螺栓型普通整流二極管

螺栓型普通整流二極管第8章半導(dǎo)體器件二極管平板型普通整流二極管第8章半導(dǎo)體器件發(fā)光二極管第8章半導(dǎo)體器件數(shù)碼管第8章半導(dǎo)體器件三極管普通三極管各式三極管第8章半導(dǎo)體器件晶閘管（可控硅）第8章半導(dǎo)體器件集成電路本章內(nèi)容8.3特殊二極管11.1

直流穩(wěn)壓電源的組成8.2半導(dǎo)體二極管8.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)11.4穩(wěn)壓電路11.3

濾波電路11.2

整流電路本章要求三、會(huì)分析含有二極管的電路。一、理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。二、了解二極管、穩(wěn)壓管和三端穩(wěn)壓源的基本構(gòu)造、工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)的意義；四、掌握整流電路的作用、組成、工作原理和分析方法。五、掌握濾波電路的作用、組成、工作原理。六、掌握三端穩(wěn)壓集成電路的應(yīng)用?！?.0

半導(dǎo)體器件概述學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問(wèn)題：就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)

器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行

合理的近似，以便用簡(jiǎn)便的分析方法獲

得具有實(shí)際意義的結(jié)果。電路的分析計(jì)算：分析計(jì)算時(shí)只要能滿足技術(shù)指標(biāo)

，就不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。

●學(xué)習(xí)電子技術(shù)的方法學(xué)習(xí)重點(diǎn)：了解元器件的特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和

正確使用方法，不追究其內(nèi)部機(jī)理?！?.0

半導(dǎo)體器件概述

●半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。3、摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，

半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性明顯增強(qiáng)。

2、光敏性：當(dāng)受到光照激發(fā)時(shí)，導(dǎo)電能力明顯增強(qiáng)。

1、熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。

(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。§8.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)一、本征半導(dǎo)體●半導(dǎo)體具有晶體結(jié)構(gòu)。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。價(jià)電子●●●●●●完全純凈的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。SiSiSiSiSiSiSiSi§8.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)一、本征半導(dǎo)體●

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭?/p>

溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子價(jià)電子在溫升或受光照后獲得一定能量，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子(帶負(fù)電),同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位,稱為空穴(帶正電)?！?.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)一、本征半導(dǎo)體●

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理SiSiSiSi在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰的價(jià)電子來(lái)補(bǔ)充。又產(chǎn)生一個(gè)新空穴相當(dāng)與空穴移動(dòng)，也就是正電荷運(yùn)動(dòng)?！?.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)一、本征半導(dǎo)體●

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理自由電子和空穴成對(duì)的產(chǎn)生,同時(shí)又不斷的復(fù)合,在一定的溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在半導(dǎo)體上外加電壓時(shí)，將出現(xiàn)兩部分電流:

⑴自由電子作定向運(yùn)動(dòng)電子電流

⑵價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流自由電子和空穴都稱為載流子?！?.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)二、N型半導(dǎo)體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì),形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。動(dòng)畫在N型半導(dǎo)體中,自由

電子是多數(shù)載流子，

空穴是少數(shù)載流子。SiSiSiSiP+SiSiSiSi§8.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)三、P型半導(dǎo)體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴動(dòng)畫無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)，且使空間電荷區(qū)變寬?！?.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)四、PN結(jié)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子漂移運(yùn)動(dòng)載流子濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體1、PN結(jié)的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++§8.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)四、PN結(jié)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。動(dòng)畫空間電荷區(qū)也稱PN結(jié)1、PN結(jié)的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++P型N型2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦寓臥N結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄

P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF內(nèi)外電場(chǎng)方向相反，相互削弱。

PN結(jié)加正向電壓但電壓值小于內(nèi)電場(chǎng)時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較小。+–E外﹤E內(nèi)時(shí)，

E總?cè)宰柚苟嘧訑U(kuò)散，IF很小。§8.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++PN內(nèi)電場(chǎng)2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦寓臥N結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)消失外電場(chǎng)IF

PN結(jié)加正向電壓但電壓值大于內(nèi)電場(chǎng)時(shí)，PN結(jié)消失，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)導(dǎo)通。動(dòng)畫+–E外≥E外時(shí)，PN結(jié)消失。E總加速多子擴(kuò)散，IF很大?！?.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++PN內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)變寬⑵PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IR

P接負(fù)、N接正動(dòng)畫–+

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小,反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)外電場(chǎng)相互增強(qiáng)。更阻止多子擴(kuò)散。增強(qiáng)少子的漂移§8.1

半導(dǎo)體的基本知識(shí)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++－－－－++++溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度的升高而增加。2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦砸?、基本結(jié)構(gòu)⑴點(diǎn)接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路?！?.2半導(dǎo)體二極管金屬觸絲陽(yáng)極引線N型鍺片陰極引線外殼§8.2半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)⑵面接觸型

結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線§8.2半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)⑶平面型用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。陰極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅⑷符號(hào)陰極陽(yáng)極DPN+++---陽(yáng)極陰極§8.2半導(dǎo)體二極管二、二極管的伏安特性硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性特點(diǎn)：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)?！?.2半導(dǎo)體二極管1.

最大整流電流

IOM2.

反向工作峰值電壓URWM3.

反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?。IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。

二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。

反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。三、主要參數(shù)二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽(yáng)

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽(yáng)

<V陰或UD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)相當(dāng)于短路，反向截止時(shí)相當(dāng)于斷開。§8.2半導(dǎo)體二極管求如圖電路：UABV陽(yáng)

=－6VV陰=－12V

V陽(yáng)>V陰二極管導(dǎo)通例1：解：取B點(diǎn)為參考點(diǎn)。D6V12V3kBAUAB+–§8.2半導(dǎo)體二極管斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。若忽略二極管管壓降：UAB=－6V否則，UAB=－6.3Ｖ（鍺管）或－6.7V（硅管）二極管起鉗位作用ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例2：二極管的用途：整流、檢波、限幅、鉗位、

開關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––動(dòng)畫§8.2半導(dǎo)體二極管解：1.符號(hào)UZIZIZMUZ

IZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO一、穩(wěn)壓二極管§8.3

特殊二極管3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ

環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。一、穩(wěn)壓二極管§8.3

特殊二極管二、光電二極管光電二極管的反向電流大小與光照強(qiáng)度成正比。IU

照度增加1.光電二極管符號(hào)2.光電二極管電特性U0R§8.3

特殊二極管三、發(fā)光二極管1.發(fā)光二極管的符號(hào)2.發(fā)光二極管電特性●有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光（從紅外到可見波段的光,有紅、黃、綠、藍(lán)、白等)?！耠娞匦耘c一般二極管類似，正向電壓較1.7V左右,電流為幾~幾十mA§8.3

特殊二極管§8.3

特殊二極管四、光電耦合器（光電隔離器）1.光電耦合器的符號(hào)2.光電耦合器的電特性●實(shí)現(xiàn)輸入與輸出電氣隔離（輸入與輸出不同地）?！窨垢蓴_能力好（特別是雷電的破壞干擾）。一、直流穩(wěn)壓電源的組成二、功能

把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓。u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓§11.1

直流穩(wěn)壓電源的組成三、整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。

常見的整流電路：半波、全波、橋式、倍壓整流和三相整流等。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：正向?qū)娮铻榱悖聪蚪刂闺娮铻闊o(wú)窮大。四、整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦浴?1.1

直流穩(wěn)壓電源的組成+–uDO一、單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb3.工作波形u負(fù)半周，Va<Vb1.電路結(jié)構(gòu)動(dòng)畫utOuoO§11.2

整流電路uo–+DRLaTrubio+–Uo=0二極管D導(dǎo)通。二極管D截止。4.參數(shù)計(jì)算①整流電壓平均值Uo②整流電流平均值Io③流過(guò)每管電流平均值ID④每管承受的最高反向電壓UDRM§11.2

整流電路一、單相半波整流電路4.參數(shù)計(jì)算⑤變壓器副邊電流有效值I§11.2

整流電路一、單相半波整流電路5.整流二極管的選擇

平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID

，URWMUDRM

二、單相橋式整流電路1.電路結(jié)構(gòu)§11.2

整流電路RLu1234ab+

–aRLu1234b+

–RLu1234ab+

–二、單相橋式整流電路2.工作原理⑴u

正半周，Va>Vb3.工作波形uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)uouDtt動(dòng)畫u§11.2

整流電路D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。RLu1234ab+

–iouo+

–2.工作原理

⑵u

負(fù)半周，Va<Vb3.工作波形uD1uD3uotuDt動(dòng)畫u紅為正半周藍(lán)為負(fù)半周uD2uD4§11.2

整流電路二、單相橋式整流電路RLu1234abD2、D4

導(dǎo)通，D1、D3

截止。+

–iouo+

–4.參數(shù)計(jì)算§11.2

整流電路①整流電壓平均值Uo②整流電流平均值Io③流過(guò)每管電流平均值ID④每管承受的最高反向電壓UDRM⑤變壓器副邊電流有效值I例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V。試求：變壓器的變比和容量，并選擇二極管。解：§11.2

整流電路例1：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50，負(fù)載電壓Uo=100V。試求：變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=1.11

2=2.2A變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=1112.2=244VA變壓器副邊電壓U

111V

可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為：

IOM=1A，反向工作峰值電壓為300V?！?1.2

整流電路解：一、電容濾波器2.工作原理

u>uC時(shí)，D導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時(shí)，D截止，電容通過(guò)負(fù)載RL

放電，uC按指

數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為動(dòng)畫uoutOtO1.單相半波整流電路結(jié)構(gòu)§11.3

濾波電路uo

–++–DubRLio一、電容濾波器§11.3

濾波電路5.工作波形4.單相橋式濾波電路結(jié)構(gòu)uuot6.電容濾波電路的特點(diǎn)輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。RLC越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo

越大，波形越平滑。iouo+CRLu1234ab+

–一、電容濾波器§11.3

濾波電路(T-電源的周期)近似估算取：

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U

（半波）當(dāng)負(fù)載RL開路時(shí)，UO

為了得到比較平直的輸出電壓一、電容濾波器§11.3

濾波電路例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率

f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。

uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CZ52B

IOM=100mAUDRM=50V

一、電容濾波器§11.3

濾波電路取RLC=5T/2解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器。例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率

f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。

uRLuo++––~+C二、電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)2.濾波原理L對(duì)直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路--不起作用。對(duì)諧波分量:f

越高,XL越大,阻礙越大--濾波好。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為合適?！?1.3

濾波電路L

uRLuo++––~+C三、形濾波器1、LC

形濾波器濾波效果比LC濾波器更好，但對(duì)D的沖擊電流較大。L

uRLuo++––~+C2+C1§11.3

濾波電路⑴電路結(jié)構(gòu)⑵濾波特點(diǎn)

比LC形濾波器的體積小、成本低。2、RC

形濾波器

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。三、形濾波器§11.3

濾波電路⑴電路結(jié)構(gòu)⑵濾波特點(diǎn)R

uRLuo++––~+C2+C1一、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路⑵工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ⑴電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路§11.4穩(wěn)壓電源⑶參數(shù)的選擇①UZ

=UO②UI

=(2~3)UO③限流電阻滿足§11.4穩(wěn)壓電源一、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作

這種穩(wěn)壓電路適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合?！?1.4穩(wěn)壓電源

④穩(wěn)壓管電流滿足⑶參數(shù)的選擇一、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。1.分類XX為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓：78XX

輸出負(fù)電壓：79XX

（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）§11.4

穩(wěn)壓電源二、集成穩(wěn)壓電路2.外形及引腳功能78系列穩(wěn)壓器外形1-輸入端3-公共端2-輸出端78xx79系列穩(wěn)壓器外形1-公共端3-輸入端2-輸出端79xx塑料封裝§11.4

穩(wěn)壓電源1-Adj3-輸入端2-輸出端317系列穩(wěn)壓器外形LM3173.性能特點(diǎn)（7800、7900系列）輸出電流超過(guò)1.5A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù)內(nèi)部有過(guò)流保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等?！?1.4

穩(wěn)壓電源4.主要參數(shù)

⑴電壓調(diào)整率SU(穩(wěn)壓系數(shù))

⑵電流調(diào)整率SI0.005~0.02%

0.1~1.0%§11.4

穩(wěn)壓電源反映當(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。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)載能力。輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。