8.第八章-整流濾波電路

二零一四年元月第八章整流濾波電路主講：趙振寧新能源汽車(chē)電工電子與電力電子基礎(chǔ)2能說(shuō)出半波整流和全波整流的區(qū)別。能說(shuō)出濾波電路的濾波方法。能用電子元器件制作一個(gè)１２Ｖ的交流整流電路，并加濾波電路。知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)3第一節(jié)概述一、什么是半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體，如硅、鍺、硒以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物。純凈半導(dǎo)體導(dǎo)電能力差，絕緣性能也不強(qiáng)，既不宜用作導(dǎo)電材料，也不適合用作絕緣材料，因而長(zhǎng)期未被人們重視。后來(lái)，人們逐漸發(fā)現(xiàn)：溫度、光照、摻雜質(zhì)等外界條件能引起半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的顯著變化；即半導(dǎo)體具有熱敏、光敏、摻雜等特性。其中，最引人注目的是摻雜特性：在純凈半導(dǎo)體中摻進(jìn)微量的某種雜質(zhì)，對(duì)其導(dǎo)電性能影響極大。例如，在純硅中摻入百萬(wàn)分之一的硼，可使其導(dǎo)電能力增加幾十萬(wàn)倍以上。半導(dǎo)體技術(shù)飛躍發(fā)展的基礎(chǔ)，主要是利用了半導(dǎo)體的這種摻雜特性。4二、什么是晶體管半導(dǎo)體一般都呈晶體狀態(tài)，晶體有單晶與多晶之分。所有原子都按一定規(guī)律整齊排列的稱(chēng)為單晶體；大量的單晶顆粒雜亂排列就組成多晶體。制造半導(dǎo)體器件需用純度很高的單晶材料，所以半導(dǎo)體管也稱(chēng)為晶體管。自從第一個(gè)晶體管（俗稱(chēng)三極管）于１９４８年試制成功以來(lái)，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展極為迅速。由于晶體管、集成電路等半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、耗電少、壽命長(zhǎng)、工作可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，在電子技術(shù)中逐步取代了電子管器件，使電子裝置在微型化、可靠性方面不斷進(jìn)步，在現(xiàn)代生產(chǎn)與科技的各個(gè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。第一節(jié)概述5第二節(jié)ＰＮ結(jié)一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式半導(dǎo)體中的電子不像在絕緣體中被束縛得那樣緊，由于熱運(yùn)動(dòng)或受光照射，有少量電子獲得足夠的能量，就能掙脫束縛而成為自由電子。在外電場(chǎng)作用下，這些自由電子就逆著電場(chǎng)方向移動(dòng)而形成電流。這種導(dǎo)電方式稱(chēng)為電子導(dǎo)電，是半導(dǎo)體中的一種導(dǎo)電方式。每當(dāng)一個(gè)電子掙脫束縛成為自由電子時(shí)，就留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴。中性的原子因失去一個(gè)電子而帶正電，同時(shí)形成了一個(gè)空穴，故可認(rèn)為空穴是帶正電的。在外電場(chǎng)作用下，帶正電的空穴沿著電場(chǎng)方向移動(dòng)而形成電流（實(shí)際上是鄰近的電子填補(bǔ)了空穴，而又留下新的空穴，新空穴再吸引鄰近的電子，…從而形成空穴的“移動(dòng)”）。這種導(dǎo)電方式稱(chēng)為空穴導(dǎo)電，它是半導(dǎo)體的又一導(dǎo)電方式。半導(dǎo)體中同時(shí)存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電，這是它導(dǎo)電方式的基本特點(diǎn)，也是它與金屬在導(dǎo)電上的本質(zhì)差別。自由電子和空穴都稱(chēng)為載流子。6二、兩種（Ｎ型與Ｐ型）半導(dǎo)體１.Ｎ型半導(dǎo)體現(xiàn)代電子技術(shù)用得最多的半導(dǎo)體材料是硅（Ｓｉ）與鍺（Ｇｅ），它們都是四價(jià)元素，即有四個(gè)價(jià)電子。單晶硅（或鍺）中摻入微量的五價(jià)元素磷Ｐ（或砷Ａｓ、銻Ｓｂ），晶體結(jié)構(gòu)中多余的一個(gè)價(jià)電子很容易脫離原子核的束縛而成為自由電子。于是半導(dǎo)體中的自由電子增多，顯著提高了它的導(dǎo)電能力。因?yàn)檫@種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式是電子導(dǎo)電，故稱(chēng)之為電子型半導(dǎo)體或Ｎ型半導(dǎo)體。在Ｎ型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)多子；空穴是少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱(chēng)少子。第二節(jié)ＰＮ結(jié)7二、兩種（Ｎ型與Ｐ型）半導(dǎo)體２.Ｐ型半導(dǎo)體單晶硅（或鍺）中摻入微量的三價(jià)元素硼Ｂ（或銦Ｉｎ、鋁Ａｌ、鎵Ｇａ），硼原子只有三個(gè)價(jià)電子，在晶體結(jié)構(gòu)中因缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空穴。這樣就出現(xiàn)大量空穴，其主要導(dǎo)電方式是空穴導(dǎo)電，故稱(chēng)之為空穴型半導(dǎo)體或Ｐ型半導(dǎo)體，其中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子。應(yīng)當(dāng)注意的是，不論Ｎ型還是Ｐ型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但整個(gè)晶體仍然呈電中性。這是因?yàn)楸菊髟睾碗s質(zhì)元素的每?jī)蓚€(gè)原子本來(lái)就是中性的，所以從宏觀上看，摻雜半導(dǎo)體并不帶電。第二節(jié)ＰＮ結(jié)8三、ＰＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?ＰＮ結(jié)的形成第二節(jié)ＰＮ結(jié)9三、ＰＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦缘诙?jié)ＰＮ結(jié)10第三節(jié)二極管一、二極管的分類(lèi)和符號(hào)11二、二極管的伏安特性第三節(jié)二極管12三、二極管應(yīng)用利用二極管的單向?qū)щ娦?，可將它用作檢波、整流、鉗位、開(kāi)關(guān)等。第三節(jié)二極管13四、二極管參數(shù)二極管的參數(shù)有很多，從使用角度來(lái)說(shuō)，主要參數(shù)有兩個(gè)：１）最高整流電流ＩＦＭ：即二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)允許流過(guò)的正向平均電流。它由材料和ＰＮ結(jié)的面積決定。電流超過(guò)這個(gè)允許值時(shí)，二極管將因過(guò)熱而損壞。２）最高反向工作電壓ＵＲＭ：即保證二極管不被擊穿而給出的最高反向電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。此外，還有最大反向電流、正向電壓、工作頻率等參數(shù)，選用二極管時(shí)也應(yīng)注意。第三節(jié)二極管14穩(wěn)壓二極管是一種特殊的二極管，它工作于反向擊穿區(qū)，可起穩(wěn)壓作用，第十二章中將專(zhuān)題講述。圖８５所示為穩(wěn)壓二極管的圖形符號(hào)。利用半導(dǎo)體導(dǎo)電過(guò)程中電子與空穴復(fù)合時(shí)的輻射發(fā)光效應(yīng)，可制成發(fā)光二極管（ＬＥＤ）。制造發(fā)光二極管常用的材料有磷砷化鎵、磷化鎵、砷化鎵等。選用不同的材料能發(fā)出紅、綠、黃等色的可見(jiàn)光以及紅外線(xiàn)輻射。發(fā)光二極管常用作數(shù)字顯示器件，圖８-６所示為它的圖形符號(hào)。第三節(jié)二極管15第四節(jié)整流電路一、什么是整流所謂整流，就是把交流電變成直流電。按所用交流電源相數(shù)，可分為單相和三相整流；按負(fù)載上所得整流波形，可分為半波和全波整流。（注：相是電機(jī)線(xiàn)圈的個(gè)數(shù)，一個(gè)線(xiàn)圈為一相）16二、單相半波整流電路第四節(jié)整流電路17第四節(jié)整流電路18三、橋式全波整流電路第四節(jié)整流電路19第四節(jié)整流電路20第四節(jié)整流電路21第四節(jié)整流電路22第五節(jié)濾波電路一、電容濾波2324第五節(jié)濾波電路25第五節(jié)濾波電路26第五節(jié)濾波電路27第五節(jié)濾波電路28二、電感濾波第五節(jié)濾波電路29第五節(jié)濾波電路30三、復(fù)式濾波１.ＬＣ濾波器第五節(jié)濾波電路31三、復(fù)式濾波２.π型ＬＣ濾波器第五節(jié)濾波電路32三、復(fù)式濾波３.π型ＲＣ濾波器第五節(jié)濾波電路33第六節(jié)整流、濾波和穩(wěn)壓電路在汽車(chē)上的應(yīng)用一、三相全波整流器１.六管整流原理34２.八管交流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)第六節(jié)整流、濾波和穩(wěn)壓電路在汽車(chē)上的應(yīng)用35第六節(jié)整流、濾波和穩(wěn)壓電路在汽車(chē)上的應(yīng)用36３.九管交流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)