第章 半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源

第2章半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源1第2章半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源2.1半導(dǎo)體二極管的外部特性2.2晶體二極管電路的分析方法

2.3晶體二極管的應(yīng)用及直流穩(wěn)壓電源2.4半導(dǎo)體器件型號(hào)命名及方法1、半導(dǎo)體材料及PN結(jié)在電子元器件中，用得最多的材料是硅Si、鍺Ge，均為四價(jià)元素。硅、鍺屬于半導(dǎo)體——導(dǎo)電特性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。2.1半導(dǎo)體二極管的外部特性一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)磷（P）一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)硼（B）N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。小功率二極管大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管

一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。點(diǎn)接觸型金銻合金面接觸型N型鍺正極引線負(fù)極引線PN結(jié)底座鋁合金小球引線觸絲N型鍺外殼

一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。二極管的伏安特性的測(cè)試電路UmAVDRRW（a）測(cè)正向特性UμAVDRRW（b）測(cè)反向特性二、二極管的伏安特性加反向電壓，簡(jiǎn)稱反偏。正向電壓，簡(jiǎn)稱正偏二、二極管的伏安特性開啟電壓Uth:硅管0.5V，鍺管0.1V導(dǎo)通電壓（管壓降）UD（on）

硅管0.6~0.8V,鍺管0.1~0.3V反向擊穿電壓UBRuD（V）i（mA）死區(qū)電壓低電阻,大的正向電流高電阻,很小的反向電流當(dāng)0＜uD

＜Uth時(shí)，正向電流為零，Uth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。當(dāng)uD＞0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：當(dāng)uD

＞Uth時(shí)，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。開啟電壓二、二極管的伏安特性1.二極管的正向特性當(dāng)uD＜0時(shí)，隔即處誤于反日向特黑性區(qū)餐域。歌反向號(hào)區(qū)也罩分兩冷個(gè)區(qū)暴域：當(dāng)UBR＜uD＜0時(shí)，減反向發(fā)電流藏很小疤，且桌基本尚不隨乳反向改電壓康的變廚化而再變化抓，此任時(shí)的旦反向桶電流誦也稱反向瓜飽和蔥電流IS。當(dāng)uD≥UBR時(shí)，渣反向折電流尖急劇籃增加筋，UBR稱為反向典擊穿停電壓。鍺二唇極管2A膨P1逢5的伏抽安特鼻性擊穿役電壓二、杰二極塘管的份伏安姿特性2.二極貼管的乖反向居特性二、憂二極均管的郊伏安粘特性材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA二極谷管伏姜安特版性特輝征參務(wù)數(shù)11(1盲)最大端整流輕電流IF(2萌)反向陽(yáng)擊穿款電壓UBR和最勁大反終向工夸作電賄壓UR二極鉆管反柏向電阻流急劇裙增加鳳時(shí)對(duì)簡(jiǎn)應(yīng)的糕反向電壓盟值稱圾為反濁向擊蒸穿電壓UBR。為安堆全計(jì)卸，在哲實(shí)際工作苦時(shí)，制最大也反向愚工作炮電壓URM一般路只按商反向宗擊穿柴電壓UBR的一勒半計(jì)保算。二極翅管長(zhǎng)痰期連圖續(xù)工作時(shí)歐，允貴許通苗過二極管練的最椅大整礦流電流洗的平損均值亡。2.科1.枯3色二闊極管該的主云要參存數(shù)12(3欲)反向狀電流IR在室烏溫下夫，在循規(guī)定內(nèi)的反凱向電矮壓下投，一及般是判最大知反向裁工作全電壓挽下的摘反向糠電流適值?；糜窆瓒褬O管包的反持向電溜流一步般在軋納安(n誘A)級(jí)；患鍺二匹極管狀在微障安(A)級(jí)。即IS(4專)最高予工作踐頻率fM(5萌)極間達(dá)電容CJ2.齒1.宏3掏二鞋極管答的主幸要參崇數(shù)13將二掘極管購(gòu)特性棍曲線刷分段駁線性岡化，糊得到棒二極縮慧管特熄性的鴨等效租模型籮。理想愈開關(guān)導(dǎo)通女時(shí)uD＝0截止志時(shí)IS＝0理想二極敬管(1維)理想上模型2.蹦2.鏈1晶體涂二極仿管的弓模型2.瓣2晶體莖二極良管電喜路的嚇分析邪方法14近似畢分析粉中最腿常用（2）恒修壓降腳模型導(dǎo)通駕時(shí)u＝UD(活on取)截止榨時(shí)IS＝02.繞2.蓬1晶體穩(wěn)二極城管的擔(dān)模型對(duì)如富圖所君示簡(jiǎn)岔單二拼極管楚電路勿，采擠用不著同的俱簡(jiǎn)化夫模型激，得威到不葉同的新電路（1）理想帳模型，用神短路耀線代馳替導(dǎo)懲通的祥二極低管(a弄)理想趟模型增電路簡(jiǎn)單宴二極通管電倒路2.棗2晶體鐘二極斷管電湯路的綿分析終方法（2）恒壓字降模跨型時(shí)，燥用恒螞壓降索模型抵等效短電路陳代替徐二極掌管（b）恒定壓降棋模型魄電路簡(jiǎn)單稼二極庭管電茄路2.擴(kuò)2晶體霉二極犬管電聚路的家分析柱方法解：（1）斷蒼開VD，如角圖(b刊)，求UD?！纠侩娐肺蛉鐖D(a腫)所示桂。試集用理謎想模肝型求鞠輸出滴電壓Uo。注意扯：UD的參滲考方劫向應(yīng)惑與二維極管礦的方參向相寬一致二極席管電赤路分誰析舉型例用導(dǎo)爹通時(shí)奇的理真想模芳型(導(dǎo)線)代替匠二極屈管，塘得到疲圖(c服)(2緞)理想涉模型UD>0竟V，∴VD導(dǎo)通由此發(fā)求得卡：UO=1壞V二極印管電梨路分悉析舉環(huán)例【例】電路減如圖(a拋)所示煉，圖全中為匠理想價(jià)二極叼管求聚輸出擁電壓Uab。此電吐路有乳兩個(gè)游二極裁管，但首先賓仍按皇前述蒸方法獅斷開丟二極陜管，列求出UD1和UD2若UD1、UD2均不藥滿足吸導(dǎo)通穩(wěn)條件北，則趁兩管券均截封止；若一管滿足江、另若一管跨不滿融足，踢則一熊管導(dǎo)友通，遮另一擦管截蘆止；若兩管均滿梢足導(dǎo)浸通條礦件，斑則壓蓄差大差者優(yōu)缸先導(dǎo)爛通。二極涉管電杠路分群析舉逗例解：熊理想漆模型由圖(b啟)可以階得到延：UD2=－1+滅5=喊4(煙V)況>0UD1=－1(靜V)縱<0∴VD1截止訊，VD2導(dǎo)通得到逆圖(c嗚)∴Uab=－5(凝V)二極收管電爆路分智析舉獸例【例】電路召如圖(a旦)所示波，理偽想二挪極管逆，求贏輸出體電壓Uo。解：UD2=1割+5較=6寺(V葬)>忘0UD1=1或(V晨)>藏0UD2>UD1∴VD2先導(dǎo)通由圖(b熟)重求UD1UD1=?5(逃V)香<0∴VD1截止為什強(qiáng)么不碗是UD1=1成(V爪)？∴Uab=－5(買V)二極席管電捉路分姜析舉拜例斷開泊二極齡管-UD1+-UD2+解：（1）理盲想模甘型當(dāng)uD<0，即ui<URE影F時(shí)，蠶二極椅管截熟止，當(dāng)uD>0，即ui>URE恥F時(shí)，扣二極踐管導(dǎo)進(jìn)通緣瑞，例：層電路起如圖逃所示R=1組kΩ,URE趕F=3因V為直肺流參燥考電金壓源綱。當(dāng)ui=6榜si娃nωt(遙V)試分眼別用解理想甜模型小和恒丹壓降領(lǐng)模型片分析賢該電負(fù)路，績(jī)畫出魯相應(yīng)改的輸塵出電砌壓uo的波仇形。uo=uiuo=URE仁F=3扒V二極掩管限蛋幅電錯(cuò)路分栗析uD+-(b斥)理想根模型草時(shí)的躍波形理想稻模型ui<URE倆Fui>URE志Fuo=uiuo=URE徑F=3朱V波形絲式如圖(b萌)所示二極列管限緣瑞幅電戰(zhàn)路分低析二極昂管限帥幅電圓路分?jǐn)[析解：（2）恒鹽壓降融模型當(dāng)uD<0，即ui<URE慮F+UD(裕on遍)時(shí)，屆二極刺管截抽止，當(dāng)uD>0，即ui>URE氏F+UD(別on幟)時(shí)，蒜二極玩管導(dǎo)刺通陽(yáng)，uo=uiuo=URE換F+UD(抄on臉)=3詳.7鼓V(c續(xù))恒壓殃降模嘉型恒壓筒降模惡型波形抱如圖(d仍)所示(d勺)恒壓惡降模殖型時(shí)吐的波拋形ui<URE交F+UD(容on雄)ui>URE被F+UD(所on鈔)uo=uiuo=URE搬F+UD(因on暫)=3漸.7兼V二極援管限俊幅電喉路分蔬析(b翼)理想加模型阿時(shí)的若波形(d吃)恒壓么降模依型時(shí)咐的波冊(cè)形二極冊(cè)管限置幅電搬路分怨析雙向嬸限幅部電路二極廁管限俯幅電陣路分哨析改變兆電壓產(chǎn)值通蜂常為笛降壓交流畫變脈有動(dòng)的千直流減小粗脈動(dòng)直流南電源題是能廳量轉(zhuǎn)香換電醬路，臥將22尺0V（或38叮0V）50朝Hz的交流訓(xùn)電轉(zhuǎn)憐換為調(diào)直流逼電。直流軍電源業(yè)的組贏成及咸各部享分的饒作用穩(wěn)定佛輸出核電壓1)負(fù)載濾變化注輸出即電壓失基本但不變枕；2)電網(wǎng)橋電壓信變化也輸出渠電壓率基本怪不變諒。在分轟析電元源電誤路時(shí)區(qū)要特積別考租慮的嫩兩個(gè)傲問題蘿：允踩許電乓網(wǎng)電宿壓波冤動(dòng)±1牽0％，引且負(fù)驗(yàn)載有撫一定業(yè)的變竿化范墳圍。2.響3晶體記二極捧管的卷應(yīng)用擊及直殃流穩(wěn)剛壓電命源29（1）工作廚原理u2的正駱半周仁，D導(dǎo)通情，A→怎D→RL→B，uO=u2。u2的負(fù)艇半周爽，D截止傍，承躍受反桿向電笨壓，必為u2；uO=0。1．半碌波整哲流電絕路2.琴3.往2.灰小陰功率峰整流臣濾波搞電路30(2或)UO（AV）和IO（AV）的估押算已知惰變壓呢器副普邊電稠壓有懇效值柱為U21．半施波整宰流電行路31考慮扛到電膚網(wǎng)電肯壓波喝動(dòng)范隸圍為±1膽0％，響二極還管的晉極限濟(jì)參數(shù)折應(yīng)滿洪足：(3檔)二極呼管的組選擇1．半羨波整房誠(chéng)流電愧路32u2的正鑄半周A→太D1→RL→D3→B，uO=u2u2的負(fù)損半周B音→D2→RL→D4→亮A，uO=故-u2四只軟管子永如何救接？集成迷的橋痛式整更流電盤路稱股為整疊流堆錦。(1董)工作似原理若接抓反了璃呢？2、炎單相徐橋式昏整流枯電路33(2削)輸出襪電壓掙和電援流平城均值甩的估備算2、單駁相橋僚式整接流電忙路34考慮店到電針網(wǎng)電伏壓波歐動(dòng)范由圍為±1拍0％，憑二極叨管的臂極限漏參數(shù)才應(yīng)滿統(tǒng)足：與半待波整史流電戒路對(duì)驕二極想管的抽要求諒相同(3)二極捉管的想選擇2、單橋相橋定式整蓬流電躬路電容充電電容放電二極控管導(dǎo)綠通時(shí)舌給電乒容充裳電，二極少管截激止時(shí)掏電容列向負(fù)析載放橡電。（1）工葉作原刃理RLD1D4D3D2iOC~+uO=uC+u23、電容濾波休電路36(1周)工作辛原理充電放電速度與正弦波下降速度相似按指售數(shù)規(guī)族律下睬降濾波罩后，爹輸出忙電壓丸平均泰值增田大，益脈動(dòng)醋變小故。當(dāng)|u2|>某|uC|時(shí)，雅有一潮對(duì)二約極管仙導(dǎo)通責(zé)，對(duì)賤電容言充電報(bào)，τ充電非常旬小當(dāng)|u2|<峰|uC|時(shí)，里所有咱二極口管均膏截止睛，電要容通裁過RL放電遭，τ放電=RLC。3、電容濾波映電路（1）工瓜作原艘理37(2)二極喂管的閱導(dǎo)通跑角導(dǎo)通獨(dú)角無濾螞波電吳容時(shí)θ＝π。有濾騙波電減容時(shí)θ<巧π，且形二極周管平鼻均電喇流增醒大，喉故其蟻峰值藥很大答！θ小到料一定屢程度閱，難態(tài)于選險(xiǎn)擇二們極管免！3、電容濾波還電路C越大鐮，RL越大射，τ越大惹，放電莖越慢匯，曲說線越偽平滑初，脈顯動(dòng)越描小。3、電容濾波箏電路tuO''02(3嘗)電容卷的選未擇及UO（AV）的估籮算[例]有一單相瓜橋式電容姿濾波整流蛇電路踩，已衣知交沖流電螺源頻賠率f=銳50啊H嚼z，負(fù)載沖電阻RL=燒20帆0換，要求霞直流榜輸出避電壓UO=涌30島V，選擇整流穩(wěn)二極隨管及濾波搜電容取器。[解維](1)選擇整流妻二極材管流過星二極坐管的閣電流取UO=騎1.綱2U2，所以勁變壓見器二城次電緊壓的踏有效靈值3、電容濾波悅電路二極鼻管所新承受動(dòng)的最莫高反此向電瓶壓因此積可選衛(wèi)用2C寇Z5約2B型二雹極管美，其最大鑄整流蘇電流為10要0烏mA，反向閘工作徒峰值湊電壓為50正V。(2)選擇章濾波宋電容尸器選用C=艇25瞇0F，耐問壓為50四V的極字性電彼容器則。3、電容濾波吩電路41簡(jiǎn)單尸易行徒，UO（AV）高，C足夠時(shí)大時(shí)交流挽分量叨較小勻；不任適于炎大電魯流負(fù)候載。優(yōu)缺麥點(diǎn)整流亡橋的礙簡(jiǎn)化驚畫法2.秧3.因2.霞小悠功率峰整流閣濾波熔電路42討論已知以變壓障器副裹邊電邀壓有瘡效值銜為10跳V，電傘容足派夠大奏，判欲斷下貓列情暢況下佛輸出鳥電壓載平均探值UO（AV）≈？1.正常大工作畫；2.C開路撐；3.RL開路境；4.田D1和C同時(shí)活開路迫；5.英D1開路守。2.毀3.推2.銹小掙功率弟整流詳濾波株電路穩(wěn)壓鋸二極喚管是躁一種膠特殊潑的面傍接觸殼型半挖導(dǎo)體撐硅二嘴極管受。I/m妄AU/VOUZIZIZM+正向

+反向UZIZ進(jìn)入蹲穩(wěn)壓疊區(qū)的勢(shì)最小桑電流不至事于損棒壞的渾最大援電流電路黑符號(hào)等效絲式電路2.任3.怖3穩(wěn)壓朗管穩(wěn)懼壓電婦路1.穩(wěn)壓屋管的磨伏安礎(chǔ)特性壺和主女要參善數(shù)1.穩(wěn)壓鮮管的紗伏安爽特性憑和主玩要參縮慧數(shù)穩(wěn)定歡電壓UZ：穩(wěn)電壓管絡(luò)的擊蜻穿電雜壓穩(wěn)定夠電流IZ：使序穩(wěn)壓犯管工跌作在釀穩(wěn)壓蠻狀態(tài)恐的最箏小電遵流最大喪耗散向功率PZM：允炭許的鍛最大表功率甩，PZM=IZMUZ動(dòng)態(tài)代電阻rz：工悄作在倉(cāng)穩(wěn)壓途狀態(tài)害時(shí)，rz＝ΔU/號(hào)ΔI穩(wěn)壓獻(xiàn)管穩(wěn)短壓電究路2.基本騰電路祥的組馳成若穩(wěn)倍壓管拳的電的流太翠小則樓不穩(wěn)燒壓，守若穩(wěn)北壓管布的電達(dá)流太雨大則昏會(huì)因燦功耗河過大找而損尋壞，戶因而悟穩(wěn)壓撕管電優(yōu)路中異必需罷有限夏制穩(wěn)阿壓管奮電流融的限售流電龍阻！限流伴電阻刪必不卵可少宮！R的作驢用限流恒電阻調(diào)整鋤電阻穩(wěn)壓絮管穩(wěn)靠壓電屑路RL↓→IO↑臘→IR↑蛾→UR↑→UO(UDZ)↓→IDZ↓→IR↓→UR↓→UO↑（1）輸瞇出電純壓UO＝UZ（2）輸出報(bào)電流Iom嶺ax－Iom裝in≤IZM－IZ（3）穩(wěn)壓墾系數(shù)（4）輸腎出電今阻3.穩(wěn)壓刮管穩(wěn)覆壓電崇路的騎主要受性能扔指標(biāo)2.童3.容3每穩(wěn)壓禁管穩(wěn)納壓電皺路電網(wǎng)陳電壓獻(xiàn)↑→UI↑→UO(UDZ)↑以→IDZ↑→IR↑→UR↑→UO↓若ΔUI≈ΔUR，則UO基本誕變。雅利用R上的液電壓法變化殖補(bǔ)償U(kuò)I的波妨動(dòng)直流女電源鏟中的料穩(wěn)壓費(fèi)管穩(wěn)源壓原魯理2.枯3.攪3擋穩(wěn)壓惠管穩(wěn)罷壓電膝路RL↓→IO↑壟→IR↑各→UR↑→UO(UDZ)↓→IDZ↓→IR↓→UR↓→UO↑若ΔIDZ≈?ΔIO，則UR基本擇不變積，UO也就使基本怕不變固。利劈燕用IDZ變化英補(bǔ)償IL的變技化直流斜電源齊中的截穩(wěn)壓捐管穩(wěn)銳壓原胡理2.朵3.紡3耕穩(wěn)壓耕管穩(wěn)而壓電陸路選擇文穩(wěn)壓川管時(shí)銳一般鐮取UZ=UO，UI=礦(2鈴~虜3代)UO。[例]有一穩(wěn)壓坦二極飽管穩(wěn)百壓電照路，負(fù)載革電阻RL由開培路變愛到3挨k，交裙流電極壓經(jīng)整流物濾波諒后得早出UI=授30市V。今豪要求粗輸出詳直流池電壓UO=濫12耀V，試報(bào)選擇穩(wěn)壓美管DZ。[解惕]根據(jù)夢(mèng)輸出柏電壓UO=搞12蓋V的要恐求，腸負(fù)載刺電流活最大遙值可選德?lián)穹€(wěn)趁壓二蠢極管2C諒W6輔0，其咽穩(wěn)定黎電壓UZ=陽(yáng)(1伏1.每5畝~愈12睜.5動(dòng))V，其穩(wěn)打定電仗流IZ=瞧5屑mA，最大穩(wěn)定艷電流IZM=剪19謝m可A。2.驢3.椅3沒穩(wěn)壓漂管穩(wěn)償壓電胃路【例】硅穩(wěn)怠壓管在電路歷如圖綢所示啞。其注中待落穩(wěn)定斗的直績(jī)流電掌壓UI=1腿8V，R=1擴(kuò)kΩ，RL=2淺kΩ，硅敵穩(wěn)壓嘴管VDZ的穩(wěn)敬定電丈壓UZ=1同0V，動(dòng)苗態(tài)電塑阻及獨(dú)未被欺擊穿革時(shí)的擦反向錘電流腫均可糞忽略問。懂（1）試?yán)O求UO、IO、IR和IZ的值畝。忍（2）試即求RL值降炸低到與多大扇時(shí)，夜電路悠的輸精出電濕壓將談不再汁穩(wěn)定翼。解：（1）2.次3.缺3主穩(wěn)壓減管穩(wěn)毫壓電榨路（2）當(dāng)2.漢3.膠3但穩(wěn)壓憤管穩(wěn)肅壓電舌路522.刑3.廣3似穩(wěn)壓割管穩(wěn)吊壓電簽路【例】：設(shè)UI足夠簽大，UZ1=8挺V，UZ2=7被.5獻(xiàn)V，UD(餅on唉)=0粒.7識(shí)V，判斷VDZ1，VDZ2的導(dǎo)斃通情劇況，堤并求接輸出您電壓UO。D18VD27.5VR11kΩR21kΩV120V102

V:7.49VMu挑lt冊(cè)is夸im仿真識(shí)結(jié)果2.羽3.錄3削穩(wěn)壓剩管穩(wěn)華壓電防路（1）UI的選擇UI＝（2～3）UZ（2）穩(wěn)壓?jiǎn)竟艿牡钸x擇UZ＝UOIZM－IZ>ILm動(dòng)ax－ILm懲in（3）限流紗電阻膽的選拒擇話保證辨穩(wěn)壓妄管既贊穩(wěn)壓星又不張損壞洋。穩(wěn)壓述管穩(wěn)趨壓電謊路的催設(shè)計(jì)2.號(hào)3.掠3霜穩(wěn)壓冶管穩(wěn)軟壓電遭路輸出貨電壓盡：5V、6V、9V、12疼V、15蹄V、18鬼V、24烏V輸出巴電流豆：1.凝5A（W7啄80劑0）、0.概5A（W7治8M組00）、0.董1A（W7牌8L稿00）W7800++231W790013_2_1.固定株輸出鈔的三命端穩(wěn)靠壓器—販W7碎80江0系列貝（埋1）渾簡(jiǎn)介三端蔑集成敵穩(wěn)壓覺器使Co不通輸過穩(wěn)摔壓器確放電抵銷身長(zhǎng)線渾電感窮效應(yīng)姜，消推除自橫激振者蕩將輸準(zhǔn)入端置接整窮流濾仍波電臺(tái)路的涌輸出蘆，將塌輸出網(wǎng)端接嫌負(fù)載膨電阻芬。（2）基施本應(yīng)寸用消除冤高頻姻噪聲1、固選定輸杜出的停三端基集成痕穩(wěn)壓格器IW為幾mA柏(常可班忽略)，U'O與三王端穩(wěn)瓣壓器飛參數(shù)賓有關(guān)抓。調(diào)際節(jié)R2，則版能調(diào)還節(jié)輸沫出電貸壓UO。（3）輸眉出電夸壓擴(kuò)革展電峰路W78132

Ci

CO

DZ+UO+UI

+U

+UZ輸出拜電壓UO=U+訴UZ1、固因定輸喝出的驕三端件集成亂穩(wěn)壓盈器隔離唯作用（4）輸籮出電泄壓可市調(diào)的褲電路1、固挖定輸熊出的展三端金集成眨穩(wěn)壓絹器~24V~24V~220VW7815W7915132321++CC1000F1000F