《電子基礎(chǔ)與技能》項(xiàng)目二整流電路二極管、整流電路

1.1

半導(dǎo)體二極管1.2單相整流電路

第一章半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)知識1.1.1

什么是半導(dǎo)體

2．載流子：半導(dǎo)體中，攜帶電荷參與導(dǎo)電的粒子。自由電子：帶負(fù)電荷空穴：帶與自由電子等量的正電荷均可運(yùn)載電荷——載流子特性：在外電場作用下，載流子都可以做定向移動(dòng)，形成電流。

1．半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間,且隨著摻入雜質(zhì)、輸入電壓（電流）、溫度和光照條件的不同而發(fā)生很大變化，人們把這一類物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。1.1半導(dǎo)體二極管

3．N型半導(dǎo)體：主要靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。

4．P型半導(dǎo)體：主要靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體。

1.1.2

PN結(jié)即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。

PN結(jié)：經(jīng)過特殊的工藝加工，將P

型半導(dǎo)體和N

型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起，則在兩種半導(dǎo)體的交界面就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)特殊的接觸面，稱為PN結(jié)。

PN

結(jié)具有單向?qū)щ娞匦浴?.1半導(dǎo)體二極管

（1）正向?qū)ǎ弘娫凑龢O接P型半導(dǎo)體，負(fù)極接N型半導(dǎo)體，電流大。

（2）反向截止：電源正極接N型半導(dǎo)體，負(fù)極接P型半導(dǎo)體，電流小。結(jié)論：PN

結(jié)加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，加反向電壓時(shí)截止，這種特性稱為PN

結(jié)的單向?qū)щ娦浴?/p>

1.1半導(dǎo)體二極管如果反向電流未超過允許值，反向電壓撤除后，PN

結(jié)仍能恢復(fù)單向?qū)щ娦浴?/p>

反向擊穿：PN結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時(shí)，反向電流急劇增大，稱為PN結(jié)的反向擊穿。

熱擊穿：若反向電流增大并超過允許值，會(huì)使PN

結(jié)燒壞，稱為熱擊穿。結(jié)電容：PN結(jié)存在著電容，該電容為PN

結(jié)的結(jié)電容。1.1半導(dǎo)體二極管1.1.3

半導(dǎo)體二極管

1．半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號

利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕梢杂脕碇圃煲环N半導(dǎo)體器件——半導(dǎo)體二極管。

箭頭表示正向?qū)娏鞯姆较颉?/p>

電路符號如圖所示。1.1半導(dǎo)體二極管由于管芯結(jié)構(gòu)不同，二極管又分為點(diǎn)接觸型（如圖a）、面接觸型（如圖b）和平面型（如圖c）。

點(diǎn)接觸型：PN結(jié)接觸面小，適宜在小電流狀態(tài)下使用。面接觸型、平面型：PN結(jié)接觸面大，截流量大，適合于大電流場合中使用。1.1半導(dǎo)體二極管按材料分：硅和鍺按工作頻率分：高頻管和低頻管按工作電流：小電流和大電流二極管按功能分：開關(guān)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、檢波二極管

2．二極管的特性

伏安特性：二極管的導(dǎo)電性能由加在二極管兩端的電壓和流過二極管的電流來決定，這兩者之間的關(guān)系稱為二極管的伏安特性。硅二極管的伏安特性曲線如圖所示。特性曲線1.1半導(dǎo)體二極管②正向?qū)ǎ寒?dāng)外加電壓大于死區(qū)電壓后，電流隨電壓增大而急劇增大，二極管導(dǎo)通。①死區(qū)：當(dāng)正向電壓較小時(shí)，正向電流極小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，如OA段，通常把這個(gè)范圍稱為死區(qū)。

死區(qū)電壓：

導(dǎo)通電壓：?íì=onV0.2V~0.3V（Ge）0.6V~0.7V（Si）

結(jié)論：正偏時(shí)電阻小，具有非線性。

（1）正向特性（二極管正極電壓大于負(fù)極電壓）1.1半導(dǎo)體二極管?íì=(Si）V0.2V5.0TV(Ge）

②反向擊穿：若反向電壓不斷增大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流就會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。①反向飽和電流：當(dāng)加反向電壓時(shí)，二極管反向電流很小，而且在很大范圍內(nèi)不隨反向電壓的變化而變化，故稱為反向飽和電流。

（2）反向特性（二極管負(fù)極電壓大于正極電壓）

普通二極管不允許出現(xiàn)此種狀態(tài)。

結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。二極管屬于非線性器件

1.1半導(dǎo)體二極管

3．半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

（1）最大整流電流IF：

二極管長時(shí)間工作時(shí)允許通過的最大直流電流。

二極管正常使用時(shí)允許加的最高反向電壓。使用時(shí)應(yīng)注意流過二極管的正向最大電流不能大于這個(gè)數(shù)值，否則可能損壞二極管。

（2）最高反向工作電壓VRM使用中如果超過此值，二極管將有被擊穿的危險(xiǎn)。1.1半導(dǎo)體二極管2.1

單相整流電路2.2

其他二極管及應(yīng)用電路

本章小結(jié)第二章二極管應(yīng)用電路2.1.1單相半波整流電路將交變電流變換成單向脈動(dòng)電流的過程稱為整流。實(shí)現(xiàn)這種功能的電路稱為整流電路或稱整流器。2.1單相整流電路

單相半波整流電路如圖所示。由電源變壓器T、整流二極管VD和負(fù)載電阻RL組成。2.1

單相整流電路（1）當(dāng)v2為正半周時(shí)，二極管VD加正向電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)，RL上產(chǎn)生正半周電壓vO，如圖（b）所示。（2）當(dāng)v2為負(fù)半周時(shí)，二極管VD加反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，RL上無電流流過，如圖（c）所示。工作原理示意圖如圖所示。1．工作原理各波形之間的對應(yīng)關(guān)系如圖所示。2.1

單相整流電路

半波整流：電路僅利用電源電壓的半個(gè)波，故稱半波整流。

脈動(dòng)直流電：大小波動(dòng)，方向不變的電流（或電壓）稱為脈動(dòng)直流電。

半波整流后的輸出信號為半波脈動(dòng)直流電。半波整流電路的缺點(diǎn)是電源利用率低，且輸出脈動(dòng)大。2.1

單相整流電路（5）正確選擇二極管的參數(shù)：①最大整流電流：②最高反向工作電壓：IVM≥IO≥

2.1

單相整流電路

單相全波整流電路如圖所示。2.1.2單相全波整流電路2.1

單相整流電路

1．工作原理

（2）當(dāng)v1

為負(fù)半周時(shí)，如圖（b）所示，VD2

導(dǎo)通，VD1

截止，RL

兩端輸出電壓。2.1

單相整流電路

（1）當(dāng)v1

為正半周時(shí)，如圖（b）所示，VD1

導(dǎo)通，VD2

截止，RL

兩端輸出電壓。全波整流波形如圖所示。2.1

單相整流電路

2．負(fù)載與整流二極管的電壓和電流

（1）負(fù)載所獲得的直流電壓平均值：

VO=20.45V2=0.9V2

（2）負(fù)載平均電流：

（3）每只二極管承受的反向峰值電壓

VR

（4）每只二極管通過的平均電流：2.1

單相整流電路

1．工作原理

具有電阻負(fù)載的橋式整流電路如圖所示。2.1.3單相橋式整流電路2.1

單相整流電路（1）當(dāng)v1為正半周時(shí)，如圖（b）所示，VD1和VD2導(dǎo)通，VD3和VD4截止，RL兩端輸出電壓vO

。（2）當(dāng)v1為負(fù)半周時(shí)，如圖（b）所示，VD3和VD4導(dǎo)通，VD1和VD2截止，RL兩端輸出電壓vO

。2.1

單相整流電路

2．負(fù)載與整流二極管的電壓和電流（1）負(fù)載電壓VO

（2）負(fù)載電流IL

（3）流過二極管的正向電流

IV（4）二極管反向峰值電壓VRVO=0.45V22.1

單相整流電路

2．負(fù)載與整流二極管的電壓和電流

（1）負(fù)載所獲得的直流電壓平均值：

VO=20.45V2=0.9V2

（4）每只二極管承受的反向電壓：

（3）每只二極管通過的平均電流：

（2）負(fù)載平均電流：2.1

單相整流電路（1）當(dāng)v1為正半周時(shí)，如圖（b）所示，VD1和VD2導(dǎo)通，VD3和VD4截止，RL兩端輸出電壓vO

。（2）當(dāng)v1為負(fù)半周時(shí)，如圖（b）所示，VD3和VD4導(dǎo)通，VD1和VD2截止，RL兩端輸出電壓vO

。2.1

單相整流電路

[例2-1]

有一直流負(fù)載需要直流電壓6V，直流電流0.4

A，若采用橋式整流電路，求電源變壓器的二次電壓。并選擇二極管的型號。則

解

取V2=9.1V

(6.7

V+0.7

V

2)因VL=0.9V2

流過二極管的平均電流

選擇二極管可用整流電流為300mA，額定反向工作電壓為25V的2CZ53A，共四只。

二極管承受的反向電壓2.1

單相整流電路

橋式整流電路波形如圖所示。2.1

單相整流電路

在整流電路后加接濾波電路可使負(fù)載得到平滑的直流電壓。常見的濾波電路有

型LC濾波、

型LC

濾波和

型RC濾波，如圖所示。2.1.4濾波電路簡介2.1

單相整流電路

1．電容濾波電路

電路圖如圖所示。

（1）電容器在半波整流電路中的濾波作用2.1

單相整流電路2.1

單相整流電路①v2為第一個(gè)正半周當(dāng)v2

<

vC

時(shí)，VD截止，電容器對負(fù)載RL放電，RL中有電流，放電延續(xù)到下一個(gè)正半周。如圖（c）所示。當(dāng)v2

>

vC

時(shí)，VD導(dǎo)通，對C充電。如圖（b）所示。

v2由0開始上升，但當(dāng)

v2

<

vC時(shí)，VD仍截止。

②v2為第二個(gè)正半周當(dāng)

v2>

vC時(shí)，VD導(dǎo)通，繼續(xù)對C充電，但因?yàn)殡娙萜魃嫌惺Ｓ嚯妷海潆姇r(shí)間縮短。當(dāng)

v2<

vC時(shí)，VD截止，電容通過RL放電。直流電流：

負(fù)載上的直流電壓近似等于輸入電壓

v2的峰值V2m

，即VO

≈V2m

。2.1

單相整流電路

③電容的充放電反復(fù)進(jìn)行，直到電容器C上充電上升的電壓等于放電下降的電壓時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。波形如圖（d）所示。電路圖和波形如圖所示。

（2）電容器在全波整流電路中的濾波作用2.1

單相整流電路

②輸出電壓（平均值）：

①全波整流電路輸出的是全波脈動(dòng)直流電，輸入電壓正負(fù)半周對電容C充電兩次，充電方向相同，電容C對負(fù)載放電時(shí)間縮短。半波：VO

=V2

全波：VO

=1.2V2

2.1

單相整流電路

圖示采用

型RC濾波電路的橋式整流器。

2．RC濾波電路

電路中C1的作用和上面講的濾波作用相同，R和C2起進(jìn)一步平滑作用，C2越大，效果越好。只是電阻R上的直流壓降使輸出電壓降低。2.1

單相整流電路

3．

型LC濾波電路圖示為

型LC濾波電路。2.1

單相整流電路

圖中L為電感量很大的鐵心線圈，使加到RL上的交流成分減小，所以這種濾波器的平滑濾波作用比RC濾波器好。2.1

單相整流電路

4．

型LC濾波電路圖示為

型LC濾波電路。

濾波作用最好，適用于負(fù)載電阻小，電流大，濾波電壓要求比較高的場合。

這種濾波電路線圈體積大、笨重、成本高。

2.2.1發(fā)光二極管（LED）

LED的外形和電路符號如圖所示。

一般發(fā)光二極管加上一定的正向電壓時(shí)，能發(fā)出紅、綠和黃色的光。

發(fā)光二極管的PN采用特殊工藝制成。

1．LED的結(jié)構(gòu)和符號2.2

其他二極管及其應(yīng)用電路

2．LED的特性

LED的伏安特性如圖所示。

優(yōu)點(diǎn)：亮度高、電壓低、體積小、可靠性高、壽命長、響應(yīng)速度快、顏色鮮。

①正向工作電壓：比普通二極管高，約1.2V~2.5

V；

②反向擊穿電壓：一般比普通二極管低，約5V左右。2.2

其他二極管及其應(yīng)用電路

3．LED的主要參數(shù)

發(fā)光二極管的特性參數(shù)主要包括電性能參數(shù)和光性能參數(shù)。

4．LED驅(qū)動(dòng)電路。

（1）單個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路如圖所示。2.2

其他二極管及其應(yīng)用電路（2）多個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路如需同一電源同時(shí)驅(qū)動(dòng)幾只LED，應(yīng)將他們串起來，如圖（b）所示。也可將若干個(gè)LED分別串聯(lián)后再并聯(lián),如圖（c）所示。2.2

其他二極管及其應(yīng)用電路

定義：穩(wěn)壓二極管是一種能穩(wěn)定電壓的二極管。

電路符號和伏安特性如圖所示。

2.2.2穩(wěn)壓二極管2.2

其他二極管及其應(yīng)用電路

1．穩(wěn)壓二極管的特性

穩(wěn)壓二極管通常工作在反向擊穿區(qū)，通過穩(wěn)壓二極管的電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，電壓基本不變。穩(wěn)壓的兩個(gè)基本條件：

（1）管子兩端需加上一個(gè)大于其擊穿電壓的反向電壓。

（2）采取適當(dāng)措施限制擊穿后工作的反向電流值。

2.2

其他二極管及其應(yīng)用電路

2．穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)

（1）穩(wěn)定電壓VZ：穩(wěn)壓二極管在正常工作狀態(tài)下管子兩端的電壓值。

（2）穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓二極管在正常工作狀態(tài)下的工作電流。

（3）耗散功率PCM：穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓VZ與最大穩(wěn)定電流IZM的乘積，若使用中超過這個(gè)數(shù)值，穩(wěn)壓管將被燒毀。2.2

其他二極管及其應(yīng)用電路

1．光電二極管的電路符號及工作原理。

2.2.3