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第4章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用
4.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)4.2半導(dǎo)體二極管4.3直流穩(wěn)壓電源
4.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)4.2.2二極管的伏安特性(工作區(qū)域)4.2.3二極管的等效模型4.2.4二極管的基本應(yīng)用4.2.5特殊二極管4.2半導(dǎo)體二極管正極負(fù)極PN基本結(jié)構(gòu)示意圖電路符號(hào)4.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)4.2.2二極管的伏安特性U/VI/mAUon正向特性導(dǎo)通電壓反向特性反向飽和電流U(BR)反向擊穿電壓擊穿特性限流電阻1、二極管加正向電壓(正向偏置)IF
二極管加正向電壓時(shí),正向電流較大,正向電阻較小,二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。4.2.2二極管的單向?qū)щ娦?.2.2二極管的單向?qū)щ娦韵蘖麟娮?、二極管加反向電壓(反向偏置)
二極管加反向電壓時(shí),正向電流較小,正向電阻較大,二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。4.2.2二極管的單向?qū)щ娦?.2.3二極管的等效模型理想模型1、理想模型正向?qū)?電壓等于零,相當(dāng)于短路;反向截止:電流等于零,相當(dāng)于開(kāi)路。當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)大于二極管的管壓降時(shí)(5~10倍),利用此模型分析是可行的。UD>0,二極管導(dǎo)通UD<0,二極管截止ID/mAUonU/VE恒壓降模型ID/mAUon2、恒壓降模型UD>Uon時(shí)二極管導(dǎo)通UD<Uon時(shí)二極管截止正向?qū)〞r(shí),其管壓降為恒定值,且不隨電流而變化。硅管為0.7V,鍺管為0.3V。U/VE4.2.3二極管的等效模型
含二極管的電路分析
分析方法:假設(shè)二極管截止,求出二極管兩端的電位U+和U-,進(jìn)而判斷二極管工作狀態(tài)。理想模型:若UD=U+
-U->0二極管導(dǎo)通;若UD=U+
-U-
<
0二極管截止。恒壓降模型:若UD=U+
-U->Uon二極管導(dǎo)通;若UD=U+
-U-
<
Uon二極管截止。已知ui=5sinωt(V),二極管導(dǎo)通電壓Uon=0.7V。試畫(huà)出ui與uO的波形,并標(biāo)出幅值。uO一、限幅電路(恒壓降模型)4.2.4二極管的應(yīng)用
由二極管組成的開(kāi)關(guān)電路如圖所示,判斷圖中二極管是導(dǎo)通還是截止,并確定電路的輸出電壓Uo(設(shè)二極管是理想二極管)。4.2.4二極管的應(yīng)用二、開(kāi)關(guān)電路(理想模型)UZIZmax
UZ
IZuiO_+IZmin
1、穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)可以起到穩(wěn)壓作用;2、穩(wěn)定電壓值就是穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓值UZ。思考:怎樣才能保證穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)域?
1、伏安特性曲線4.2.5特殊二極管——穩(wěn)壓二極管PN穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路注意:穩(wěn)壓管電路必須與限流電阻配合使用,以便將穩(wěn)壓管的反向擊穿電流控制在IZmin~I(xiàn)Zmax之間。否則,低于IZmin時(shí)管子的穩(wěn)壓效果變差,高于IZmax時(shí)管子將因過(guò)熱而損壞。
2、限流電阻的選擇4.2.5特殊二極管——穩(wěn)壓二極管PN穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路
2、限流電阻的選擇4.2.5特殊二極管——穩(wěn)壓二極管4.3直流穩(wěn)壓電源4.3.1直流穩(wěn)壓電源的組成4.3.2整流電路4.3.3濾波電路4.3.4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電源
電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負(fù)載~220V50Hz4.3.1直流穩(wěn)壓電源的組成電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。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(jiàn)的整流電路:
半波、全波、橋式和倍壓整流;單相和三相整流。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理:
二極管的正向?qū)娮铻榱?,反向電阻為無(wú)窮大。整流原理:
利用二極管的單向?qū)щ娦浴?.3.2整流電路一、單相橋式整流(1)輸出直流電壓高;
(2)脈動(dòng)較小;
(3)二極管承受的最大反向電壓較低;
(4)電源變壓器得到充分利用。單相橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn):濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):電容與負(fù)載RL并聯(lián),或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC4.3.2濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析,其電路如圖所示。(一)濾波原理a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC(電容的充、放電過(guò)程)(二)輸出電壓平均值當(dāng)負(fù)載開(kāi)路時(shí)當(dāng)RLC=(3~5)T/2時(shí)考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng),電容的耐壓值應(yīng)大于(三)脈動(dòng)系數(shù)S
約為10%~2
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