2-半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用(精)

1、1.4半導(dǎo)體二極管的基本應(yīng)用電路1.4.2限幅電路1.4.3鉗位電路1.4.4硅整流組合管簡(jiǎn)介1.4.5光電耦合器1.4.1 單相橋式整流電路一、單相半波整流電路1.工作原理輸入正半周輸入負(fù)半周1.4.1單相整流濾波電路S E E 0單相全波整流電路3K27C:3.3OT斑27c兀兀ZT.J2.2!: /rK C 2-y2U1.工作原理 輸入正半周8SI E El O4.二極管參數(shù)的計(jì)算(i)二極管平均電流(2)二極管最大反向壓并 OEM單相橋式整流電路與單相全 -|波整流電路一樣，在工頻交叭：流電的正負(fù)半周都有輸出.oJ* 2.輸入負(fù)半周工作原理:兀27C37C:I處處2兀兀3比比八,-y/

2、2US E E 01輸入”DRMGJtIo !：2、濾波的基本概念津波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不 同，實(shí)現(xiàn)濾波。電春器C直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，聽(tīng)以CIS該 并聯(lián)裡負(fù)裁兩如并聯(lián)裡負(fù)裁兩如電感器E応直流阻抗小，為交流阻抗大，因此應(yīng)與負(fù)報(bào)率聯(lián)與負(fù)報(bào)率聯(lián). .經(jīng)過(guò)濾波電路后經(jīng)過(guò)濾波電路后. .既可保留直流分豪、又可濾據(jù)既可保留直流分豪、又可濾據(jù) 一部分交流分改一部分交流分改變了交直流成分的比例。減小了變了交直流成分的比例。減小了 電路的脈動(dòng)系數(shù)電路的脈動(dòng)系數(shù). .改善了直流電壓的改善了直流電壓的質(zhì)畳質(zhì)畳. .若電路處于正半周，二極管D、6 導(dǎo)通，變壓 器次端電壓弘2給電容器C充電。此時(shí)C相

3、當(dāng)于并聯(lián) 在/上，所頃輸出波形同弘2，是正弦形。（在剛過(guò)90時(shí)，正弦曲線下降的 速率很慢。所以剛過(guò)90時(shí)二極管仍然 導(dǎo)通。在超過(guò)90。后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線 下降的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線 j 起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。 所以，在“到2時(shí)刻，二極 管導(dǎo)電，c充也，MC=ML按正弦I）規(guī)律變化；（2到時(shí)刻二極管關(guān) 斷，叱按指數(shù)曲線下降，放I電時(shí)間常數(shù)為RLCO140 I0畢 i i ! i 471說(shuō)汽讎指出的是,當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)增加時(shí), 耳點(diǎn)要右移，5點(diǎn)要左移， 二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，反之，弘?yún)[減少時(shí)，導(dǎo)通 角增加。顯然，當(dāng)很 小，即人很大時(shí)，電容濾 波的效果不好，見(jiàn)曲線2。導(dǎo)通角減小，見(jiàn)曲線

4、3；反之，當(dāng)尺.很大，即人很小1濾波使叫的波形更平滑，提高了叫的平均值。2“。的平滑程度取決于放電時(shí)間常數(shù)t=RxC。3二極管的導(dǎo)通時(shí)間縮短了。17例1 3 2要求直流輸出電壓(7O= 24V, /o= 120mA, 220V的交 流電源頻率/ =50Hz,采用單相橋式整流電容濾波，選擇元件。竝IJ 24解1 電源變壓器參數(shù)計(jì)算t/2=- = =20VJL.Zr JL.Zr變壓器變比：Ar=i-=220V=nU220V變壓器副邊電流：/2= 2/o= 2x120 mA= 240 mA2.整流二極管選擇二極管平均電流：ZD=|/o=|xl20mA=60mA承受最高反壓：3.選濾波電容c=2r比U

5、 J Io20 QaE(HJ畫(huà)輸出電壓隨輸出電流的增大而明顯降低，帶負(fù)載能力差。(I/o電容濾波電路適用于電容濾波電路適用于 輸出電壓輸出電壓較高，負(fù)載較高，負(fù)載 電流較小且負(fù)載變電流較小且負(fù)載變動(dòng)動(dòng) 不大的場(chǎng)合。不大的場(chǎng)合。Io電容濾波：優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，輸出直流電壓較高，紋波較小。 缺點(diǎn)：帶負(fù)載能力差。2CZ53B:7F= 0.3 AURM=50 V硅堆QL3:0.2 A, 50 V 2f/DRM=V2t/2=28.2V取RLC = 2T = 2xl/50 = 0.04s0.04 s=200 jiF電解電容:200 pF耐壓5() VU。后2204、電感濾波當(dāng)卩2正半周時(shí)，D、D3導(dǎo)電,電感

6、中的電流將滯后卩2。當(dāng)負(fù)半周時(shí), 電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。因 橋式電路的對(duì)稱性，和電感中電流的 連續(xù)性，四個(gè)二極管D、D3；D2、 卜W矽導(dǎo)通角都是蘭U。的電流不能突變醴的負(fù)載L相19丿電感濾波的特點(diǎn)、1由于電感的低通特性，使叫的波形更平滑。2二極管的導(dǎo)通時(shí)間較長(zhǎng)。3電感線圈的電感值較大，其等效電阻也較大, 使心的平均值下降；而且笨重.體積大。4電感線圈易對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生電磁干擾。5一般只適用于低電壓.大電流的場(chǎng)合。優(yōu) Q 頻率越高，Q 越大，從.越小，濾波效果越好。 缺點(diǎn)：電感鐵心笨重、體積大。適用于負(fù)載電流較大且負(fù)載變化大的場(chǎng)合。20姫警餐F辺回畫(huà)HD各種濾波器的比較II類型電容濾

7、波電感濾波RCTI型LC-TC型LC-T型%=1.2Uo=1.2I/。s 1.2Uo=1.2Uo| = 0.9 l/o二極管 沖擊電流大小大小大1帶載能力差強(qiáng)差強(qiáng)差適用場(chǎng)合1 (小電流大電流小電流大/小電流小電流1其它特點(diǎn)電路 簡(jiǎn)單 電感笨重 成本高脈動(dòng)成分小，但人 上有直流 壓降脈動(dòng)成分 減小，但 電感笨重 成本高脈動(dòng)成分 減小，適 應(yīng)性較強(qiáng)，但有電感222123倍壓整流電路 只適于負(fù)載電 流很小的場(chǎng)合“2正半周，正半周，D導(dǎo)通導(dǎo)通, ,C1充電充電至至屁屁2“2負(fù)半周，導(dǎo)通負(fù)半周，導(dǎo)通, ,G充電充電至至2yj2U2yj2UU U2 2再次正半周再次正半周，D19D3導(dǎo)通導(dǎo)通, ,C不同整

8、流和濾波器的比較名稱%（空載）%（帶載）二極管反向 最大電壓每管平均 電流半波整流屁20.45匕后2h.全波整流屯容濾波J2VJ2V厶1.2*2 2邁VrVr0.5/L橋電容濾波42V42V2 21.2V2*A/2V20.5/k橋電感濾波V2V.0.9 “2A/2V2O.57L*使用條件:5=RLcn（35）；回回畫(huà)回42U3V2t72充電至充電至丿刃丿刃2,C3充電充電至*21/2*21/2“2再次負(fù)半周，。再次負(fù)半周，。2，。4導(dǎo)通導(dǎo)通, ,C2充電充電至至2j2U2j2U”4 4充電至充電至2y/2U2y/2U2 2261.4.3鉗位電路兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管

9、，分析二極管陽(yáng) 極和陰極的電位。Vi陽(yáng)=6 V,#2陽(yáng)=0 V,片陰=#2陰=_12VUDl= 6V,UD2=12V UD2UDlD2優(yōu)先導(dǎo)通，D截止。雖+丄3k呼-12V6Vy2光電耦合器件的特點(diǎn)(1)具有電隔離的功能它的輸入、輸出信號(hào)間完全沒(méi)有電路的聯(lián)系，所以輸入和輸出回路的 電子零位可以任意選擇。絕緣電阻高達(dá)101010120 ,擊穿電壓高達(dá)10025kV,耦合電容小于1PF。信號(hào)傳輸方式信號(hào)傳輸是單向性的，不論脈沖、直流都可以使用。適用于模擬信 號(hào)和數(shù)字信號(hào). 具有抗干擾和噪聲的能力它作為繼電器和變壓器使用時(shí)，可以使線路板上看不到磁性元件。 它不受外界電磁干擾.電源干擾和雜光影響。響應(yīng)

10、速度快一般可達(dá)微秒數(shù)量級(jí)，甚至納秒數(shù)量級(jí)。它可傳輸?shù)男盘?hào)頻率在直32流至10MHz之間。34實(shí)用性強(qiáng)具有一般固體器件的可靠性，體積小，重量輕，抗震，密封防水， 性能穩(wěn)定，耗電省，成本低，工作溫度范圍在一55+1009之間。即具有耦合特性又具有隔離特性它能很容易地把不同電位的兩組電路互連起來(lái)，圓滿地完成電平匹 配、電平轉(zhuǎn)移等功能.二、光電耦合器件的特性參數(shù)1.傳輸特性光電耦合器件的傳輸特性就是輸入與輸出間的特性，它用下列幾個(gè) 性能參數(shù)來(lái)描述。電流傳輸比在直流工作狀態(tài)下，光電耦合器件的集電極電流Ic與發(fā)光二極管 的注入電流IF之比定義為光電耦合器件的電流傳輸比，用卩表示。卩=厶xlOO%-(2)輸

11、入與輸出間的寄生電容CFC當(dāng)CFC變大時(shí)，會(huì)使光電耦合器件的工作頻率下降，也能使其共模抑 制比35CMRRT降，故后面的系統(tǒng)噪音容易反饋到前面系統(tǒng)中。對(duì)于一般的 光電耦合器件，其CFC僅僅為幾個(gè)pF,般在中頻范圍內(nèi)都不會(huì)影響電路 的正常工作，但在高頻電路中就要予以重視了。36(3)最高工作頻率伽頻率特性分別取決于發(fā)光器件與光電接收器件的頻率特性，由發(fā)光 二極管與光電二極管組成的光電耦合器件的頻率響應(yīng)最高，最高工作頻 率fm接近于10MHz,其他組合的頻率響應(yīng)相應(yīng)降低。(4)脈沖上升時(shí)聞tr和下降時(shí)間tf光電耦合器在脈沖電壓信號(hào)的作用下的時(shí)間響應(yīng)特性用輸出端的上 升時(shí)間ti和下降時(shí)間tf描述。如

12、圖6-36所示為典型光電耦合器件的脈沖 響應(yīng)特性曲線。2.隔離特性(1)輸入與輸出間隔離電壓BVCFO光電耦合器的輸入(發(fā)光器件)與輸出(光電接收器件)的隔離特 性可用它們之間的隔離電壓BVCFO來(lái)描素.一般低壓使用時(shí)隔離特性都 能滿足要求，在高壓使用時(shí)，隔離電壓成為重要的參數(shù).已經(jīng)可以制造 出用于高壓隔離應(yīng)用的耐壓高達(dá)幾千伏或上萬(wàn)伏的光電耗合器件.輸入與輸出間的絕緣電阻RFC光電耦合器隔離特性另一種描述方式是絕緣電阻.光電耦合器的隔 離電阻一般在IO。之間.它與耐壓密切相關(guān)，它與0的關(guān)系和耐 壓與0的關(guān)系一樣.383.光電耦合器件的抗干擾特性1光電耦合器件的輸入阻抗很低，一般為lon-ikn

13、；而干擾源的 內(nèi)阻很大，為213仏 按分壓比計(jì)算，能夠饋送到光電耦合器件輸入 端的干擾噪聲變得很小。2由于干擾噪聲源的內(nèi)阻很大，干擾電壓供出的能量卻很小，只 能形成很弱的電流。而發(fā)光二極管只有在通過(guò)一定的電流時(shí)才能發(fā)光。 因此，被它抑制掉.出是用光含的，且被密封在管殼內(nèi)， 不會(huì)受到外界光的干擾。 光電耦合器件的輸入、輸出間寄生電容很小(為0 5 2pF),絕 緣電阻大(為ioioQ),因而輸出系統(tǒng)的各種干擾噪音很難通過(guò)光電耦 合器件反饋到輸入系統(tǒng)。3光電耦合器件的抗干擾特性37三、光電耦合器件的應(yīng)用1、用于電平轉(zhuǎn)換工業(yè)控制系統(tǒng)所用集成電路的電源電壓和信號(hào)脈沖的幅度常不盡相 同，如TTL的電源為

14、5V, HTL為12V, PMOS為一22V, CMOS則為5-20Vo如果在系統(tǒng)中必須采用二種集成電路芯片，就必需對(duì)電平進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，以便邏輯控制的實(shí)現(xiàn).如圖所示為利用光電耦 合器件實(shí)現(xiàn)PMOS電路的電 平與TTL電路電平的轉(zhuǎn)換電 路。光電耦合器件不但使前 后兩種不同電平的脈沖信號(hào) 耦合起來(lái)而且使輸入與輸出 電路完全隔離。402、用于邏輯門電路利用光電耦合器件可以構(gòu)成各種邏輯電路，圖6 40所示為兩個(gè)光電耦 合器組成的與門電路，如果在輸入端 5】和耳2同時(shí)輸入高電平T，則兩個(gè) 發(fā)光二極管Gy和GD?都發(fā)光，兩個(gè)光敏三極管TD,TD2都導(dǎo)通，輸出端就旱現(xiàn)高電平“1”。若輸入端或 或耳2中有一個(gè)為

15、低電平“曠，則輸出 光電三極管中必有一個(gè)不導(dǎo)通，使得 輸出信號(hào)為“0”，故為與門邏輯電路, 如光電耦合器件還可以構(gòu)成與非、 或、或非、異或等邏輯電路。393隔離方面的應(yīng)用有時(shí)為隔離干擾，或者為使高壓電路與低壓信號(hào)分開(kāi)，可 采用光電耦合器。下圖所示電路中表明了光電耦合器件的又 一個(gè)重要的功能，即隔離功能。在電子計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備相連的情況下，會(huì)出現(xiàn)感應(yīng)噪 聲、接地回路噪聲等問(wèn)題。為了使輸入、輸出設(shè)備及長(zhǎng)線傳 輸設(shè)備等外圍設(shè)備的各種干擾不竄入計(jì)算機(jī)，以便提高計(jì)算 機(jī)工作的可靠性，亦采用光電耦合器把計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備隔離開(kāi)來(lái)。42將這些電源與邏輯電平不同的部分耦合起來(lái)可以通過(guò)光電耦合器。輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合器送至中央運(yùn)算、處理部分的TTL電路，TTL電路的 輸出又通過(guò)光電耦合器送到抗干擾能力高的HTL電路，光電耦合器成了TTL和HTL兩種電路的媒介._4可控硅控制電路中的應(yīng)用可控硅整流器，或SCR,是種很