、本章主要內(nèi)容:第1章 半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路 半導(dǎo)體二極管基本知識 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)、特性曲線、主要參數(shù) 特殊二極管和半導(dǎo)體應(yīng)用電路2022/7/281 本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容: 1.1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體的基本知識PN結(jié)的單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管主要參數(shù)。2022/7/2821.物質(zhì)的導(dǎo)電性 自然界的物體按其導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。導(dǎo)體: 其內(nèi)部存在大量的自由電子，導(dǎo)電能力很強(qiáng)。 如銅、鋁、銀等。載流子：在電場作用下，能運(yùn)載電荷形成電流的帶電粒子。絕緣體: 其原子核對最外層電子的束縛力很大，常溫下 自由電子很少，因此導(dǎo)

2、電能力很差。如云母、塑料、橡皮等，1.1.1 半導(dǎo)體的基本知識2022/7/283半導(dǎo)體: 導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。常用的半導(dǎo)體材料有硅（Si）、鍺（Ge）、 硒（Se）和砷化鎵（GaAs）及其它金屬氧化物和硫化物等。 半導(dǎo)體之所以引起人們注意并得到廣泛應(yīng)用，其主要原因是它的導(dǎo)電能力在不同條件下（如摻雜、光照、受熱的等）有很大差別，據(jù)此，可以制成各種半導(dǎo)體器件。2022/7/2842本征半導(dǎo)體 純凈的、不含任何雜質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)排列整齊的半導(dǎo)體叫做本征半導(dǎo)體。 1)本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu) 常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，它們都是四價(jià)元素，其最外層有四個(gè)價(jià)電子。硅或鍺簡化的原子結(jié)構(gòu)模型如圖所示。

3、 硅和鍺簡化的原子結(jié)構(gòu)模型 鍺原子GeGe硅原子siSi2022/7/285 “共價(jià)鍵”結(jié)構(gòu)： 以硅為例，在純凈的硅晶體中，由于原子之間的距離很近，原子的價(jià)電子不僅受到本原子的原子核作用，而且還受到相鄰原子核的吸引，即一個(gè)價(jià)電子為相鄰的兩個(gè)原子核所共有。這樣相鄰原子之間通過共有價(jià)電子的形成而結(jié)合起來。 共價(jià)鍵 : 指兩個(gè)相鄰原子各拿出一個(gè)價(jià)電子作為共有價(jià)電子所形成 的束縛作用。因此，每個(gè)硅原子都以對稱的形式和其相鄰的四個(gè)原子通過共價(jià)健緊密地聯(lián)系起來，圖所示表示硅原子間的共價(jià)健結(jié)構(gòu)。 +4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4 硅或鍺晶體中共價(jià)健結(jié)構(gòu) 2022/7/286 這樣，每個(gè)原子的

4、每一個(gè)價(jià)電子除了受自身原子核的束縛外，還受到共價(jià)鍵的束縛，因此，每個(gè)價(jià)電子都處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。 但是共價(jià)鍵的電子還不像絕緣體中的價(jià)電子被束縛的那樣緊，在獲得一定能量（比如光照和溫升）后，即可掙脫束縛成為自由電子。 溫度越高，晶體中產(chǎn)生的自由電子越多。 2022/7/2872）本征激發(fā) 當(dāng)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子后，共價(jià)鍵就留下一個(gè)空位，這個(gè)空位稱為空穴，空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特點(diǎn)。在本征半導(dǎo)體中，有一個(gè)自由電子，就有一個(gè)空穴，它們成對出現(xiàn)，稱為電子空穴對。 由于溫度使本征半導(dǎo)體產(chǎn)生電子空穴對的現(xiàn)象稱為熱激發(fā)或本征激發(fā)。溫度升高，電子和空穴的濃度將增加。本征激發(fā)產(chǎn)生的電

5、子空穴對如圖所示。2022/7/288本征激發(fā)+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴 本征激發(fā)產(chǎn)生的電子空穴對 由于共價(jià)鍵中出現(xiàn)了空穴，在外電場或其他能源的作用下，相鄰的價(jià)電子可以填補(bǔ)到這個(gè)空穴上，而在這個(gè)電子原來的位置上又留下新的空穴，新的空穴又會被其相鄰的其它價(jià)電子填補(bǔ)，如圖所示。 由此可見，在半導(dǎo)體中存在兩種載流子：帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴。這是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的最大特點(diǎn)，也是半導(dǎo)體與金屬導(dǎo)體在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)差別。 電子與空穴的移動(dòng) 2022/7/2893.雜質(zhì)半導(dǎo)體 如果在本征半導(dǎo)體中摻入某種微量元素（雜質(zhì)）后，它的導(dǎo)電能力可增加幾十萬甚至幾百萬倍。 在本征

6、半導(dǎo)體中摻入五價(jià)的元素(磷、砷、銻 )多余電子，成為自由電子自由電子+4+4+4+4+4+5+5+4+4+4+4+42022/7/2810 根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為兩類：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（硅或鍺）中摻入微量硼（或其他三價(jià)元素），硼最外層有3個(gè)價(jià)電子，當(dāng)硅晶體構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將因缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空穴，如圖所示。 在P型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子，而自由電子為少數(shù)載流子?？刂茡饺腚s質(zhì)的多少，可以控制空穴的數(shù)量。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3空穴空穴 這樣，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中形成大量空穴，空穴導(dǎo)電為這種雜質(zhì)半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方

7、式，故稱這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為空穴型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 2022/7/2811（2）N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體（硅或鍺）中摻入微量磷（或其他五價(jià)元素），磷最外層有5個(gè)價(jià)電子，當(dāng)其構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)，將多出一個(gè)價(jià)電子，多余的一個(gè)價(jià)電子很容易掙脫磷原子的束縛而成為自由電子，如圖所示。 于是，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大大增加，自由電子導(dǎo)電為這種雜質(zhì)半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，故稱這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為電子型半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。 在N型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流子，而空穴為少數(shù)載流子。控制摻入雜質(zhì)的多少，可以控制自由電子的數(shù)量。 N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖硅原子多余電子磷原子+4+4+4+4+4+4+4

8、+4+52022/7/2812 由上述分析可知，無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但總體上仍然保持電中性。雜質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示 。 在外電場作用下，雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力有了較大的增強(qiáng)，但是它還沒有實(shí)用價(jià)值。只有將兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體做成PN結(jié)之后才能成為半導(dǎo)體器件。 雜質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖 （a）P型半導(dǎo)體 （b）N型半導(dǎo)體自由電子+N型半導(dǎo)體電子空穴對施主離子電子空穴對空穴受主離子P型半導(dǎo)體2022/7/2813 通過一定的生產(chǎn)工藝把半導(dǎo)體的P區(qū)和N區(qū)部分結(jié)合在一起，則它們的交界處就會形成一個(gè)具有單向?qū)щ娦缘谋?，稱為PN結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。1P

9、N結(jié)的形成 當(dāng)P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，由于交界面兩側(cè)載流子濃度的差別，N區(qū)的電子必然向P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)的空穴也要向N區(qū)擴(kuò)散，即發(fā)生多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，如圖（a）所示。1.1.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?022/7/2814 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 因濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 PN結(jié)的形成 （a）載流子的擴(kuò)散 （b）空間電荷區(qū)2022/7/2815空間電荷區(qū)內(nèi)多數(shù)載流子已擴(kuò)散到對方，或被對方擴(kuò)散過來的多數(shù)載流子復(fù)合，即多數(shù)載流子被耗盡了，所以空間電荷區(qū)也稱為耗盡層?？臻g電荷區(qū)靠近P區(qū)一側(cè)帶負(fù)電，靠近N區(qū)一側(cè)帶正電，因此產(chǎn)生一個(gè)由N區(qū)指向P

10、區(qū)的電場。由于這個(gè)電場不是外加的，而是空間電荷區(qū)內(nèi)部電荷產(chǎn)生的，所以稱為內(nèi)電場。 2022/7/28162PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)PN結(jié)無外加電壓時(shí)，流過PN結(jié)的總電流為零，PN結(jié)處于平衡狀態(tài)。當(dāng)PN結(jié)外加電壓時(shí)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴外電場內(nèi)電場IR空穴(多數(shù))電子(多數(shù))NP變?。?）外加正向電壓時(shí)導(dǎo)通把PN結(jié)的P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，這種接法稱為正向接法或正向偏置(簡稱正偏)，如圖（a）所示。 外加電壓時(shí)的PN結(jié) （a）正向偏置 2022/7/2817正偏時(shí)，外電場與內(nèi)電場方向相反，因此削弱了內(nèi)電場，PN結(jié)原有平衡狀態(tài)被打破，結(jié)果有利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散，而不利于少數(shù)載流子的漂移。P

11、N結(jié)中多數(shù)載流子的擴(kuò)散電流通過回路形成正向電流IF。其方向是從P區(qū)到N區(qū)。當(dāng)外加電壓增加到一定數(shù)值之后，正向電流將顯著增加，PN結(jié)對外電路呈現(xiàn)很小的電阻，此時(shí)稱為導(dǎo)通。 2022/7/2818（2）外加反向電壓時(shí)截止把PN結(jié)的N區(qū)接電源正極，P區(qū)接電源負(fù)極，這種接法稱為反向接法或反向偏置(簡稱反偏)，如圖（b）所示。 PN變厚空穴(少數(shù))電子(少數(shù))內(nèi)電場外電場RIR0 外加電壓時(shí)的PN結(jié)（b）反向偏置2022/7/2819反偏時(shí)，外電場與內(nèi)電場方向相同，因此增強(qiáng)了內(nèi)電場，空間電荷區(qū)變寬，結(jié)果有利于少數(shù)載流子的漂移，而不利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散。反偏時(shí)，PN結(jié)中的電流主要是漂移電流（稱為反向電流I

12、R），其方向是從N區(qū)到P區(qū)，由于少數(shù)載流子的濃度很低，所以反向電流很小，一般為A數(shù)量級。反向電流幾乎不隨外加反向電壓而變化，故又稱為反向飽和電流IS。反偏時(shí)，PN結(jié)對外電路呈現(xiàn)很大的電阻，此時(shí)稱為截止。少數(shù)載流子的濃度由溫度決定，因此，PN結(jié)反向電流的大小受溫度的影響及其明顯?？傊篜N結(jié)正向電阻小，反向電阻大單向?qū)щ娦浴?022/7/2820二極管 ： 一個(gè)PN結(jié)就是一個(gè)二極管。單向?qū)щ姡?二極管正極接電源正極，負(fù)極接電源負(fù)極時(shí)電流可以通過。反之電流不能通過。符號： 1.1.3 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)電路符號內(nèi)部結(jié)構(gòu)2022/7/2821半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)以PN結(jié)為管芯，在PN結(jié)的兩側(cè)，即P區(qū)和

13、N區(qū)均接上電極引線，并以外殼封裝，就制成了半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖（a）所示。 (陰極)陽極引線陰極引線外殼(陽極) 二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號（a）內(nèi)部結(jié)構(gòu) P N2022/7/2822從P區(qū)接出的引線稱為二極管的陽極，從N區(qū)接出的引線稱為陰極。二極管的電路符號如圖所示，其中三角箭頭表示二極管正向?qū)〞r(shí)電流的方向。 二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號（b）電路符號NP陽極 a陰極 k2022/7/2823 二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型二大類。(1) 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于大電流整流

14、電路。正極引線觸絲N 型鍺片外殼負(fù)極引線負(fù)極引線 N型鍺PN 結(jié) 正極引線鋁合金小球底座金銻合金2022/7/2824一、PN 結(jié)的伏安方程反向飽和電流溫度的電壓當(dāng)量電子電量玻爾茲曼常數(shù)當(dāng) T = 300(27C)：UT = 26 mV 把加到二極管兩端的電壓uD和流過它的電流iD之間的關(guān)系曲線，稱為半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線。 1.1.4 半導(dǎo)體二極管的伏安特性2022/7/2825二、二極管的伏安特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性Uth死區(qū)電壓iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管)(鍺管)U UthiD 急劇上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V 硅

15、管 0.7 V(0.1 0.3) V 鍺管 0.2 V反向特性ISU (BR)反向擊穿U(BR) U 0 iD = IS 0.1 A(硅) 幾十 A (鍺)U U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)2022/7/2826 硅二極管的死區(qū)電壓Uth=0.0.8V左右， 鍺二極管的死區(qū)電壓Uth=0.0.3 V左右。 當(dāng)0UUth時(shí)，正向電流為零，Uth稱閾值電壓或死區(qū)電壓。正向區(qū)分為兩段：1正向特性當(dāng)U Uth時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。緩沖帶正向?qū)▍^(qū)2022/7/2827反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域： 當(dāng)UUBR時(shí)，反向電流急劇增加，UBR稱為反向擊穿電壓 。2反向特性 當(dāng)UBRU0時(shí)，反

16、向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流IS 。二極管反向偏置時(shí)，有微小反向電流通過。 這時(shí)，二極管呈現(xiàn)很大的反向電阻，處于截止?fàn)顟B(tài)。 2022/7/2828普通二極管不允許反向擊穿情況發(fā)生，當(dāng)二極管反向擊穿后，若電流不加限制，會使二極管PN結(jié)過熱而損壞。 3反向擊穿特性硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流也很??；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。 當(dāng)外加反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流急劇上升（比如在E點(diǎn)），這種現(xiàn)象稱之為反向擊穿，發(fā)生擊穿時(shí)的電壓稱為反向擊穿電壓UBR。 2022/7/2829 最大整流電流IF最

17、高反向工作電壓URM（反向峰值電壓）反向電流IR最高工作頻率fMIR是指在室溫下，二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。二極管的工作頻率若超過一定值，就可能失去單向?qū)щ娦裕@一頻率稱為最高工作頻率fM。指二極管長期運(yùn)行時(shí)允許通過的最大正向直流電流。 指二極管在使用時(shí)允許外加的最大反向電壓，其值通常取二極管反向擊穿電壓的一半左右 。1.1.5 半導(dǎo)體二極管主要參數(shù)2022/7/2830例11 二極管電路如圖所示，設(shè)VD1、VD2為理想二極管，理想二極管正向壓降為零。試判斷VD1、VD2處于何種工作狀態(tài)，并求UAB和UCD。分析：首先要根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，判斷電路中二極管VD1、VD2工作狀態(tài)是導(dǎo)通還是

18、截止。解：圖（a）：假設(shè)斷開二極管VD1,UEB=12V，UFB=6V接入二極管VD1后，UD=0，UAB =UFB=6V圖（b）：假設(shè)斷開二極管VD2, UED=12V，UFD=15V接入二極管VD2后， IS=0，UCD =UED=12V2022/7/2831 本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容: 穩(wěn)壓二極管， 變?nèi)荻O管。1.2 特殊二極管2022/7/2832二極管的種類很多，利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦灾瞥傻挠姓鞫O管、檢波二極管、開關(guān)二極管等。此外，PN結(jié)還有一些其他特性，采用適當(dāng)工藝方法可制成特種功能用途的二極管，如穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、肖特基二極管、快速恢復(fù)二極管等。2022/7/2833幾種二極管2

19、022/7/2834 利用二極管的反向擊穿特性，通過特殊工藝處理可以制成穩(wěn)壓二極管，簡稱穩(wěn)壓管。 常用的穩(wěn)壓二極管有2CW和2DW系列。 1穩(wěn)壓二極管伏安特性 由圖中可以看出：穩(wěn)壓二極管的正向特性曲線與普通二極管相似，而反向特性曲線比較陡峭。穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，反向擊穿時(shí)流過二極管的電流在很大范圍內(nèi)變化，而二極管兩端電壓幾乎不變，這一特性稱之為PN結(jié)的穩(wěn)壓特性。1.2.1 穩(wěn)壓二極管2022/7/28352穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ 指穩(wěn)壓管的反向電流為規(guī)定測試值IZ時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電值。 例如：2CW11型穩(wěn)壓管的UZ在3.24.5V之間（測試電流10mA） （2）動(dòng)態(tài)內(nèi)阻rZ

20、 rZ為穩(wěn)壓管在反向擊穿狀態(tài)下，穩(wěn)壓管兩端電壓變化量UZ與對應(yīng)電流變化量IZ之比，即 rZ = UZ / IZ （11）2022/7/2836（3）穩(wěn)定電流IZ 又稱最小穩(wěn)壓電流IZmin,指保證穩(wěn)壓管具有正常穩(wěn)壓性能的最小工作電流。 （4）額定功率PZ PZ 是指穩(wěn)壓管不產(chǎn)生熱擊穿的最大功率損耗 。 PZ = UZ IZM （12）（5）穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)T 穩(wěn)壓管中流過的電流為IZ時(shí)，環(huán)境溫度每變化1，穩(wěn)定電壓相對變化量（用百分?jǐn)?shù)表示）稱為穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)。 T = UZ /UZ T （13）2022/7/2837變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)反偏時(shí)電容大小隨外加電壓而變化的特性制成的。反偏電壓增

21、大時(shí)電容減小，反之電容增大。 變?nèi)荻O管的電容量一般較小，其最大值為幾十到幾百皮法，最大電容與最小電容之比約為51。它主要在高頻電路中用作自動(dòng)調(diào)諧、調(diào)頻、調(diào)相等。例如：在電視接收機(jī)的調(diào)諧回路中作可變電容等。 1.2.2 變?nèi)荻O管2022/7/2838 本節(jié)重點(diǎn)內(nèi)容1.3 整流與濾波電路 單相半波整流電路、 單相橋式整流電路、濾波電路。2022/7/2839電子設(shè)備除用電池供電外，還采用市電（交流電網(wǎng)）供電，通過整流、濾波后得到直流電。能將大小和方向都隨時(shí)間變化的工頻交流電變換成單方向的脈動(dòng)直流電的過程稱為整流。利用二極管可以組成整流電路。一般電子設(shè)備中電子電路所需直流電源電壓值不高，往往要經(jīng)

22、變壓器降壓后再進(jìn)行整流。有時(shí)人們把變壓器、整流電路和濾波電路一起統(tǒng)稱為整流器。2022/7/2840 圖中Tr用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時(shí)保證直流電源與市電電源有良好的隔離。設(shè)V為整流二極管，令它為理想二極管。電源變壓器電阻性負(fù)載1.3.1 單相半波整流電路2022/7/28411電路工作原理設(shè)變壓器二次繞組的交流電壓為 u2=U2sint (14)u2的波形和負(fù)載RL上的電壓電流波形如圖所示。該電路只利用了電源電壓u2的半個(gè)周期，故稱半波整流電路。該電路在負(fù)載上得到單向脈動(dòng)直流電壓和電流。變壓器二次電壓有效值交流電壓角頻率2022/7/28422.負(fù)載上輸

23、出的平均電壓和平均電流的計(jì)算（1）負(fù)載上輸出的平均電壓UO(AV)（2）流過負(fù)載上的平均電流ID(AV) ID(AV)=UO(AV) /RL=0.45U2/RL （16） （3）二極管不導(dǎo)通時(shí)承受的最高反向電壓其值為 UDM=U22022/7/28433.整流二極管的選擇 半波整流電路流經(jīng)二極管的電流iD與負(fù)載電流iL相等，在選擇二極管時(shí)，二極管的最大整流電流IFID，即 IFID=ID(AV) = 0.45 U2/RL （17） 從整流二極管上電壓uD的波形圖中可以看出，二極管所承受的最大反向電壓UDM等于二極管截止時(shí)兩端電壓的最大值，即交流電源u2負(fù)半波的峰值。 故要求二極管的最大反向工作

24、電壓為 URMUDM=U2 (18) 在工程實(shí)際中，查閱有關(guān)半導(dǎo)體器件手冊選用二極管時(shí)，要留有裕量，略大于計(jì)算值。 2022/7/2844 單相橋式整流電路 單相橋式整流電路波形圖 （a）原理圖 （b）簡化畫法 （c）另一種畫法 共陽端和共陰端接負(fù)載，而另外兩端接變壓器二次繞組 1.3.2 單相橋式整流電路2022/7/28451電路工作原理設(shè)電源變壓器二次繞組電壓為 u2=U2sint當(dāng)u2為正半周時(shí)，a端為正，b端為負(fù)。VD1、VD3正偏導(dǎo)通，VD2、VD4反偏截止。導(dǎo)電回路為a VD1 RL VD3 b，負(fù)載RL上得到的電壓極性為上正下負(fù)。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)， a 端為負(fù)，b 端為正，VD

25、1 、 VD3反偏截止， VD2 、 VD4正偏導(dǎo)通，導(dǎo)電回路為b VD2 RL VD4 a，負(fù)載RL上得到的電壓極性同樣為上正下負(fù)。周而復(fù)始，在RL上得到一個(gè)單一方向的全波脈動(dòng)電壓和電流，稱這種電路為單相橋式全波整流電路。2022/7/2846（1）負(fù)載上輸出的平均電壓UO(AV) UO(AV) 20.45 U2=0.9U2 （19） （2）流過負(fù)載上的平均電流ID(AV) ID(AV) 0.9U2/RL （110）2負(fù)載上電壓、電流值計(jì)算 在橋式整流電路中，無論是正半周還是負(fù)半周，都有電流通過負(fù)載，所以輸出電壓的平均值U O(AV)和電流平均值I D(AV)均比半波整流電路增大一倍。即20

26、22/7/28473.整流二極管的選擇 在橋式整流電路中，四個(gè)二極管分二次輪流導(dǎo)通，流經(jīng)每個(gè)二極管的電流，為負(fù)載電流的一半。選擇二極管時(shí)應(yīng)有IFID，即 IFID = ID(AV)=0.45U2/RL （111） 由圖可見，二極管截止時(shí)最大反向電壓UDM等于U2的最大值，即 URMUDM=U2 （112） 2022/7/2848 例12 某直流負(fù)載電阻為10，要求輸出電壓UO=24V，采用單相橋式整流電路供電。試選擇二極管VD。 解：根據(jù)題意可求得負(fù)載電流 IL=UO=/R L =24V/10=2.4A 二極管平均電流為 I D(AV) = IL=1.2A 變壓器二次電壓有效值為 U2=UO=

27、/0.9=24V/0.9=26.6V 在工程實(shí)際中，考慮到變壓器二次側(cè)的壓降及二極管的導(dǎo)通壓降，變壓二次電壓大約照理論計(jì)算值需提高10%，即 U2=26.6V1.1=29.3V 二極管最大反向電壓 URM=U2=41.1V 查閱手冊，選用2CZ56型，它的額定正向電流IF=3A，最高反向工作電壓查閱分檔標(biāo)志，選擇2CZ56C型，URM=100V，留有裕量。從手冊可知，該二極管要求安裝80mm80mm1.5mm鋁板作為散熱器，是為防止二極管過熱而損壞。2022/7/2849從前面的分析可知，整流電路輸出的電壓是脈動(dòng)的，含有較大的脈動(dòng)成分。這種電壓只能用于對輸出電壓平滑程度要求不高的電子設(shè)備中，如

28、電鍍、蓄電池充電設(shè)備等。當(dāng)這種電路用作要求較高的電子設(shè)備的電源時(shí)，會引起嚴(yán)重的諧波干擾。為此，整流電路中一般都要加接濾波電路，以保留整流后輸出電壓的直流成分，濾掉脈動(dòng)成分，使輸出電壓趨于平滑，接近于理想的直流電壓。1.3.3 濾波電路2022/7/2850 實(shí)用的濾波電路的形式很多，有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波電路（包括倒L型、阻容型、感容型濾波電路）等 。 濾波電路 （a）C型 （b）L型 （c）倒L型 (d) 阻容型 (e) 感容型2022/7/28511. 電容濾波電路（1）半波整流電容濾波電路未接濾波電容時(shí)，整流二極管VD在u2的正半周導(dǎo)通，負(fù)半周截止，輸出電壓波形如圖（b）中虛線所

29、示波形。 2022/7/2852并接濾波電容后，設(shè)濾波電容初始電壓值為零 VD正偏導(dǎo)通，電流分成兩路，一路iL流經(jīng)負(fù)載RL，另一路iC對電容進(jìn)行充電。在t1時(shí)刻，uC達(dá)到u2的峰值U2。此時(shí)二極管因零偏截止，電容C開始向負(fù)載RL放電。放電過程緩慢。二極管陽極電位卻隨u2下降，導(dǎo)致二極管在一段時(shí)間內(nèi)處于截止?fàn)顟B(tài)。直到t2時(shí)刻，二極管陽極電位（u2）開始大于陰極電位（uC），VD開始導(dǎo)通，并向電容C迅速充電，在t2t3期間，uo波形按圖中BC段變化。到t3時(shí)刻，uC=u2，二極管又截止，使得電容C又對負(fù)載RL放電。2022/7/2853綜上所述，畫出輸出電壓uO亦即電容C上電壓uC的波形如圖（b）

30、所示。在0t1期間，uO的波形為0A段，近似按輸入電壓上升；t1t2期間， uO波形自A向B緩慢下降；t2t3期間， uO波形又開始按輸入電壓迅速上升，不斷重復(fù)上述過程，使uO趨于平滑。2022/7/2854半波整流電容濾波電路輸出直流電壓平均值為 U O(AV)=（11.1）U2 （113） 一般取 U O(AV)=U2流過二極管的平均電流為 I D(AV)U2/RL （114）選二極管時(shí)應(yīng)有 URMUDM=2U2 （115）此外，二極管的導(dǎo)通時(shí)間比不加濾波電容時(shí)短,導(dǎo)通角小于180o，流過二極管的瞬時(shí)電流很大，且濾波電容越大，導(dǎo)通角越小，沖擊電流就越大。在選用二極管時(shí)，應(yīng)考慮沖擊電流對二極管的影響，一般選 IF=（23）ID。 2022/7/2855（2）單相橋式整流電容濾波電路2022/7/2856 其工作原理與半波整流濾波電路基本相同，不同的是輸出電壓是全波脈動(dòng)直流電。無論u2是正半周還是負(fù)半周，電路中總有二極管導(dǎo)通，在一個(gè)周期內(nèi)，u2對電容充電二次，電容對負(fù)載放電的時(shí)間大大縮短，輸出電壓波形更加平滑，波形如圖所示。圖中虛線為不接濾波電容時(shí)的波形，實(shí)線為濾波后的波形 。輸出電壓為 UO1.2U2 （116） 若負(fù)載電阻開路，則UO=U2 濾波電容的數(shù)值按下式選取 R