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整流、濾波電路的測(cè)試整流、濾波電路的測(cè)試集成穩(wěn)壓器與直流穩(wěn)壓電源基本放大電路音頻功放電路正弦波振蕩電路數(shù)字電路基礎(chǔ)基本數(shù)字器件的應(yīng)用脈沖波形的產(chǎn)生與變換全套可編輯PPT課件101整流電路的測(cè)試02濾波電路的測(cè)試目錄CONTENTS2整流電路的測(cè)試013二、整流電路分析一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別任務(wù)一整流電路的測(cè)試4

電子器件具有質(zhì)量小、體積小、耗電少、使用壽命長(zhǎng)、工作可靠等突出優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)、科研和國(guó)防中獲得了廣泛的應(yīng)用。半導(dǎo)體是指導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體材料的原子最外層都是4個(gè)電子,如硅(Si)、鍺(Ge)等。在純凈的半導(dǎo)體中摻入某種微量雜質(zhì)元素后,其導(dǎo)電能力會(huì)大幅度增加。例如,在純凈硅中摻入百萬(wàn)分之一的硼(B)元素,硅的電阻率就會(huì)從2×103Ω·m減小到4×10-3Ω·m左右。利用這種特性制成了各種不同用途的半導(dǎo)體器件,如二極管、三極管及晶閘管等。(一)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別5熱敏性光敏性摻雜性熱敏性

當(dāng)半導(dǎo)體的溫度升高時(shí),其導(dǎo)電性能會(huì)增強(qiáng),這種特性稱為熱敏性。利用半導(dǎo)體的熱敏性可制成熱敏元件,如熱敏電阻等。光敏性

當(dāng)半導(dǎo)體受到光照時(shí),自由電子和空穴就會(huì)增多,其導(dǎo)電性能會(huì)隨著光照的增強(qiáng)而增強(qiáng),這種特性稱為光敏性。利用半導(dǎo)體的光敏性可制成光敏元件,如光敏電阻、光敏二極管等。摻雜性

當(dāng)向純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素后,半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力可增強(qiáng)十幾萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)倍,這種特性稱為摻雜性。知識(shí)拓展半導(dǎo)體的特性61.本征半導(dǎo)體

最常用的半導(dǎo)體材料是硅和鍺。硅和鍺的原子核最外層都有4個(gè)價(jià)電子。將硅、鍺材料提純并形成單晶體后,所有原子便基本上整齊排列,這種純凈半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。圖1-1所示為晶體中硅原子的整齊排列方式。半導(dǎo)體一般都具有這種晶體結(jié)構(gòu),所以半導(dǎo)體也稱為單晶體。

在本征半導(dǎo)體中,當(dāng)一個(gè)原子的一個(gè)價(jià)電子與另一個(gè)原子的一個(gè)價(jià)電子組成一個(gè)公用電子對(duì)時(shí),這對(duì)價(jià)電子是每?jī)蓚€(gè)相鄰原子共有的,它們把相鄰的原子結(jié)合起來(lái)構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別71.本征半導(dǎo)體

在原子結(jié)構(gòu)中,原子最外層8個(gè)電子處于穩(wěn)定狀態(tài)。在共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中,顯然也有8個(gè)電子處于較穩(wěn)定狀態(tài),但在共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中的電子不像絕緣體中的價(jià)電子被束縛得那樣牢固,電子獲得一定能量(如溫度升高或光照)時(shí),很可能掙脫原子核的束縛(電子受激發(fā))成為自由電子。溫度越高,晶體中產(chǎn)生自由電子的數(shù)目就越多。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別8在電子掙脫原子核的束縛成為自由電子后,共價(jià)鍵中就留下一個(gè)空位,稱為空穴,而具有空穴的原子又可以吸引相鄰原子的價(jià)電子,填補(bǔ)這個(gè)空穴。同時(shí),失去價(jià)電子的相鄰原子的共價(jià)鍵中又出現(xiàn)了一個(gè)空穴,它也可以由相鄰原子中的價(jià)電子來(lái)遞補(bǔ)。如此繼續(xù)下去,就好像自由電子和空穴都在運(yùn)動(dòng),然而這種運(yùn)動(dòng)是雜亂無(wú)章的(見(jiàn)圖1-2)。在電場(chǎng)作用下,空穴和自由電子的運(yùn)動(dòng)方向相反:空穴向電源負(fù)極運(yùn)動(dòng),相當(dāng)于正電荷的運(yùn)動(dòng)而形成電流(空穴電流);而自由電子向電源正極運(yùn)動(dòng)也形成電流(電子電流)。這里自由電子和空穴統(tǒng)稱為載流子。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別1.本征半導(dǎo)體9

本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn),同時(shí)又不斷復(fù)合。在一定溫度下,當(dāng)載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí),半導(dǎo)體中的載流子(自由電子和空穴)便維持一定數(shù)目不變。溫度越高,載流子數(shù)目越多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性就越好,所以溫度對(duì)半導(dǎo)體器件的性能影響很大。原理

當(dāng)本征半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí),本征半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩種電流,這就是其導(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)電原理上的本質(zhì)差別。小提示一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別10一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別1)N型半導(dǎo)體2)P型半導(dǎo)體2.N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

一般情況下,本征半導(dǎo)體的載流子數(shù)目很少,導(dǎo)電能力很差。如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素,半導(dǎo)體(雜質(zhì)半導(dǎo)體)的導(dǎo)電能力就會(huì)大大增強(qiáng)。根據(jù)摻入的雜質(zhì)不同,雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為兩大類,即N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。11N型半導(dǎo)體是在硅(或鍺)的晶體中摻入磷元素(或其他5價(jià)元素)而形成的。磷原子的最外層有5個(gè)價(jià)電子,由于摻入硅(或鍺)晶體的磷原子數(shù)目比硅(或鍺)原子的數(shù)目少得多,因此不會(huì)改變整個(gè)晶體的基本結(jié)構(gòu),只是某些位置上的硅(或鍺)原子被磷原子取代。磷原子參加共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)只需4個(gè)價(jià)電子,多余的那個(gè)電子很容易掙脫磷原子核的束縛而成為自由電子,如圖1-3所示。1)N型半導(dǎo)體摻入磷元素的半導(dǎo)體中的自由電子數(shù)目大大增多,因此這種半導(dǎo)體主要以自由電子導(dǎo)電為主,故N型半導(dǎo)體又稱為電子半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中,載流子多為自由電子,而空穴則是少數(shù)載流子。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別12P型半導(dǎo)體是在硅(或鍺)的晶體中摻入少量硼元素(或其他3價(jià)元素)而形成的。每個(gè)硼原子只有3個(gè)價(jià)電子,在構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)時(shí),將缺少1個(gè)電子而產(chǎn)生1個(gè)空位(空穴)。當(dāng)相鄰原子中的價(jià)電子受到激發(fā)得到能量時(shí),就有可能填補(bǔ)這個(gè)空穴,而在其相鄰的原子中出現(xiàn)1個(gè)空穴,如圖1-4所示。2)P型半導(dǎo)體每個(gè)硼原子都能提供1個(gè)空穴,于是在半導(dǎo)體中就出現(xiàn)了大量空穴,因此這種半導(dǎo)體以空穴導(dǎo)電為主,稱為P型半導(dǎo)體或空穴半導(dǎo)體。在P型半導(dǎo)體中,載流子多為空穴,自由電子是少數(shù)載流子。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別13一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)后形成的P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體,雖然導(dǎo)電能力大大增強(qiáng),但一般并不能直接用來(lái)制造半導(dǎo)體器件。各種半導(dǎo)體器件的核心結(jié)構(gòu)是將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體通過(guò)一定的制作工藝形成的PN結(jié),因此掌握PN結(jié)的基本原理十分重要。3.PN結(jié)141)PN結(jié)的形成

當(dāng)用特殊工藝把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí),由于兩種半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的濃度相差很大,多數(shù)載流子將向?qū)Ψ桨l(fā)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)并復(fù)合,使交界面處自由電子、空穴成對(duì)消失,結(jié)果使交界面兩側(cè)留下了不能移動(dòng)的正、負(fù)電荷,如圖1-5所示。通常把這個(gè)區(qū)域稱為空間電荷區(qū),即PN結(jié)。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別152)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)PN結(jié)加正向電壓(正向偏置)PN結(jié)加正向電壓,是指外電源的正極接PN結(jié)的P區(qū),外電源的負(fù)極接PN結(jié)的N區(qū),如圖1-6所示。(2)PN

結(jié)加反向電壓(反向偏置)PN結(jié)加反向電壓,即外電源的正極接PN結(jié)的N區(qū),負(fù)極接P區(qū),如圖1-7所示。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別16此時(shí),外電場(chǎng)方向和內(nèi)電場(chǎng)方向相反,外電場(chǎng)將削弱內(nèi)電場(chǎng)的作用,這就使得擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)平衡被破壞。外電場(chǎng)將驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū),同時(shí)使N區(qū)的自由電子進(jìn)入空間電荷區(qū),使空間電荷區(qū)變窄,從而使得多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),形成較大的正向電流。電流的實(shí)際方向從P區(qū)流向N區(qū),即空穴的運(yùn)動(dòng)方向。在一定的外加電壓范圍內(nèi),外電場(chǎng)越強(qiáng),正向電流就越大,這時(shí)PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很低。(1)PN結(jié)加正向電壓(正向偏置)正向電流包括空穴電流和自由電子電流兩部分?？昭娏鲗?shí)際上是價(jià)電子做定向運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流,所以空穴電流和自由電子電流的方向相同。外電源不斷地向半導(dǎo)體提供電荷,使電流得以維持。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別17此時(shí),外電場(chǎng)和內(nèi)電場(chǎng)方向相同,在外電場(chǎng)的作用下靠近空間電荷區(qū)附近的空穴和自由電子被驅(qū)走,因而加寬了PN結(jié),使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng),多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難以進(jìn)行。并且內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng),使得少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng),在電路中形成了反向電流。但由于載流子的數(shù)量很少,因此反向電流不大。此時(shí)PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很高。當(dāng)溫度一定時(shí),少數(shù)載流子的數(shù)量基本恒定,所以反向電流在一定的外加電壓范圍內(nèi)變化不大(稱為反向飽和特性)。但是,當(dāng)溫度升高時(shí),少數(shù)載流子數(shù)目增加,反向電流增大。所以,溫度對(duì)反向電流的影響很大。(2)PN結(jié)加反向電壓(反向偏置)綜上所述,在PN結(jié)上加正向電壓時(shí),PN結(jié)電阻很小,正向電流很大(PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài));加反向電壓時(shí),PN結(jié)電阻很大,反向電流很小(PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài))?？梢?jiàn),PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。一、半?dǎo)體二極管的特性與識(shí)別181.二極管的結(jié)構(gòu)及其符號(hào)

二極管是最簡(jiǎn)單的半導(dǎo)體元件,具有單向?qū)щ娦?電流只能從一個(gè)方向通過(guò)。它是由P型半導(dǎo)體材料和N型半導(dǎo)體材料組合而成的,二極管的外形、基本結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)如圖1-8所示。P型半導(dǎo)體一側(cè)引出的線稱為陽(yáng)極,N型半導(dǎo)體一側(cè)引出的線稱為陰極。二極管是含有一個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。(二)二極管基礎(chǔ)知識(shí)一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別192.二極管的特性

二極管的特性是單向?qū)щ娦?可以用加在二極管兩端的電壓和通過(guò)二極管的電流之間的關(guān)系,即二極管的伏安特性表示。圖1-9所示為二極管的伏安特性曲線。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別20

當(dāng)二極管所加正向電壓較小時(shí),由于外加電壓不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)載流子運(yùn)動(dòng)的阻擋作用,二極管呈現(xiàn)的電阻較大,因此正向電流幾乎為零。與這一部分相對(duì)應(yīng)的電壓稱為死區(qū)電壓(也稱閾值電壓)。

死區(qū)電壓的大小與二極管的材料及溫度等因素有關(guān),一般硅二極管的死區(qū)電壓約為0.5V,鍺二極管的死區(qū)電壓約為0.1V。

當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí),二極管正向?qū)ā?dǎo)通后,隨著正向電壓的升高,正向電流急劇增大,電壓與電流的關(guān)系基本為一指數(shù)曲線。

導(dǎo)通后二極管兩端的正向電壓稱為正向壓降,一般硅二極管的正向壓降約為0.7V,鍺二極管的正向壓降約為0.2V。由圖1-9可見(jiàn),這個(gè)電壓比較穩(wěn)定,幾乎不隨流過(guò)二極管電流的大小而變化。010304021)正向特性一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別21

反向電流是由少數(shù)載流子形成的,它會(huì)隨溫度升高而增大,實(shí)際應(yīng)用中,此值越小越好。

當(dāng)反向電壓增大到某一值時(shí)(特性曲線中的對(duì)應(yīng)電壓稱為反向擊穿電壓,不同二極管的反向擊穿電壓不同),反向電流急劇增大,此時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦?這種現(xiàn)象稱為反向擊穿(屬于電擊穿)。

產(chǎn)生反向擊穿的原因是:當(dāng)外加反向電壓過(guò)高時(shí),在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下,空穴和自由電子數(shù)量大大增多,使反向電流急劇增大,此時(shí)二極管失去單向?qū)щ娦浴?/p>

反向擊穿可分為雪崩擊穿和齊納擊穿,兩者的物理過(guò)程不同。雪崩擊穿常發(fā)生在摻雜濃度低、空間電荷區(qū)較厚的PN結(jié)上;齊納擊穿常發(fā)生在摻雜濃度高、空間電荷區(qū)較薄的PN結(jié)上。010304022)反向特性一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別22二極管按所用半導(dǎo)體材料的不同可分為硅二極管和鍺二極管,根據(jù)用途不同又可分為普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管等。下面介紹工業(yè)上常用的幾種二極管。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別3.常用二極管231)穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管的伏安特性與普通二極管相似,其差別是穩(wěn)壓管的反向擊穿特性曲線比普通二極管陡,且工作在擊穿區(qū),即曲線AB段,如圖1-10所示。

穩(wěn)壓二極管(穩(wěn)壓管)是一種特殊的面接觸型二極管,它與普通二極管一樣,也有一個(gè)PN結(jié),它在與適當(dāng)數(shù)值的電阻串聯(lián)后具有穩(wěn)壓作用。

普通二極管反向擊穿后便損壞而不能使用,而穩(wěn)壓管卻可以工作在反向擊穿狀態(tài)下,以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓目的。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別24(1)

發(fā)光二極管(LED)是包含PN結(jié)的顯示元件,其實(shí)質(zhì)是由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的一個(gè)PN結(jié),如圖1-11所示。(2)

發(fā)光二極管的簡(jiǎn)單工作原理為:PN結(jié)N側(cè)和P側(cè)的載流子分別為自由電子和空穴,如果加一正向偏壓,復(fù)合區(qū)中的空穴就穿過(guò)PN結(jié)進(jìn)入N型區(qū),復(fù)合區(qū)中的自由電子也會(huì)越過(guò)PN結(jié)進(jìn)入P型區(qū)。在PN結(jié)附近,多余的載流子會(huì)發(fā)生復(fù)合,在復(fù)合過(guò)程中發(fā)光二極管發(fā)光。(3)

不同的半導(dǎo)體材料,發(fā)出的光的顏色是不同的。用砷化鎵時(shí),復(fù)合區(qū)發(fā)出的光是紅色的,用磷化鎵時(shí)則發(fā)出綠色光。(4)

發(fā)光二極管在使用時(shí),必須正向偏置,還應(yīng)串接限流電阻,以使電流不超過(guò)極限工作電流。在使用時(shí),發(fā)光二極管工作溫度一般為20~75℃,不可安裝在發(fā)熱元件附近。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別2)發(fā)光二極管25光電二極管是一種很常用的光電子器件,其電路符號(hào)如圖1-12所示。其結(jié)構(gòu)與普通二極管類似,管殼上的一個(gè)玻璃窗口能接收外部的光照。PN結(jié)在反向偏置狀態(tài)下時(shí)光電二極管正常工作,它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升,反向電流與光照強(qiáng)度成正比。光電二極管廣泛用于遙控接收器、激光頭中。當(dāng)制成大面積光電二極管時(shí),能將光能直接轉(zhuǎn)換成電能而作為一種能源器件,即光電池。3)光電二極管光電二極管的檢測(cè)方法和普通二極管類似,通常其正向電阻為幾千歐,反向電阻為無(wú)窮大,否則說(shuō)明光電二極管質(zhì)量變差或損壞。當(dāng)受到光線照射時(shí),光電二極管的反向電阻顯著變化,正向電阻不變。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別264)變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的電容效應(yīng)制成的半導(dǎo)體器件,即PN結(jié)電容會(huì)隨反向電壓的增加而減小,利用這種特性在電路中可把變?nèi)荻O管當(dāng)作可變電容使用。由于它無(wú)機(jī)械磨損且體積小,因而在高頻技術(shù)中應(yīng)用較多。變?nèi)荻O管的電路符號(hào)如圖1-13所示。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別274.二極管的主要參數(shù)及型號(hào)010302(1)最大整流電流

最大整流電流IFM是指二極管長(zhǎng)期工作時(shí),允許通過(guò)二極管的最大正向電流的平均值。(2)最高反向工作電壓

最高反向工作電壓URM是指保證二極管不被擊穿所允許施加的最大反向電壓。(3)反向電流

反向電流IR指二極管加反向電壓而未擊穿時(shí)流過(guò)的電流。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別28某些二極管的材料和極性可以從它的型號(hào)和外觀上直接進(jìn)行辨別。二極管的種類繁多,國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體器件的型號(hào)通常由五部分組成,其型號(hào)組成及其意義如圖1-14所示。如2AP9D,“2”代表電極數(shù)為2,“A”表示N型鍺材料,“P”表示普通管,“9”表示序號(hào),“D”表示規(guī)格號(hào)。一、半導(dǎo)體二極管的特性與識(shí)別2)二極管的型號(hào)29表1-130

若使用的是指針式萬(wàn)用表,則黑表筆接的是表內(nèi)電池的正極(插入“-”孔中),紅表筆接的是負(fù)極(插入“+”孔中),如圖1-15所示。測(cè)量時(shí),把指針式萬(wàn)用表置于R×10、R×100或R×1k擋,測(cè)量二極管的正向、反向電阻。小阻值為正向電阻。此時(shí),黑表筆連接的是二極管的陽(yáng)極,性能良好的二極管的正向電阻一般為幾十到幾百歐姆。大阻值為反向電阻,一般在幾百千歐以上,此時(shí),黑表筆連接的是二極管的陽(yáng)極。實(shí)操訓(xùn)練二極管的檢測(cè)

二極管具有單向?qū)щ娦?即性能良好的二極管,其正向電阻小,反向電阻大。利用這一特性,使用萬(wàn)用表測(cè)量二極管的正向電阻和反向電阻就可以判斷其好壞與極性。測(cè)試過(guò)程中,要注意弄清萬(wàn)用表的兩支表筆所對(duì)應(yīng)表內(nèi)電池的極性。31實(shí)操訓(xùn)練

通常希望正向電阻盡量小,反向電阻盡量大,正向、反向電阻相差越懸殊,說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩?1

若使用的是數(shù)字萬(wàn)用表,將紅表筆插入V/Ω孔,將黑表筆插入COM孔中,選擇適當(dāng)量程即可進(jìn)行測(cè)試。不能用數(shù)字萬(wàn)用表的電阻擋來(lái)測(cè)量二極管,而要用其二極管擋來(lái)測(cè)量。02

由于二極管的伏安特性是非線性的,用萬(wàn)用表的不同電阻擋測(cè)量二極管的電阻時(shí),會(huì)得出不同的電阻值。在實(shí)際使用時(shí),流過(guò)二極管的電流會(huì)較大,因而二極管呈現(xiàn)電阻值會(huì)更小一些。0332(一)單相半波整流電路010302

半波整流是指交流輸入電壓信號(hào)只有在正半周期或負(fù)半周期時(shí)才有輸出,即輸出波形只是輸入波形的一半。

只要在單相交流電路中串聯(lián)一只整流二極管,利用它的單向?qū)щ娦?使交流電壓為正半周期時(shí)電路導(dǎo)通,負(fù)半周期時(shí)電路截止,就可以得到單一方向的直流電流,這個(gè)直流電流是半波脈動(dòng)電流,電路如圖1-16(a)所示。

假定整流二極管是理想元件,即不計(jì)其死區(qū)電壓、正向壓降和反向電流,可以畫(huà)出電路各部分的電流、電壓波形如圖1-16(b)所示。二、整流電路分析33二、整流電路分析假設(shè)它的二次繞組輸出電壓有效值為U2,則有u2=√2U2sinωt負(fù)載兩端的電壓為半波脈動(dòng)直流電壓,其平均值為UL=√2/πU2≈0.45U2

(1-1)負(fù)載中的電流是半波脈動(dòng)直流電流,其平均值為IL=UL

/RL=0.45U2

/RL

(1-2)

34二、整流電路分析

整流二極管中的電流的平均值為IVD=IL=0.45U2/RL

二極管在截止的半個(gè)周期承受反向電壓,其最大值為UDM=2U2

(1-3)最大整流電流IFM和最高反向工作電壓URM。要求手冊(cè)上提供的參數(shù)值要大于計(jì)算值,即有IFM>IL,URM>UDM35常用整流二極管的參數(shù)如表1-2所示36(二)單相橋式整流電路1.電路組成

單相橋式整流電路如圖1-17所示,它由4只整流二極管接成電橋形式。其中兩個(gè)共陰極組二極管的陰極接負(fù)載RL的一端,為輸出直流電的正極;兩個(gè)共陽(yáng)極組二極管的陽(yáng)極接負(fù)載RL的另一端,為輸出直流電的負(fù)極。兩個(gè)二極管陽(yáng)極和陰極相連的端子接整流變壓器的次級(jí)繞組。當(dāng)有一只二極管斷開(kāi)時(shí),整流電路輸出會(huì)減半;如果有一只二極管反接,則會(huì)引起短路,燒壞元器件。二、整流電路分析37(二)單相橋式整流電路2.工作原理

設(shè)整流變壓器次級(jí)繞組電壓為u2=2U2sinωt。當(dāng)u2為正半周時(shí),VD1、VD3導(dǎo)通,VD2、VD4截止,電流經(jīng)VD1—RL—VD3形成回路,RL上輸出電壓波形與u2的正半周波形相同,電流iL從b流向c。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí),VD2、VD4導(dǎo)通,VD1、VD3截止,電流經(jīng)VD2—RL—VD4形成回路,RL上輸出電壓波形與u2的負(fù)半周波形相反,電流iL仍從b流向c。所以無(wú)論u2為正半周還是負(fù)半周,流過(guò)RL的電流方向都是一致的。單相橋式整流電路的輸出波形如圖1-18所示。二、整流電路分析383.參數(shù)估算單相橋式整流電路輸出直流電壓UL為u2在交流電壓一個(gè)周期內(nèi)的平均值。由圖1-18可知UL=2/π2U2≈0.9U2

(1-4)式中,U2為整流變壓器次級(jí)繞組電壓有效值。負(fù)載上的直流電流IL為IL=UL

/RL=0.9U2

/RL

(1-5)由于每只二極管只在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通,因此流過(guò)每只二極管的平均整流電流為IVD=1/2IL=0.45U2/RL

(1-6)在單相橋式整流電路中,二極管導(dǎo)通時(shí)壓降幾乎為零,而二極管截止時(shí),u2的峰值電壓加在二極管兩端,即二極管截止時(shí)承受的最大反向電壓為UDM=2U2

(1-7)(二)單相橋式整流電路二、整流電路分析√39

在圖1-17所示的單相橋式整流電路中,若要求在負(fù)載上得到24V直流電壓、100mA直流電流,求整流變壓器次級(jí)繞組電壓的有效值U2,并選出整流二極管。

解由式(1-4)可得U2=UL/0.9=24/0.9≈26.7V由式(1-6)、式(1-7)可得二極管的平均整流電流和最大反向工作電壓分別為IVD=1/2IL=12×100mA=50mAUDM=2U2≈37.8V

根據(jù)上述數(shù)據(jù),查手冊(cè)可選出最大整流電流為100mA、最高反向工作電壓為50V的整流二極管2CZ52B。

目前,已廣泛使用將4個(gè)硅二極管封裝成一個(gè)整體的硅橋式整流器(整流橋)。這種整流橋有4個(gè)接線端,兩端接交流電源(標(biāo)有“~”符號(hào)),兩端接負(fù)載(標(biāo)有“+”和“-”端子)?！?”和“-”標(biāo)志表示整流輸出直流電壓的極性,根據(jù)需要可在手冊(cè)中選用不同型號(hào)及規(guī)格的整流橋。例題二、整流電路分析401.實(shí)訓(xùn)器材

變壓器、萬(wàn)用表、示波器、整流二極管1N4007、1kΩ電阻器、導(dǎo)線、實(shí)驗(yàn)電路板、電烙鐵等。2.知識(shí)拓展

整流器件常常采用整流橋堆,將橋式整流電路中的4個(gè)二極管用絕緣瓷、環(huán)氧樹(shù)脂和外殼封裝成一體成為一個(gè)器件,稱為整流橋堆。整流橋堆具有體積小、可靠性高、使用方便等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種電子電路或電氣設(shè)備中,起到工頻整流、高頻整流和高壓整流等作用,其外形如圖1-19所示。任務(wù)準(zhǔn)備41任務(wù)實(shí)施1423

用萬(wàn)用表測(cè)量變壓器二次繞組電壓u2和負(fù)載RL兩端的電壓uL,并進(jìn)行記錄

將示波器的兩個(gè)探頭接入電路。打開(kāi)示波器開(kāi)關(guān),并調(diào)節(jié)示波器的旋鈕,觀察示波器顯示的波形,并進(jìn)行記錄。

識(shí)別與檢測(cè)元器件,確保元器件完好無(wú)損。按照?qǐng)D1-20連接電路,在實(shí)驗(yàn)電路板上焊接各個(gè)元器件和連接線。

檢查實(shí)驗(yàn)電路連接無(wú)誤后,接通工頻正弦交流電源,作為整流電路的輸入電壓。1.單相半波整流電路的測(cè)量42（1）

識(shí)別與檢測(cè)元器件,確保元器件完好無(wú)損。按照?qǐng)D1-21連接電路,在實(shí)驗(yàn)電路板上焊接各個(gè)元器件和連接線。（2）

其余測(cè)試步驟參見(jiàn)單相半波整流電路的測(cè)量。任務(wù)實(shí)施2.單相橋式整流電路的測(cè)量43實(shí)訓(xùn)報(bào)告44任務(wù)評(píng)價(jià)45任務(wù)評(píng)價(jià)46任務(wù)評(píng)價(jià)47能力檢測(cè)1.選擇題

(1)在本征半導(dǎo)體中摻入微量5價(jià)元素形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體,其多數(shù)載流子是

(

)。A.空穴

B.自由電子

C.正離子

D.負(fù)離子(2)PN結(jié)加正向電壓時(shí),其正向電流是

(

)。A.多數(shù)載流子擴(kuò)散而成的

B.少數(shù)載流子擴(kuò)散而成的C.多數(shù)載流子漂移而成的

D.少數(shù)載流子漂移而成的(3)在本征半導(dǎo)體中摻入微量3價(jià)元素形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體,其多數(shù)載流子是

(

)。A.正離子

B.負(fù)離子

C.自由電子

D.空穴(4)穩(wěn)壓二極管是利用PN結(jié)的(

)工作的。A.單向?qū)щ娦?/p>

B.反向擊穿性

C.電容特性

D.電感特性(5)穩(wěn)壓二極管的正常工作狀態(tài)是

(

)。A.導(dǎo)通狀態(tài)

B.截止?fàn)顟B(tài)

C.反向擊穿狀態(tài)

D.任意狀態(tài)48能力檢測(cè)2.判斷題

(1)不管是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體,雖然它們都有一種載流子占多數(shù),但是整個(gè)晶體仍然是不帶電的。

(

)(2)本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)、成對(duì)消失的。

(

)(3)PN結(jié)正向偏置時(shí),其內(nèi)、外電場(chǎng)方向一致。

(

)(4)二極管只要工作在反向擊穿區(qū),一定會(huì)被擊穿。

(

)(5)一般地,硅二極管的死區(qū)電壓小于鍺二極管的死區(qū)電壓。

(

)49能力檢測(cè)3.簡(jiǎn)答題(1)簡(jiǎn)述整流電路的作用。為什么二極管能夠作為整流器件應(yīng)用在各種直流電路中?圖1-22計(jì)算題圖(2)因?yàn)闃蚴秸麟娐分杏?只整流二極管,所以通過(guò)每個(gè)二極管的電流的平均值等于負(fù)載電流的1/4。這種說(shuō)法對(duì)嗎?為什么?50能力檢測(cè)3.計(jì)算題

在圖1-22所示電路中,設(shè)二極管正向壓降和反向電流均可以忽略,判斷圖中二極管是導(dǎo)通還是截止,并求出電壓U。51濾波電路的測(cè)試0252二、穩(wěn)壓電路一、濾波電路任務(wù)二濾波電路的測(cè)試53

整流電路輸出的脈動(dòng)直流電還含有很大的交流成分,不能直接供給電氣設(shè)備使用。為此,需要將交流成分盡可能濾掉,并且提高輸出的直流成分,使輸出電壓接近理想的直流電壓。用來(lái)完成這一任務(wù)的電路是濾波電路。一般利用電容、電感等電抗元件根據(jù)交、直流阻抗的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波。電容對(duì)直流開(kāi)路,對(duì)交流阻抗小,所以把電容并聯(lián)在負(fù)載兩端;電感對(duì)直流阻抗小,對(duì)交流阻抗大,所以把電感與負(fù)載串聯(lián).這樣經(jīng)過(guò)濾波電路后,既可保留直流成分,又可降低交流成分,減小了電路的脈動(dòng)系數(shù),使輸出電壓變得平滑,改善了直流電壓的質(zhì)量。濾波電路根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同主要有電容濾波電路、電感濾波電路、LC濾波電路等,下面主要闡述前兩種濾波電路。一、濾波電路知識(shí)鏈接541)工作原理

電容濾波電路利用了電容“通交流、阻直流”的特點(diǎn),將電容與負(fù)載并聯(lián)后,整流后的脈動(dòng)直流電中大部分交流成分就會(huì)從電容上通過(guò),而只有直流成分和少量交流成分從負(fù)載上經(jīng)過(guò),從而使得負(fù)載上的電壓、電流變得平滑。單相橋式整流電容濾波電路如圖1-23所示。一、濾波電路1.電容濾波電路

采用橋式整流,如果在電路中沒(méi)有接電容C,根據(jù)前面的分析,在u2正半周期時(shí)二極管VD1、VD3承受正向電壓導(dǎo)通,在u2負(fù)半周期時(shí)二極管VD2、VD4承受正向電壓導(dǎo)通,輸出電壓uL波形如圖1-24(b)所示。55一、濾波電路把電容并聯(lián)到負(fù)載后,在u2正半周期時(shí)二極管VD1、VD3導(dǎo)通,VD2、VD4截止。這時(shí),整流輸出除了給負(fù)載供電外,還有電流iC流過(guò)電容對(duì)其充電,電容兩端電壓uC(也即負(fù)載上輸出電壓uL)的極性為上正下負(fù),忽略二極管的內(nèi)阻,則導(dǎo)通時(shí)uC=uL。電壓u2到達(dá)峰值后開(kāi)始下降,此時(shí)電容C上的電壓uC也由于放電而逐漸下降。當(dāng)u2<uC時(shí),二極管VD1、VD3也截止,電容通過(guò)負(fù)載放電,放電時(shí)間常數(shù)τ=RLC,因此負(fù)載中仍然有電流流過(guò),此時(shí)u2=uC。由于負(fù)載RL一般比較大,因此放電時(shí)間常數(shù)τ也較大,放電速度較慢。到下一個(gè)半周期時(shí),隨著uC的降低和u2負(fù)向增大,當(dāng)|u2|>uC時(shí),二極管VD2、VD4導(dǎo)通,又開(kāi)始對(duì)電容C進(jìn)行充電。因此,在負(fù)載上將得到圖1-24(c)中實(shí)線所示的輸出電壓uL。56

(1)電容濾波電路使得整流后輸出電壓中的脈動(dòng)成分大大減少,并且電壓較高;而且從波形圖可以看出,放電時(shí)間常數(shù)越大,則放電速度越慢,輸出電壓越高、越平滑,濾波效果越好。當(dāng)負(fù)載開(kāi)路時(shí),有τ=RLC=∞,輸出電壓的平均值最大(2U2)。為了得到比較好的濾波效果,實(shí)際電路中可以根據(jù)下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)選取時(shí)間常數(shù):τ≥(3~5)T,半波整流τ≥(3~5)T2,全波或橋式整流

(1-8)式中,T為交流電壓的周期。又τ=RLC,也可以根據(jù)式(1-8)選擇濾波電容。在使用時(shí)一般選擇大容量的電解電容(幾十至幾千微法)作為濾波電容,電容的耐壓值應(yīng)大于2U2。2)特點(diǎn)一、濾波電路57

(2)當(dāng)電容C一定,負(fù)載(即RL)減小時(shí),負(fù)載電流IL增加,電容的放電速度加快,UL下降。一般把輸出電壓UL與輸出電流IL的變化關(guān)系曲線稱為電路的外特性。在實(shí)際工程中,可按以下公式估算負(fù)載上的輸出電壓平均值:UL=U2,半波整流UL=1.2U2,全波或橋式整流2)特點(diǎn)一、濾波電路58

(3)在未加入電容濾波時(shí),整流二極管在交流電源的正半周期或負(fù)半周期導(dǎo)通。加入電容濾波后,從上述分析可以看出,二極管的導(dǎo)通時(shí)間減小,而且電容充電速度快。由于電容上的電壓不能突變,會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流,從而影響二極管的使用壽命,因此在選擇電容濾波電路中的整流二極管時(shí),最好使其最大整流電流留有2~3倍的裕量。2）特點(diǎn)一、濾波電路59

如圖1-23所示單相橋式整流電容濾波電路中,已知交流電源頻率f=50Hz,負(fù)載電阻RL=60Ω,要求直流輸出電壓UL=30V,試選擇整流二極管和濾波電容的規(guī)格。解

(1)選擇整流二極管。流過(guò)二極管的電流為IVD=1/2IL=1/2·UL

/RL=0.25A根據(jù)UL=1.2U2得變壓器二次繞組電壓有效值為U2=UL

/1.2=25V二極管承受的最高反向電壓為UDM=2U2≈35V因此,參考表1-2參數(shù),可以選用二極管1N4001作為整流二極管。其最大整流電流為1A,最高反向工作電壓為50V。例題一、濾波電路60(2)選擇濾波電容。周期為T(mén)=f1=0.02s根據(jù)式(1-8)有C≥500~833μF耐壓值應(yīng)大于2U2,即大于35V,所以可選擇標(biāo)稱值為680μF/50V的電解電容。例題一、濾波電路61

由圖1-25可見(jiàn),電感L與負(fù)載RL串聯(lián)組成一個(gè)分壓電路。電感的交流感抗為XL=2πfL,對(duì)于直流成分幾乎沒(méi)有阻礙作用,因此整流后的直流分量可以直接通過(guò)電感送到負(fù)載上;而對(duì)于交流成分,電感則呈現(xiàn)出很大的感抗,并且隨頻率的增大而增大。根據(jù)分壓原理,大部分交流分量會(huì)降落在電感上,而負(fù)載上分得的交流分量很小。因此,電感濾波有效地濾除了整流輸出中的交流成分,大大減小了輸出電壓的脈動(dòng)程度。一、濾波電路2.電感濾波電路

1)工作原理電感濾波電路利用了電感“通直流、阻交流”的特點(diǎn)。將電感與負(fù)載串聯(lián),整流后的脈動(dòng)直流電中直流成分經(jīng)過(guò)電感后幾乎沒(méi)有損失,送到負(fù)載上;而交流成分經(jīng)過(guò)分壓后大部分落在電感上,從而使得負(fù)載上的電壓、電流變得平滑。電感濾波電路如圖1-25所示。622）特點(diǎn)010302(1)橋式整流輸出電壓的平均值為Uo=0.9UL2若忽略電感線圈的內(nèi)阻,則電感濾波電路輸出電壓的平均值近似等于整流輸出電壓,即UL≈0.9U2(2)電感L與負(fù)載RL串聯(lián)組成分壓電路,L越大或RL越小,輸出電壓和電流的脈動(dòng)越小,濾波效果越好,越適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。但L越大,其體積也越大,成本越高。(3)

由于電感上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總是阻礙回路中電流的變化,因此當(dāng)整流二極管上的電流減小時(shí),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)總會(huì)阻礙這種變化,即延長(zhǎng)二極管在一個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間,增大二極管的導(dǎo)通角,這樣便減小了沖擊電流所帶來(lái)的影響,有利于整流二極管的選擇。一、濾波電路63兩種不同濾波電路的比較不同的濾波電路有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合,在選用時(shí)要注意其性能的差異。設(shè)負(fù)載為純阻性負(fù)載,使用橋式整流方式,以上兩種濾波電路的性能比較如表1-5所示。知識(shí)拓展64二、穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路的作用是通過(guò)電路的自動(dòng)調(diào)節(jié)使輸出電壓保持恒定。常見(jiàn)的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓二極管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路和晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,這里重點(diǎn)介紹穩(wěn)壓二極管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。01

穩(wěn)壓二極管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路是最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路,如圖1-26所示。0265

穩(wěn)壓二極管VS與負(fù)載RL并聯(lián);R為限流電阻,用以保護(hù)穩(wěn)壓二極管,同時(shí)與穩(wěn)壓二極管配合對(duì)輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)并使之穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路的輸入電壓Ui是由整流濾波電路提供的直流電壓,而輸出電壓Uo是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓UZ。穩(wěn)壓電路的工作原理如下:

當(dāng)交流電網(wǎng)電壓升高使輸入電壓Ui增大時(shí),負(fù)載電壓Uo也將增大。從穩(wěn)壓二極管的反向特性曲線可知,當(dāng)加在穩(wěn)壓二極管上的電壓增加時(shí),其工作電流顯著增大。這時(shí),電路電流增大,在電阻R上的壓降增加,抵償U(kuò)i的升高,使得負(fù)載兩端電壓基本保持不變。反之,當(dāng)電網(wǎng)電壓降低時(shí),負(fù)載電壓Uo也要降低,因而穩(wěn)壓二極管電流顯著減小,電阻R上的壓降也減小,仍然保持負(fù)載電壓Uo近似不變。二、穩(wěn)壓電路66

同理,當(dāng)電源電壓保持不變而負(fù)載電流變化引起負(fù)載電壓變化時(shí),此穩(wěn)壓電路仍能起到穩(wěn)壓作用。例如,當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí),電阻R上的壓降增大,負(fù)載電壓Uo因而下降。只要Uo下降一點(diǎn)兒,穩(wěn)壓二極管電流就顯著減小,通過(guò)電阻R的電流和電阻上的壓降保持近似不變,因此負(fù)載電壓Uo也就近似穩(wěn)定不變。當(dāng)負(fù)載電流減小時(shí),穩(wěn)壓過(guò)程與此相反。

穩(wěn)壓二極管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在負(fù)載電流變動(dòng)較小時(shí),穩(wěn)壓效果較好。但其輸出電壓只能等于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓,因此穩(wěn)壓二極管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路只適用于功率較小和負(fù)載電流變化不大的場(chǎng)合。二、穩(wěn)壓電路67實(shí)驗(yàn)電路板、示波器、萬(wàn)用表、變壓器、100kΩ電阻、200μF電容、300mH電、二極管1N4007、導(dǎo)線、電烙鐵等。任務(wù)準(zhǔn)備680102030405

識(shí)別與檢測(cè)元器件,確保元器件完好無(wú)損。按照?qǐng)D1-27連接電路,在實(shí)驗(yàn)電路板上焊接各個(gè)元器件和連接線。

將示波器的探頭連入電路。打開(kāi)示波器開(kāi)關(guān),并調(diào)節(jié)示波器的旋鈕,觀察示波器所顯示的波形,并進(jìn)行記錄。

在測(cè)量過(guò)程中,若電路出現(xiàn)故障,應(yīng)及時(shí)記錄并進(jìn)行故障分析。

用萬(wàn)用表測(cè)量變壓器二次繞組電壓u2和負(fù)載RL兩端的電壓uL,并進(jìn)行記錄。

檢查實(shí)驗(yàn)電路連接無(wú)誤后,接通工頻正弦交流電源作為整流電路的輸入電壓。任務(wù)實(shí)施1.電容濾波電路的測(cè)量69（1）

識(shí)別與檢測(cè)元器件,確保元器件完好無(wú)損。按照?qǐng)D1-28連接電路,在實(shí)驗(yàn)電路板上焊接各個(gè)元器件和連接線。（2）

檢查實(shí)驗(yàn)電路連接無(wú)誤后,接通工頻正弦交流電源作為整流電路的輸入電壓。（3）

將示波器的探頭連入電路。打開(kāi)示波器開(kāi)關(guān),并調(diào)節(jié)示波器的旋鈕,觀察示波器所顯示的波形,并進(jìn)行記錄。（4）

用萬(wàn)用表測(cè)量變壓器二次繞組電壓u2和負(fù)載RL兩端的電壓uL,并進(jìn)行記錄。任務(wù)實(shí)施2.電感濾波電路的測(cè)量70實(shí)訓(xùn)報(bào)告71任務(wù)評(píng)價(jià)72任務(wù)評(píng)價(jià)73任務(wù)評(píng)價(jià)74能力檢測(cè)1.判斷題(1)在單相半波整流電路中,接入濾波電容時(shí)的輸出電壓平均值UL=U2。(

)(2)濾波電容的耐壓必須大于變壓器二次電壓u2的峰值。

(

)75能力檢測(cè)2.綜合題

電路如圖1-29所示。(1)此電路是什么類型的整流和濾波電路?(2)在電阻RL兩端標(biāo)示出電壓的正負(fù)極性。(3)當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí),電阻RL兩端電壓為多少?(4)當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),電阻RL兩端電壓為多少?76-THANKS-感謝您的觀看77集成穩(wěn)壓器與直流穩(wěn)壓電源7801三端集成可調(diào)穩(wěn)壓器制作直流穩(wěn)壓電源目錄CONTENTS79三端集成可調(diào)穩(wěn)壓器制作直流穩(wěn)壓電源0180二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理一、集成穩(wěn)壓器任務(wù)一三端集成可調(diào)穩(wěn)壓器制作直流穩(wěn)壓電源81

對(duì)應(yīng)人體來(lái)說(shuō),電源對(duì)應(yīng)人的心臟,為整個(gè)電路的正常工作提供能量,幾乎所有電子設(shè)備都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。電池因?yàn)橘M(fèi)用較高,一般只用于低功耗的便攜設(shè)備中,而更多場(chǎng)合下使用的是直流穩(wěn)壓電源,這樣電子設(shè)備可以直接由交流電網(wǎng)供電,通過(guò)直流穩(wěn)壓電源把輸入的交流電轉(zhuǎn)變成穩(wěn)定的直流電壓輸出供設(shè)備使用。直流穩(wěn)壓電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路組成,其組成框圖和各部分相關(guān)波形如圖2-1所示。1.直流穩(wěn)壓電源的組成一、集成穩(wěn)壓器82（1）

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路。利用穩(wěn)壓二極管可以構(gòu)成簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路,常用來(lái)輸出基準(zhǔn)電壓。小功率穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流較小,因此不能適應(yīng)負(fù)載較大電流的需要。（2）

三極管穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路中的三極管起調(diào)整作用,若三極管工作在線性區(qū)則為線性穩(wěn)壓電源,若三極管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)則為開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源。（3）

晶閘管穩(wěn)壓電路。若晶閘管作為穩(wěn)壓電路中的調(diào)整器件,則該電路是開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路。晶閘管的耐壓性能良好,因此常被用于制造大功率穩(wěn)壓電路。（4）

集成穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓電路具有體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn),在各種電子設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。一、集成穩(wěn)壓器1.直流穩(wěn)壓電源的分類83將串聯(lián)穩(wěn)壓電路和各種保護(hù)電路集成在一起就得到了集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多,現(xiàn)在常用的集成穩(wěn)壓器一般只有3個(gè)端子,即輸入端、輸出端和公共端,故稱其為三端集成穩(wěn)壓器(簡(jiǎn)稱三端穩(wěn)壓器)。在三端集成穩(wěn)壓器內(nèi)有過(guò)流、過(guò)熱及短路保護(hù)電路。這種芯片接線簡(jiǎn)單,維護(hù)方便,價(jià)格低廉,使用安全可靠,被廣泛采用。按照輸出電壓是否可調(diào),三端集成穩(wěn)壓器可以分為固定式和可調(diào)式兩種。一、集成穩(wěn)壓器2.三端集成穩(wěn)壓器843.三端固定輸出穩(wěn)壓器1)三端固定輸出穩(wěn)壓器的型號(hào)及外形封裝三端固定輸出穩(wěn)壓器的輸出電壓固定,其型號(hào)組成如圖2-2所示。

常用的三端固定輸出穩(wěn)壓器是CW78、CW79系列,C表示國(guó)標(biāo)產(chǎn)品。78系列輸出固定正電壓,其輸出電壓有5V、6V、7V、8V、9V、12V、15V、18V和24V等。該系列的輸出電流有5種,78系列是1.5A,78M是0.5A,78L是0.1A,78T是3A,78H是5A。一、集成穩(wěn)壓器853.三端固定輸出穩(wěn)壓器1)三端固定輸出穩(wěn)壓器的型號(hào)及外形封裝常用三端固定輸出穩(wěn)壓器的外形及封裝如圖2-3(a)所示。

金屬殼菱形為T(mén)O-3封裝,塑料直插式為T(mén)O-220封裝,其他的還有TO-92、TO-202、F-2等封裝方式。對(duì)于不同型號(hào)、不同封裝的集成穩(wěn)壓器,其3個(gè)電極的位置不同,要通過(guò)查閱手冊(cè)來(lái)確定。CW78、CW79系列三端固定輸出穩(wěn)壓器的電路符號(hào)如圖2-3(b)所示。一、集成穩(wěn)壓器86一、集成穩(wěn)壓器

CW78系列三端固定輸出穩(wěn)壓器的主要參數(shù)如表2-1所示,在使用時(shí)需要查找對(duì)應(yīng)型號(hào)的相關(guān)參數(shù)、性能指標(biāo)、外形尺寸等信息。另外,需要的時(shí)候要配上合適的散熱片。872)三端固定輸出穩(wěn)壓器的應(yīng)用

(1)典型應(yīng)用電路。三端固定輸出穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖2-4所示,經(jīng)過(guò)整流濾波后的直流電壓UI接輸入端,輸出端便可得到穩(wěn)定的輸出電壓UO。正常工作時(shí),輸入、輸出電壓差為2~3V?？拷?8系列引腳處接電容C1、C2(電容值在0.1~1μF),用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償,以抑制電路引入的高頻干擾和穩(wěn)壓電路的自激振蕩。電容C3用來(lái)減小穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。二極管VD起保護(hù)作用,一般情況下也可以不接此電路可以輸出固定的正電壓,如果換成79系列芯片,并將輸入電壓改成負(fù)極性,電路稍做改動(dòng)就可以輸出固定的負(fù)電壓。3.三端固定輸出穩(wěn)壓器一、集成穩(wěn)壓器882)三端固定輸出穩(wěn)壓器的應(yīng)用

(2)正負(fù)對(duì)稱輸出穩(wěn)壓電路。當(dāng)需要同時(shí)輸出正、負(fù)兩組電壓時(shí),可采用78系列和79系列各一塊組合的形式,按圖2-5進(jìn)行接線,即可得到正、負(fù)對(duì)稱的兩組電源。3.三端固定輸出穩(wěn)壓器一、集成穩(wěn)壓器89

三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器也有正電壓輸出系列(CW117、CW217、CW317)和負(fù)電壓輸出系列(CW137、CW237、CW337)兩種,按照輸出電流的大小,每個(gè)系列也有不同的檔次。三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,又克服了輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn),并且在內(nèi)部電路設(shè)計(jì)及集成化工藝方面采用了更先進(jìn)的技術(shù),性能指標(biāo)比三端固定輸出穩(wěn)壓器高一個(gè)數(shù)量級(jí)。CW117系列三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器的主要性能如下:輸出電壓可調(diào)范圍為1.2~37V,最大輸出電流為1.5A,負(fù)載調(diào)整率為0.1%,輸出與輸入電壓差允許范圍為3~40V。一、集成穩(wěn)壓器4.三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器1)三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器的型號(hào)及外形封裝三端固定輸出穩(wěn)壓器只能輸出固定電壓值,在實(shí)際應(yīng)用中不方便。為此,在其基礎(chǔ)上發(fā)展出三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器,其型號(hào)組成如圖2-6所示。90

常用三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器的外形及封裝與三端固定輸出穩(wěn)壓器相似,如圖2-7(a)所示。CW317、CW337系列三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器的電路符號(hào)如圖2-7(b)所示。3個(gè)端子分別為輸入端、輸出端和調(diào)節(jié)端。當(dāng)電路正常工作時(shí),輸出端和調(diào)節(jié)端之間電壓恒等于1.25V。4.三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器一、集成穩(wěn)壓器91由CW317構(gòu)成的可調(diào)輸出穩(wěn)壓電路如圖2-8所示,通過(guò)兩個(gè)外接電阻來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓。為了使電路能正常工作,CW317的輸出電流應(yīng)不小于5mA,因此R1一般取值為120~240Ω。由于芯片1腳調(diào)節(jié)端的電流較小,約為50μA,且R2阻值不大,R2上的壓降可以忽略。2)三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器的應(yīng)用這樣輸出電壓為UO=1.25（1+R2/R1)+50×10-6R2≈1.25(1+R2/R1)一、集成穩(wěn)壓器92二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的雛形最早可追溯到20世紀(jì)50年代。1955年,美國(guó)首先研制成功利用磁芯的飽和進(jìn)行自激振蕩的晶體管直流變換器,其中的功率晶體管就工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。受當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制,無(wú)法制造出高耐壓、開(kāi)關(guān)速度較快的大功率晶體管,所以電源的輸入電壓和轉(zhuǎn)換速度都較低。1.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的發(fā)展及其特點(diǎn)93二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理1423

從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始,集成電力電子系統(tǒng)和集成電力電子模塊技術(shù)開(kāi)始發(fā)展,一體化的設(shè)計(jì)觀念得到大力推廣,可以快速高效地向用戶提供低成本、高可靠性的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。

隨著數(shù)字電子技術(shù)的快速發(fā)展,全數(shù)字控制的數(shù)字化開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源成為研究熱點(diǎn),它具有可編程的特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)快速、靈活的控制設(shè)計(jì),適應(yīng)能力強(qiáng),能滿足復(fù)雜情況下的需要。

在20世紀(jì)60~70年代,由于微電子技術(shù)的發(fā)展,高反壓晶體管的出現(xiàn)使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源擺脫了工頻變壓器,隨后無(wú)工頻變壓器的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源得到了飛速發(fā)展,真正使開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)現(xiàn)了效率高、體積小、質(zhì)量輕。

從20世紀(jì)80年代開(kāi)始,高頻化的發(fā)展促進(jìn)了軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)也稱為零電壓開(kāi)關(guān)/零電流開(kāi)關(guān)技術(shù),可以提高開(kāi)關(guān)電源的效率,使功率變換器性能更好、質(zhì)量更輕、尺寸更小。總體來(lái)說(shuō),開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源技術(shù)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下幾個(gè)重要階段940102030405功耗小,效率高體積小,質(zhì)量輕。電路形式靈活多樣。穩(wěn)定性和可靠性高。穩(wěn)壓范圍寬。二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源特點(diǎn)95二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理由于開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài),電路中會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的尖峰干擾、諧振干擾等,這些干擾會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行,甚至?xí)腚娋W(wǎng),使附近的電子儀器和設(shè)備受到嚴(yán)重干擾而不能工作。另外,實(shí)際應(yīng)用中的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,輸出電壓中紋波和噪聲成分較大,故障率高,維修難度大。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源缺點(diǎn)96綜上所述,開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)勢(shì)顯著,只要精心設(shè)計(jì),合理布局,采取適當(dāng)?shù)南推帘胃蓴_的措施,就可以揚(yáng)長(zhǎng)避短,把這些不利的影響降到最小。二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理總結(jié)97二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理2.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的分類98二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理2.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的分類99盡管這些分類都是站在不同的角度、從產(chǎn)品自身的特點(diǎn)出發(fā)進(jìn)行劃分的,但整體上看,根據(jù)開(kāi)關(guān)管與負(fù)載的連接方式,最后都可以歸結(jié)為串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源兩大類。二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理總結(jié)100

串聯(lián)型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖2-9所示,其主要由輸入電路、變換電路、控制電路和輸出電路組成。2.開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的分類二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理101圖2-10所示為L(zhǎng)M2576-ADJ的引腳圖,它是由美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的單片降壓式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器,由振蕩器、取樣放大器、比較器、PWM調(diào)制器和功率開(kāi)關(guān)等部分組成,輸出電壓可以調(diào)節(jié)。其主要技術(shù)參數(shù)如下:輸入電壓為3.5~40V,輸出電壓為1.23~37V,輸出電流為3A,振蕩器固定頻率為52kHz,具有熱關(guān)閉和限流保護(hù)功能。3.開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓器是將基準(zhǔn)電壓源、三角波發(fā)生器和比較器等集成到一塊芯片上,做成各種封裝。使用開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓器來(lái)設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源可以使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、體積減小、開(kāi)發(fā)周期縮短,電路的可靠性也得到提高。下面介紹一種常用的LM2576系列開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓器。二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理102

由于電源大都是從220V的交流電網(wǎng)取電的,在不知道電源發(fā)生何種故障的情況下就貿(mào)然上電測(cè)試,會(huì)給檢修人員帶來(lái)危險(xiǎn)。因此,當(dāng)電源出現(xiàn)故障時(shí),首先要在斷電狀態(tài)下進(jìn)行外觀上的直觀檢測(cè),也就是認(rèn)真查看各部分元器件的狀況,如PCB是否有明顯的短路和元器件損壞等,然后再做進(jìn)一步的判斷。(1)直觀檢測(cè)

如果在經(jīng)過(guò)直觀檢查后沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的問(wèn)題,就可通電測(cè)試。這時(shí)候的檢測(cè)需要有一定的專業(yè)知識(shí)和維修經(jīng)驗(yàn)。加電后,通過(guò)用萬(wàn)用表測(cè)量對(duì)穩(wěn)壓電源正常工作起決定性作用的關(guān)鍵點(diǎn)的電壓,與正常情況下的電壓進(jìn)行比較,來(lái)判斷故障的位置或縮小故障的范圍。(2)加電在線檢測(cè)技能訓(xùn)練穩(wěn)壓電源的檢測(cè)

穩(wěn)壓電源能夠保證在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載發(fā)生變化的情況下為負(fù)載提供穩(wěn)定的直流電壓,而且內(nèi)部具有有效的保護(hù)電路來(lái)確保電源安全運(yùn)行。作為一個(gè)設(shè)備的心臟,穩(wěn)壓電源出現(xiàn)問(wèn)題,將直接影響設(shè)備的工作情況,因此一般情況下設(shè)備不能正常工作,首先要著手排除電源的問(wèn)題。穩(wěn)壓電源的檢測(cè)方法很多,要根據(jù)實(shí)際電路和個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷。下面簡(jiǎn)要介紹常規(guī)的利用萬(wàn)用表檢測(cè)的過(guò)程。103(1)

望,就是仔細(xì)觀察是否存在明顯的短路或斷路及器件損壞,如熔斷器是否熔斷,PCB是否有損傷、脫焊,元器件是否有明顯異常。比較常見(jiàn)的器件損壞,如濾波電容脫帽、爆裂,電阻和二極管燒焦等,現(xiàn)象比較明顯,通過(guò)肉眼就可以快速地診斷出來(lái)。(2)

聞,就是通過(guò)嗅覺(jué)感受是否有煳味,主要用于檢查是否有燒焦的元器件,如對(duì)于變壓器,一般短路后都會(huì)因過(guò)熱而有燒焦的清漆味。(3)

問(wèn),就是在可能的情況下,詢問(wèn)電源損壞的經(jīng)過(guò),是否有違規(guī)的操作,故障有哪些明顯的特征,以加快判斷的速度。(4)

切,就是利用萬(wàn)用表的歐姆擋檢測(cè)關(guān)鍵部位的阻值,通過(guò)與正常情況下的阻值比較來(lái)推測(cè)故障可能發(fā)生的部位。如對(duì)于計(jì)算機(jī)常用的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源,在檢查輸出端對(duì)地電阻時(shí),正常情況下萬(wàn)用表指針應(yīng)有電容充放電的擺動(dòng),然后指示的應(yīng)是該路輸出端泄放電阻的阻值。技能訓(xùn)練穩(wěn)壓電源的檢測(cè)

一般都是從輸入端開(kāi)始,按照電源的結(jié)構(gòu)向輸出端的方向進(jìn)行檢測(cè),利用望、聞、問(wèn)、切等手段。104實(shí)驗(yàn)電路板、示波器、電容4只(0.33μF、10μF/50V、47μF/50V和220μF/160V)、2AK19型二極管2只、集成穩(wěn)壓器CW317、電烙鐵、萬(wàn)用表、變阻器、電位器、電阻器、變壓器、導(dǎo)線等。任務(wù)準(zhǔn)備105

按照?qǐng)D2-11所示電路圖焊接各個(gè)元器件,將RP1置于中間位置附近,RP2置于最大值處。變壓器外置,且輸出置零位。1.檢測(cè)元器件,觀察是否有損壞任務(wù)實(shí)施106（1）

接通交流電源,調(diào)節(jié)變壓器使輸出電壓為26V。用萬(wàn)用表測(cè)量穩(wěn)壓器的輸入電壓、輸出電壓和輸出電流,并記錄。（2）

調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RP1,觀察輸出電壓和輸出電流的變化情況。（3）

保持輸出電壓為26V不變,去除RP2,使穩(wěn)壓電源空載,調(diào)節(jié)RP1,測(cè)量輸出電壓,得到其可調(diào)范圍。（4）

在穩(wěn)壓電源空載情況下觀察輸出電壓UO的波形。調(diào)節(jié)u2,使其慢慢減小。當(dāng)輸出電壓UO

明顯下降時(shí),停止調(diào)節(jié)。測(cè)得此時(shí)的UI,即可得穩(wěn)壓電路的最小輸入電壓。任務(wù)實(shí)施2.電路的調(diào)試107實(shí)訓(xùn)報(bào)告108任務(wù)評(píng)價(jià)109任務(wù)評(píng)價(jià)110任務(wù)評(píng)價(jià)111能力檢測(cè)1.選擇題

(1)直流穩(wěn)壓電源一般由4部分組成,不包含

(

)。A.整流電路

B.濾波電路

C.穩(wěn)壓電路

D.負(fù)載電路(2)三端集成穩(wěn)壓器一般有3個(gè)端子,不包含

(

)。

A.輸入端

B.輸出端

C.公共端

D.反饋端(3)用一只直流電壓表測(cè)量一只接在電路中的穩(wěn)壓二極管(2CW13)的電壓,讀數(shù)只有0.7V,這種情況表明該穩(wěn)壓二極管

(

)。A.正常工作

B.接反

C.已經(jīng)擊穿

D.斷路(4)硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中,硅穩(wěn)壓二極管必須與限流電阻串接,限流電阻的作用是

(

)。A.提供偏流

B.限流

C.兼有限流和調(diào)壓兩個(gè)作用

D.調(diào)壓112能力檢測(cè)2.判斷題(1)集成穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電源輸出的直流電壓是不可調(diào)節(jié)的。

(

)(2)一般情況下,開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路比線性穩(wěn)壓電路效率高。

(

)(3)當(dāng)輸入電壓UI和負(fù)載電流IO變化時(shí),穩(wěn)壓電路的輸出電壓是絕對(duì)不變的。

(

)(4)直流電源是一種將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)的波形變換電路。

(

)(5)三端集成穩(wěn)壓器的公共端可以懸空。

(

)113能力檢測(cè)3.簡(jiǎn)答題

與線性穩(wěn)壓電源相比,開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源有哪些特點(diǎn)?114-THANKS-感謝您的觀看115基本放大電路11601三極管共發(fā)射極基本放大電路目錄CONTENTS117三極管共發(fā)射極基本放大電路01118二、放大電路分析一、三極管的特性與識(shí)別任務(wù)一三極管共發(fā)射極基本放大電路119

通過(guò)一定的制作工藝使三層半導(dǎo)體形成兩個(gè)PN結(jié),自三層半導(dǎo)體各引出一個(gè)電極,然后用管殼封裝,就構(gòu)成了組成各種電子電路的核心半導(dǎo)體器件———三極管。圖3-1所示為三極管的外形。(一)三極管的基本結(jié)構(gòu)及類型一、三極管的特性與識(shí)別120三個(gè)電極分別為發(fā)射極e、基極b、集電極c。電極對(duì)應(yīng)的每層半導(dǎo)體分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。發(fā)射區(qū)與基區(qū)交界處的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),集電區(qū)與基區(qū)交界處的PN結(jié)稱為集電結(jié)。一、三極管的特性與識(shí)別總結(jié)發(fā)射極e基極b集電極c發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)121

三極管根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同可分為NPN型和PNP型兩種。如圖3-2所示,NPN型三極管由兩塊N型材料和一塊P型材料組成,PNP型三極管由兩塊P型材料和一塊N型材料組成。三極管符號(hào)中的箭頭表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)的內(nèi)部電流方向。(一)三極管的基本結(jié)構(gòu)及類型一、三極管的特性與識(shí)別122

發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于集電區(qū)的摻雜濃度。（1）

基區(qū)很薄且載流子濃度很低。（2）一、三極管的特性與識(shí)別三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

三極管除了可按結(jié)構(gòu)分類外,還可按制造材料的不同分為硅管與鍺管(兩種管子的特性大致相同,硅管受溫度影響較小,工作穩(wěn)定),按功率大小的不同可分為小功率管、中功率管和大功率管,按工作頻率高低的不同可分為高頻管和低頻管,按用途的不同可分為放大管和開(kāi)關(guān)管。123流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律過(guò)程010302

（1）

發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散載流子。由于發(fā)射結(jié)正偏,發(fā)射區(qū)的多子(自由電子)不斷擴(kuò)散到基區(qū),形成發(fā)射結(jié)擴(kuò)散電流;基區(qū)中的多子空穴也要擴(kuò)散到發(fā)射區(qū),形成空穴電流,其值很小。擴(kuò)散出去的電子又不斷從電源補(bǔ)充,形成發(fā)射極電流IE。

（2）載流子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合。由于基區(qū)很薄,其多數(shù)載流子(空穴)濃度很低,因此從發(fā)射極擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子只有很少的部分可以和基區(qū)的空穴復(fù)合,形成較小的基極復(fù)合電流,而剩下的絕大部分電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣?；鶇^(qū)被復(fù)合掉的空穴由電源UBB從基區(qū)拉走電子來(lái)補(bǔ)充,形成基極電流IB。

（3）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子。由于集電結(jié)反偏,強(qiáng)大的內(nèi)電場(chǎng)可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū),從而形成集電極電流中受發(fā)射結(jié)控制的電流。一、三極管的特性與識(shí)別124基區(qū)的少子和集電區(qū)的少子也會(huì)在反偏電壓作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng),形成集電結(jié)反向飽和電流。它的大小取決于基區(qū)和集電區(qū)少子的濃度,受溫度影響較大,數(shù)值很小。集電極電流中受發(fā)射結(jié)控制的電流和集電結(jié)反向飽和電流一起構(gòu)成集電極電流IC。三極管的3個(gè)電流滿足IE=IC+IB。對(duì)于PNP型管,3個(gè)電極產(chǎn)生的電流方向正好和NPN型管相反。其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)情況與之類似。(一)三極管的基本結(jié)構(gòu)及類型將集電極電流的變化量ΔIC與基極電流的變化量ΔIB之比稱為三極管的共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β,即

β=ΔIC/ΔIB一般β值較大,當(dāng)基極電流IB有微小變化時(shí),就能引起集電極電流IC產(chǎn)生較大的變化,這就是三極管放大作用的實(shí)質(zhì)———通過(guò)改變電流IB的大小,達(dá)到控制IC的目的。因此,三極管是一種電流控制電流型器件。一、三極管的特性與識(shí)別125用來(lái)描述三極管各電極電流與電壓之間關(guān)系的曲線稱為三極管的特性曲線(伏安特性曲線)。三極管的特性曲線實(shí)際上是三極管內(nèi)部特性的外部表現(xiàn),是分析和設(shè)計(jì)電子電路的重要依據(jù)之一。下面以NPN型三極管為例,分析三極管共發(fā)射極(發(fā)射極是輸入回路和輸出回路的公共端)電路的輸入和輸出特性曲線。一、三極管的特性與識(shí)別(二)三極管的特性曲線126產(chǎn)生基極電流IB的回路稱為三極管的輸入電路,如圖3-4(a)的虛線所示。輸入電路的電壓與電流關(guān)系曲線稱為三極管的輸入特性曲線,函數(shù)表達(dá)式為IB=f(UBE)|UCE=常數(shù)在基極電路中串聯(lián)電流表,測(cè)量基極電流IB;在基極、發(fā)射極間并聯(lián)電壓表,測(cè)量基極、發(fā)射極間電壓UBE。保持UCE不變,改變基極電阻Rb(即改變基極電流IB),可以測(cè)得與之對(duì)應(yīng)的UBE值,它們可以在輸入特性曲線上確定一個(gè)點(diǎn)。獲得一系列這樣的點(diǎn),繪成曲線,即得到輸入特性曲線,如圖3-4(b)所示。一、三極管的特性與識(shí)別1.輸入特性曲線127三極管輸入特性曲線與二極管伏安特性曲線一樣,也有死區(qū)電壓(硅管約為0.5V,鍺管約為0.1V)。只有UBE大于死區(qū)電壓時(shí),三極管才會(huì)出現(xiàn)IB。當(dāng)硅管的UBE接近0.7V,鍺管接近0.3V時(shí),電壓稍有增高,電流就會(huì)增大很多。為避免UBE過(guò)大導(dǎo)致IB劇增而損壞三極管,常在輸入回路串接限流電阻Rb。二、集成穩(wěn)壓器組成穩(wěn)壓電路的原理1.輸入特性曲線128產(chǎn)生集電極電流IC的電路稱為三極管的輸出電路,如圖3-5(a)的虛線所示。當(dāng)三極管基極電流IB為常數(shù)時(shí),輸出電路中集電極電流IC與集電極和發(fā)射極之間電壓UCE的關(guān)系曲線稱為三極管的輸出特性曲線,函數(shù)表達(dá)式為IC=f(UCE)|IB=常數(shù)調(diào)整Rb的值,使IB保持某一確定值不變。此時(shí)改變EC的值,可以獲得一系列與UCE對(duì)應(yīng)的IC的值,它們可以確定一系列點(diǎn),將其繪成曲線,即得一條輸出特性曲線。再調(diào)節(jié)Rb,重復(fù)上述過(guò)程,可以獲得由一系列曲線構(gòu)成的曲線族,如圖3-5(b)所示。一、三極管的特性與識(shí)別2.輸出特性曲線1292.輸出特性曲線

三極管輸出特性曲線的起始部分很陡,超過(guò)某一數(shù)值后變得平坦。由三極管的輸出特性曲線族可見(jiàn),三極管有3個(gè)不同的工作區(qū),即放大區(qū)、截止區(qū)和飽和區(qū)。也就是說(shuō),三極管具有放大、截止和飽和3種不同的工作狀態(tài),下面分別介紹。一、三極管的特性與識(shí)別010203截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)130放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)

在輸出特性曲線上,比較平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管工作在放大區(qū)的條件是發(fā)射結(jié)為正向偏置,集電結(jié)為反向偏置。截止區(qū)

三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)的條件是發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均為反向偏置。截止區(qū)的主要特點(diǎn)是IB=0時(shí),IC=ICEO(穿透電流)。飽和區(qū)

三極管工作在飽和區(qū)的條件是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都為正向偏置。飽和區(qū)的主要特點(diǎn)是IC不隨IB的增大而增大。一、三極管的特性與識(shí)別2.輸出特性曲線131一、三極管的特性與識(shí)別對(duì)于NPN型三極管而言,硅管UBE>0.6V,鍺管UBE>0.2V,且UCE>1V時(shí),三極管工作于放大區(qū)。在放大區(qū)內(nèi),基極電流IB一定時(shí),集電極電流IC基本不隨UCE變化;并且,IC的變化只受基極電流的控制,IB的微小變化將引起IC較大的變化。(1)放大區(qū)132(2)截止區(qū)

對(duì)NPN型硅管而言,當(dāng)UBE小于死區(qū)電壓時(shí)即已開(kāi)始截止,但是為了截止可靠,常使UBE<0。處在截止?fàn)顟B(tài)的三極管c、e極間呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。若ICEO忽略不計(jì),三極管如同工作在斷開(kāi)狀態(tài),三極管c、e極間近似等效為斷開(kāi)的開(kāi)關(guān),如圖3-6所示,其集電極電流幾乎為零,沒(méi)有放大作用。一、三極管的特性與識(shí)別133(3)飽和區(qū)

飽和時(shí),集電極和發(fā)射極之間的電壓稱為飽和壓降UCES,其值很小,一般硅管約為0.3V,鍺管約為0.1V。若UCE<UBE,則三極管處于飽和狀態(tài)。三極管飽和時(shí),UCE很小,但電流很大,呈低阻狀態(tài),三極管如同工作在短路狀態(tài)。忽略UCES時(shí),飽和的三極管c、e極間近似等效為閉合的開(kāi)關(guān),如圖3-7所示。一、三極管的特性與識(shí)別134(4)三極管的開(kāi)關(guān)作用的實(shí)例。三極管組成的開(kāi)關(guān)電路如圖3-8所示,其控制信號(hào)一般為正脈沖波。

當(dāng)脈沖出現(xiàn)時(shí),輸入端處于高電平UH,使基極有很大的注入電流,它引起很大的集電極電流,電源電壓EC大部分都降在負(fù)載電阻RL上,三極管集電極和發(fā)射極間的電壓降UCE變得很小。此時(shí),三極管的集電極和發(fā)射極之間如同接通了的開(kāi)關(guān),此狀態(tài)稱為導(dǎo)通。反之,當(dāng)輸入端控制電壓處于低電平UL時(shí),基極沒(méi)有電流注入,集電極電流很小,此時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓很小,電源電壓幾乎全部降在三極管上,集電極和發(fā)射極之間如同斷開(kāi)了的開(kāi)關(guān),此狀態(tài)稱為截止。2.輸出特性曲線一、三極管的特性與識(shí)別135小提示不同型號(hào)的三極管,其特性也有相同之處,同型號(hào)的三極管也有差異。在實(shí)際使用時(shí),首先必須利用專用儀器對(duì)三極管進(jìn)行測(cè)試,然后再加以選擇,以滿足不同電路的技術(shù)要求。136一、三極管的特性與識(shí)別三極管的參數(shù)是判斷管子質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)是正確安全使用的依據(jù)。參數(shù)一般可分為性能參數(shù)和極限參數(shù)兩大類。由于制造工藝的離散性,同一型號(hào)的管子,其參數(shù)也會(huì)有差異,這一點(diǎn)在使用時(shí)要特別注意。(三)三極管的主要參數(shù)137一、三極管的特性與識(shí)別1)電流放大系數(shù)三極管的電流放大系數(shù)分為動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)和靜態(tài)電流放大系數(shù)。當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí),集電極電流與基極電流的比值稱為靜態(tài)電流放大系數(shù),即β=IC

/IB

當(dāng)輸入信號(hào)不為零時(shí),在保持UCE不變的情況下,集電極電流的變化量與基極電流的變化量的比值稱為動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)β。1.三極管的性能參數(shù)138（1）

集電極-基極反向飽和電流ICBO。ICBO是指發(fā)射極開(kāi)路,集電極加反向電壓時(shí)測(cè)得的集電極電流。其值受溫度的影響很大。ICBO越小,意味著管子的溫度穩(wěn)定性越高。硅管的ICBO小于鍺管的ICBO。（2）

集電極-發(fā)射極反向電流ICEO。ICE