模擬電子課件

1、1.1 PN結(jié)1.1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.2 PN結(jié)1.2 半導(dǎo)體二極管1.2.1 基本結(jié)構(gòu)、種類(lèi)與符號(hào)1.2.2 伏安特性1.2.3 主要參數(shù)1.2.4 使用注意事項(xiàng) 1.3 二極管應(yīng)用1.3.1 整流1.3.2 檢波1.3.3 鉗位1.3.4 限幅1.3.5 元件保護(hù) 1.4 特殊.1.4.1 穩(wěn)壓二極管1.4.2 發(fā)光二極管1.4.3 光敏二極管1.4.4 變?nèi)荻O管1.4.5 隧道二極管1.4.6 肖特基二極管1.4.7 片式二極管1.4.8 快恢復(fù)二極管第第1章章 半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用目錄目錄本章要點(diǎn)本章要點(diǎn): 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) PN結(jié)單向?qū)щ娦?/p>

2、結(jié)單向?qū)щ娦?半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)、符號(hào)、伏安特性及應(yīng)用半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)、符號(hào)、伏安特性及應(yīng)用 特殊二極管特殊二極管本章難點(diǎn)本章難點(diǎn): 半導(dǎo)體二極管伏安特性 半導(dǎo)體二極管應(yīng)用第第1章章 半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1.1 PN結(jié)結(jié) 在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是典型的半導(dǎo)體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價(jià)元素價(jià)元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱(chēng)為四個(gè)電子稱(chēng)為價(jià)電子價(jià)電子。1.半導(dǎo)體特性

3、半導(dǎo)體特性導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的，稱(chēng)之為半導(dǎo)體。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的，稱(chēng)之為半導(dǎo)體。(1)熱敏性：導(dǎo)體的導(dǎo)電能力對(duì)溫度反應(yīng)靈敏，受溫度影響大。熱敏性：導(dǎo)體的導(dǎo)電能力對(duì)溫度反應(yīng)靈敏，受溫度影響大。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，其導(dǎo)電能力增強(qiáng)，稱(chēng)為熱敏性。利用當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，其導(dǎo)電能力增強(qiáng)，稱(chēng)為熱敏性。利用熱敏性可制成熱敏元件。熱敏性可制成熱敏元件。(2)光敏性：導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的不同而不同。當(dāng)光照增光敏性：導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨光照的不同而不同。當(dāng)光照增強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，稱(chēng)為光敏性。利用光敏性可制成光強(qiáng)時(shí)，導(dǎo)電能力增強(qiáng)，稱(chēng)為光敏性。利用光敏性可制成光敏元件。敏元件。(3)摻雜性：導(dǎo)體更為

4、獨(dú)特的導(dǎo)電性能體現(xiàn)在其導(dǎo)電能力受雜摻雜性：導(dǎo)體更為獨(dú)特的導(dǎo)電性能體現(xiàn)在其導(dǎo)電能力受雜質(zhì)影響極大，稱(chēng)為摻雜性。質(zhì)影響極大，稱(chēng)為摻雜性。 .半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 動(dòng)畫(huà)演示 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都緊緊束縛所有的價(jià)電子都緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。緣體。2. 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的

5、半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常，常稱(chēng)為稱(chēng)為“九個(gè)九個(gè)9”。 這一現(xiàn)象稱(chēng)為這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱(chēng)也稱(chēng)熱激發(fā)熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或受到當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有電子能量增高，有的電子可以?huà)昝撛碾娮涌梢話(huà)昝撛雍说氖`，而參子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為與導(dǎo)電，成為自由自由電子電子。自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4 自由電子產(chǎn)生的自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱(chēng)為空位，稱(chēng)為空穴空穴?？昭昭?可見(jiàn)本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生可

6、見(jiàn)本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。電子空穴對(duì)。 外加能量越高（外加能量越高（溫度溫度越高），產(chǎn)生的電子空越高），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。穴對(duì)越多。與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復(fù)合復(fù)合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。對(duì)的濃度一定。常溫常溫300K時(shí)：時(shí)：電子空穴對(duì)的濃度電子空穴對(duì)的濃度硅：硅：310cm104.1鍺：鍺：313cm105.2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)自由電子自由電子 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 逆電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)逆電場(chǎng)運(yùn)動(dòng) 電子流電子流+

7、4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 順電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)順電場(chǎng)運(yùn)動(dòng) 空穴流空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制導(dǎo)電機(jī)制3. 3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱(chēng)為半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體。(1)(1) N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱(chēng)為如磷，砷等，稱(chēng)為N型

8、半導(dǎo)體型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對(duì)電子空穴對(duì) 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)(2)(2) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體

9、多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫度有關(guān)本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度摻雜產(chǎn)生與，溫度無(wú)關(guān)摻雜產(chǎn)生與，溫度無(wú)關(guān)內(nèi)電場(chǎng)E因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場(chǎng)形成內(nèi)電場(chǎng)多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層1.2.1 1.2.1 PN結(jié)結(jié) 1 . PN結(jié)的形成結(jié)的形成 動(dòng)畫(huà)演示少子漂移少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失

10、去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場(chǎng)E多子擴(kuò)散電流多子擴(kuò)散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：動(dòng)態(tài)平衡： 擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流 漂移電流漂移電流總電流總電流0勢(shì)壘勢(shì)壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。 外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng) 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子多子擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散

11、形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E正向電流正向電流 動(dòng)畫(huà)演示(2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng) 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場(chǎng)+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本征激在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故故IR基本上與外加反壓的大小基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)無(wú)關(guān)，

12、所以稱(chēng)為所以稱(chēng)為反向飽和電流反向飽和電流。但。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 動(dòng)畫(huà)演示 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦?。電性?動(dòng)畫(huà)演示1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP1.結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號(hào)符號(hào)陽(yáng)極陽(yáng)極+陰極陰極-1.2.1 基本結(jié)構(gòu)、

13、種類(lèi)與符號(hào)基本結(jié)構(gòu)、種類(lèi)與符號(hào) 2.二極管按結(jié)構(gòu)分三大類(lèi)：按結(jié)構(gòu)分三大類(lèi)：(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù)

14、 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導(dǎo)體二極管的型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類(lèi)器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類(lèi)器件的不同規(guī)格。代表器件的類(lèi)型，代表器件的類(lèi)型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開(kāi)關(guān)管。為開(kāi)關(guān)管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。 .2.2 VA特性曲線特性曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向特性正

15、向特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V(1)正向特性：正向特性： 對(duì)應(yīng)于圖對(duì)應(yīng)于圖1-12曲線的第段，為二極管伏特性的正向特曲線的第段，為二極管伏特性的正向特性部分。這時(shí)加在二極管兩端的電壓不大，從數(shù)值上看，只性部分。這時(shí)加在二極管兩端的電壓不大，從數(shù)值上看，只有零點(diǎn)幾伏，但此時(shí)流過(guò)二極管的電流卻較大，即此時(shí)二極有零點(diǎn)幾伏，但此時(shí)流過(guò)二極管的電流卻較大，即此時(shí)二極管呈現(xiàn)的正向電阻較小。一般硅管正向?qū)▔航导s為管呈現(xiàn)的正向電阻較小。一般硅管

16、正向?qū)▔航导s為0.60.7V, 鍺管約為鍺管約為0.20.3V。 硅管的死區(qū)電壓約為硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管的死區(qū)電壓約為，鍺管的死區(qū)電壓約為0.1V。 (2)反向特性：反向特性： 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于圖圖1-12曲線的第曲線的第段，是當(dāng)二極管加反向電壓的段，是當(dāng)二極管加反向電壓的情況。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，由于少數(shù)載流子的漂移，可以形情況。當(dāng)外加反向電壓時(shí)，由于少數(shù)載流子的漂移，可以形成反向飽和電流，又由于少子的數(shù)目少，因此反向電流很小，成反向飽和電流，又由于少子的數(shù)目少，因此反向電流很小，用用IS表示。表示。(3) 反向擊穿特性：反向擊穿特性： 對(duì)應(yīng)于特性曲線的第對(duì)應(yīng)于特性曲線的第段。當(dāng)作用

17、在二極管的反向電壓段。當(dāng)作用在二極管的反向電壓高達(dá)某一數(shù)值后，反向電流會(huì)劇增，而使二極管失去單向?qū)Ц哌_(dá)某一數(shù)值后，反向電流會(huì)劇增，而使二極管失去單向?qū)щ娦?，這種現(xiàn)象稱(chēng)為擊穿，所對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為擊穿電壓。電性，這種現(xiàn)象稱(chēng)為擊穿，所對(duì)應(yīng)的電壓稱(chēng)為擊穿電壓。 二極管的反向擊穿，亦即二極管的反向擊穿，亦即PN結(jié)的反向擊穿，可分為熱結(jié)的反向擊穿，可分為熱擊穿與電擊穿兩種擊穿與電擊穿兩種。TDS(e1)UUII 理想二極管的電流與端電壓之間有如下關(guān)系理想二極管的電流與端電壓之間有如下關(guān)系為溫度電壓當(dāng)量，在室溫為溫度電壓當(dāng)量，在室溫T=300K時(shí)，時(shí)，(1-1) 動(dòng)畫(huà)演示1.2.3主要參數(shù)主要參數(shù) 最大整流電

18、流最大整流電流Is：指二極管在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最指二極管在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大大 正向平均電流。正向平均電流。 最高反向工作電壓最高反向工作電壓URM：指二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最高指二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最高反向電壓。反向電壓。3. 反向電流反向電流IR：指二極管在加上反向電壓時(shí)的反向電流值。指二極管在加上反向電壓時(shí)的反向電流值。 4. 最高工作頻率最高工作頻率fM：此參數(shù)主要由此參數(shù)主要由PN 結(jié)的結(jié)電容決定，結(jié)結(jié)的結(jié)電容決定，結(jié)電容越大，二極管允許的最高工作頻率越低。電容越大，二極管允許的最高工作頻率越低。 (2) 應(yīng)根據(jù)需要正確地選擇型號(hào)。應(yīng)根據(jù)需要正確地選擇型號(hào)。 1.2.

19、4 使用注意事項(xiàng)使用注意事項(xiàng)(1) 在電路中應(yīng)按注明的極性進(jìn)行連接。在電路中應(yīng)按注明的極性進(jìn)行連接。 (3) 引出線的焊接或彎曲處，離管殼距離不得小于引出線的焊接或彎曲處，離管殼距離不得小于10mm。 (4) 應(yīng)避免靠近發(fā)熱元件，并保證散熱良好。應(yīng)避免靠近發(fā)熱元件，并保證散熱良好。 (5) 對(duì)整流二極管，建議反向電壓降低對(duì)整流二極管，建議反向電壓降低20%再使用。再使用。 (6) 切勿超過(guò)手冊(cè)中規(guī)定的最大允許電流和電壓值。切勿超過(guò)手冊(cè)中規(guī)定的最大允許電流和電壓值。 (7) 二極管的替換。硅管與鍺管不能互相代用。二極管的替換。硅管與鍺管不能互相代用。 1.3 二極管應(yīng)用二極管應(yīng)用1.3.1 整流

20、整流 所謂整流，就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動(dòng)的直流電。整流所謂整流，就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動(dòng)的直流電。整流電路是二極管的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。利用二極管的單向?qū)щ娦噪娐肥嵌O管的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相、三相等各種形式的整流電路，然后再經(jīng)過(guò)濾波、可組成單相、三相等各種形式的整流電路，然后再經(jīng)過(guò)濾波、穩(wěn)壓，便可獲得平穩(wěn)的直流穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓，便可獲得平穩(wěn)的直流穩(wěn)壓電源。 1.3.2 檢波檢波 就原理而言，從輸入信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)是檢波，以整流就原理而言，從輸入信號(hào)中取出調(diào)制信號(hào)是檢波，以整流電流的大小電流的大小(100mA)作為界限，通常把輸出電流小于作為界限，通常把輸出電流

21、小于100mA 的的叫檢波。叫檢波。 動(dòng)畫(huà)演示1.3.3 鉗位鉗位 利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性可組成鉗位電利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性可組成鉗位電路如圖所示路如圖所示.若若A點(diǎn)點(diǎn)VA=0，二極管，二極管D可正向?qū)?，其壓降很小，可正向?qū)?，其壓降很小，故故F點(diǎn)的電位也被鉗制在點(diǎn)的電位也被鉗制在0V左右，即左右，即 VF0。二極管鉗位電路二極管鉗位電路 1.3.4 限幅限幅 利用二極管正向?qū)ê笃鋬啥穗妷汉苄∏一静蛔兊奶匦?，利用二極管正向?qū)ê笃鋬啥穗妷汉苄∏一静蛔兊奶匦裕梢詷?gòu)成各種限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓值內(nèi)?？梢詷?gòu)成各種限幅電路，使輸出電壓幅度限制在某一電壓

22、值內(nèi)。限制輸出電壓正半周幅度的限幅電路限制輸出電壓正半周幅度的限幅電路限制輸出電壓負(fù)半周幅度的限幅電路限制輸出電壓負(fù)半周幅度的限幅電路雙向限幅電路雙向限幅電路 動(dòng)畫(huà)演示1.3.5 元件保護(hù)元件保護(hù) 在電子線路中在電子線路中，常用二極管來(lái)保護(hù)其他元器件免受過(guò)高，常用二極管來(lái)保護(hù)其他元器件免受過(guò)高電壓的損害，在如圖所示的電路中，電壓的損害，在如圖所示的電路中，L和和R是線圈的電感和電是線圈的電感和電阻。阻。二極管保護(hù)電路二極管保護(hù)電路 動(dòng)畫(huà)演示當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時(shí)之間變化時(shí),其兩端電其兩端電壓近

23、似為常數(shù)壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻1.4.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1.4 特殊二極管特殊二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓過(guò)程穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓過(guò)程穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過(guò)程穩(wěn)壓過(guò)程 穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 rZ

24、 = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過(guò)超過(guò)Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。iuUZIUIzminIzmaxZ6.3VUF=0.7VUI=20VU=1kR【例例1-1】在圖中，已知穩(wěn)壓二極管的在圖中，已知穩(wěn)壓二極管的，已知，已知，時(shí)時(shí),求求Uo穩(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航捣€(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航?。?dāng)

25、穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路解解 當(dāng)I=+20VU， 反向擊穿穩(wěn)壓 Z=6.3VU， DZ2V正向?qū)ǎ?F2= 0.7VUO= +7VU； 同理， I=20VUO=7VU1.4.2 發(fā)光二極管發(fā)光二極管 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)LED，它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半，它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件。導(dǎo)體器件。 發(fā)光二極管的符號(hào)如圖所示。發(fā)光二極管的符號(hào)如圖所示。發(fā)光二極管常用于作為顯示器件，發(fā)光二極管常用于作為顯示器件，可單個(gè)使用，也可作成可單個(gè)使用，也可作成7段式或矩段式或矩陣式，工作時(shí)加正向電壓，并接入陣式，工作時(shí)加正向電壓，并接入相應(yīng)的限流電阻，工作電流一般為相應(yīng)的限流電阻，工作電流一般為

26、幾毫安到幾十毫安，正向?qū)〞r(shí)的幾毫安到幾十毫安，正向?qū)〞r(shí)的管壓降為管壓降為1.82.2V。 + +發(fā)光二極管符號(hào)發(fā)光二極管符號(hào)1.4.3 光敏二極管光敏二極管 光敏二極管又稱(chēng)為光電二極管，它是將光能轉(zhuǎn)換為電能的光敏二極管又稱(chēng)為光電二極管，它是將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件。 其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個(gè)能使其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個(gè)能使光線照入的窗口。其符號(hào)如圖光線照入的窗口。其符號(hào)如圖所所示。示。光敏二極管符號(hào)光敏二極管符號(hào) 光敏二極管的特性曲線光敏二極管的特性曲線 1.4.4 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 用于自動(dòng)頻率控制用于自動(dòng)頻率控制(AFC)和調(diào)

27、諧用的小功率二極管稱(chēng)和調(diào)諧用的小功率二極管稱(chēng)變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管符號(hào)如圖所示。通過(guò)施加反向電變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管符號(hào)如圖所示。通過(guò)施加反向電壓，壓， 使其使其PN結(jié)的靜電容量發(fā)生變化，因此，常用于自動(dòng)結(jié)的靜電容量發(fā)生變化，因此，常用于自動(dòng)頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。頻率控制、掃描振蕩、調(diào)頻和調(diào)諧等用途。 變?nèi)荻O管符號(hào)變?nèi)荻O管符號(hào)1.4.5 隧道二極管隧道二極管 隧道二極管是因?yàn)橛煤写罅侩s質(zhì)的本征半導(dǎo)體制作隧道二極管是因?yàn)橛煤写罅侩s質(zhì)的本征半導(dǎo)體制作PN結(jié)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極薄的耗盡層，若加正向偏壓，則在達(dá)結(jié)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極薄的耗盡層，若加正向偏壓，則在達(dá)到擴(kuò)散電位之前，由于隧道效應(yīng)而

28、發(fā)生電流流動(dòng)。若接近到擴(kuò)散電位之前，由于隧道效應(yīng)而發(fā)生電流流動(dòng)。若接近擴(kuò)散電位，則為通常的二極管特性，所以如圖擴(kuò)散電位，則為通常的二極管特性，所以如圖1-26所示，所示，在正向電壓低的范圍，顯示出負(fù)的電阻。在正向電壓低的范圍，顯示出負(fù)的電阻。隧道二極管的電壓電流特性隧道二極管的電壓電流特性 隧道二極管的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)隧道二極管的優(yōu)點(diǎn)是開(kāi)關(guān)特性好，速度快、工作頻關(guān)特性好，速度快、工作頻率高；缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。率高；缺點(diǎn)是熱穩(wěn)定性較差。一般應(yīng)用于某些開(kāi)關(guān)電路或一般應(yīng)用于某些開(kāi)關(guān)電路或高頻振蕩等電路中。高頻振蕩等電路中。1.4.6 肖特基二極管肖特基二極管 肖特基二極管肖特基二極管(Schottky B

29、arrier Diode)是利用金屬與半是利用金屬與半導(dǎo)體接觸形成金屬導(dǎo)體接觸形成金屬-半導(dǎo)體結(jié)制作二極管。其金屬材料采用半導(dǎo)體結(jié)制作二極管。其金屬材料采用金、鉬、鎳、鈦等材料，其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，金、鉬、鎳、鈦等材料，其半導(dǎo)體材料采用硅或砷化鎵，多為多為N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。 它是高頻和快速開(kāi)關(guān)的理想器件，其工作頻率可達(dá)它是高頻和快速開(kāi)關(guān)的理想器件，其工作頻率可達(dá)100GHz。 常用的肖特基二極管有常用的肖特基二極管有DB0-004、MBR1545、MBR2535型等。型等。1.4.7 片式二極管片式二極管 片式二極管的外型如圖所示，外殼一般為黑色，內(nèi)部為片式二極管的外型如圖所示，外

30、殼一般為黑色，內(nèi)部為PN結(jié)，根據(jù)外型可分為圓柱形片式二極管圖結(jié)，根據(jù)外型可分為圓柱形片式二極管圖 (a)和矩形片式二和矩形片式二極管圖極管圖b所示，它們都沒(méi)有引線，其兩個(gè)端面就為正、負(fù)極。所示，它們都沒(méi)有引線，其兩個(gè)端面就為正、負(fù)極。其中標(biāo)有白色豎條的一端為負(fù)極，另一端則為正極。其中標(biāo)有白色豎條的一端為負(fù)極，另一端則為正極。片式二極管的外形片式二極管的外形1.4.8 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管1. 快恢復(fù)二極管的特點(diǎn)快恢復(fù)二極管的特點(diǎn) 快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它不是一個(gè)單快恢復(fù)二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管不同，它不是一個(gè)單一的一的PN結(jié)，而是在結(jié)，而是在P型與型與N型硅材料中間增加了一個(gè)

31、基區(qū)型硅材料中間增加了一個(gè)基區(qū)I，構(gòu)成構(gòu)成PIN硅層，這種結(jié)構(gòu)的二極管，由于基區(qū)很薄、反向恢硅層，這種結(jié)構(gòu)的二極管，由于基區(qū)很薄、反向恢復(fù)電荷很少、故使該種二極管的反向恢復(fù)時(shí)間大為減少，其復(fù)電荷很少、故使該種二極管的反向恢復(fù)時(shí)間大為減少，其值一般為幾百納米以下。同時(shí)使它的正向壓降較低，而使反值一般為幾百納米以下。同時(shí)使它的正向壓降較低，而使反向峰值電壓得到提高，其值可達(dá)幾千伏。向峰值電壓得到提高，其值可達(dá)幾千伏。 快恢復(fù)二極管快恢復(fù)二極管(FRD)的優(yōu)點(diǎn)是反向恢復(fù)時(shí)間短、開(kāi)關(guān)特的優(yōu)點(diǎn)是反向恢復(fù)時(shí)間短、開(kāi)關(guān)特性好、體積小。廣泛用于脈寬調(diào)制器、不間斷電源、開(kāi)關(guān)電性好、體積小。廣泛用于脈寬調(diào)制器、不

32、間斷電源、開(kāi)關(guān)電源、變頻調(diào)速器等電路中，作為高頻大電流整流、續(xù)流二極源、變頻調(diào)速器等電路中，作為高頻大電流整流、續(xù)流二極管應(yīng)用。管應(yīng)用。 快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形如圖所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為單管和對(duì)管兩種，在對(duì)管內(nèi)部有兩只快恢復(fù)二極管，由于這兩只管子的接法不同，又可分為共陰對(duì)管和共陽(yáng)對(duì)管?？旎謴?fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形快恢復(fù)二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外形2. 快恢復(fù)二極管的檢測(cè)快恢復(fù)二極管的檢測(cè) 將萬(wàn)用表置于R1k擋，測(cè)快恢復(fù)二極管的正、反電阻值，正向電阻值一般為幾歐姆，反向電阻值為，如果測(cè)得的阻值為或0，則表明被測(cè)管損壞。對(duì)管的檢測(cè)方法與上述方法基本相同，但必須首先確定其共用端是哪個(gè)引腳，然后再用上

33、述方法對(duì)各個(gè)二極管進(jìn)行檢測(cè)。3. 快恢復(fù)二極管的選用與使用快恢復(fù)二極管的選用與使用 快恢復(fù)二極管廣泛應(yīng)用于不間斷電源、開(kāi)關(guān)電源、交流電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速器、脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制器等電路中，作高頻、高壓、大電流整流、續(xù)流二極管用。具體選用時(shí)應(yīng)根據(jù)具體電路的要求，選擇合適參數(shù)的管子。 在選用時(shí)如果單管的參數(shù)不能滿(mǎn)足要求而對(duì)管能滿(mǎn)足要在選用時(shí)如果單管的參數(shù)不能滿(mǎn)足要求而對(duì)管能滿(mǎn)足要求時(shí)，則可把對(duì)管當(dāng)作單管使用。在使用對(duì)管中如有一只求時(shí)，則可把對(duì)管當(dāng)作單管使用。在使用對(duì)管中如有一只管子損壞，則可作單管使用。管子損壞，則可作單管使用。本章小結(jié)本章小結(jié)1半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負(fù)電，半導(dǎo)體材料

34、中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負(fù)電，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可以得到空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可以得到N型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。2采用一定的工藝措施，使采用一定的工藝措施，使P型和型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就形成了就形成了PN結(jié)。結(jié)。PN結(jié)的基本特點(diǎn)是單向?qū)щ娦浴＝Y(jié)的基本特點(diǎn)是單向?qū)щ娦浴?二極管是由一個(gè)二極管是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的。其特性可以用伏安特性和結(jié)構(gòu)成的。其特性可以用伏安特性和一系列參數(shù)來(lái)描述。在研究二極管電路時(shí)，可根據(jù)不同情況一系列參數(shù)來(lái)描述。在研究二極管電路時(shí)，可根據(jù)不同情況，使用不同的二極管模型。，使用不

35、同的二極管模型。4.二極管的應(yīng)有用。二極管的應(yīng)有用。目目 錄錄10.3.2 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)10.1 單相整流電路10.1.1 單相半波整流電路10.1.2 單相全波整流10.1.3 橋式全波整流電路10.2 濾波電路10.2.1 電容濾波電路10.2.2 電感濾波電路10.2.3 其他濾波電路10.3 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路10.3.1 硅穩(wěn)壓管電路及工作原理10.4 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.4.1 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和穩(wěn)壓原理第第10章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源10.5.4 利用三端集成穩(wěn)壓器組成恒流源10.4.2 輸出電壓的調(diào)節(jié)10.4.3 分立元件組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.4.4 穩(wěn)壓

36、電路的保護(hù)措施10.4.5 穩(wěn)壓電路的質(zhì)量指標(biāo)10.5 三端集成穩(wěn)壓電源10.5.1 概述10.5.2 線性三端集成穩(wěn)壓器的分類(lèi)10.5.3 應(yīng)用電路10.6 開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源10.7 DC-DC變換器10.7.1 工作原理10.7.3 典型應(yīng)用10.7.2 電路原理目目 錄錄本章要點(diǎn)本章要點(diǎn): 1. 單相橋式整流電容濾波電路的工作原理及各項(xiàng)單相橋式整流電容濾波電路的工作原理及各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算。指標(biāo)的計(jì)算。 2. 具有放大環(huán)節(jié)的簡(jiǎn)單串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作具有放大環(huán)節(jié)的簡(jiǎn)單串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理和電壓調(diào)整范圍。原理和電壓調(diào)整范圍。. 開(kāi)關(guān)電源的工作原理和使用方法。開(kāi)關(guān)電源的工作原理和使用方法。.

37、DC-DC變換器的使用方法及應(yīng)用。變換器的使用方法及應(yīng)用。 3. 集成三端穩(wěn)壓電路的使用方法。集成三端穩(wěn)壓電路的使用方法。本章難點(diǎn)本章難點(diǎn):1. 濾波電路的工作原理濾波電路的工作原理 。2. 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理。 電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓變?yōu)楹线m的交流電壓u2。 整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。 濾波電路濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化

38、的影響,保持輸出電壓保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo二極管導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，uL=u2二極管截止二極管截止, uL=0+io+u2 0 時(shí)時(shí):u20時(shí)時(shí):u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD10.1 單相整流電路單相整流電路10.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路主要參數(shù)：主要參數(shù)：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）輸出電

39、流平均值）輸出電流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL ）（ tduULL2021（1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u （3）流過(guò)二極管的平均）流過(guò)二極管的平均電流：電流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）二極管承受的最高反向電壓：）二極管承受的最高反向電壓：+12L+uR-L1u2u220VDIL 220 V1212R2+Luuu2L1DD2+.工作原理：工作原理：+變壓器副邊中變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的出兩個(gè)相等的電壓電壓u2當(dāng)當(dāng)u2正半周時(shí)，正半周時(shí)， D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2

40、截止。截止。當(dāng)當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)， D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1截止。截止。 10.1.2 單相全波整流單相全波整流 全波整流電壓波形全波整流電壓波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLRuL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 2.主要參數(shù)主要參數(shù)（2）輸出電流平均值）輸出電流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRILuD 2 0 t（3）流過(guò)二極管的平均）流過(guò)二極管的平均電流：電流：ID =

41、 IL/2（4）二極管承受的最高反向電壓：）二極管承受的最高反向電壓：V22012122uuDD221+uLLR222uURM （1）組成：由四個(gè)二極管組成橋路）組成：由四個(gè)二極管組成橋路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周時(shí)正半周時(shí): :D1 、D3導(dǎo)通導(dǎo)通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL10.3 單相整流電路單相整流電路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2負(fù)半周時(shí)：負(fù)半周時(shí)： D2、D4 導(dǎo)通導(dǎo)通， D1 、D3截止截止u2ttuL輸出電壓平均值：輸出電壓平均值：UL=0.9u2輸出電流平均值輸出電流平均

42、值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL 流過(guò)二極管的平均電流：流過(guò)二極管的平均電流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要參數(shù)：）主要參數(shù)：二極管承受的最大反向電壓：二極管承受的最大反向電壓：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-脈動(dòng)系數(shù)脈動(dòng)系數(shù)1:用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)橋式整流的輸出用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)橋式整流的輸出 uL 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttuuL uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值輸出電壓平均值輸出電壓平均值LLACLLACUUUUS11 67. 032223242211 uuUUSLLAC集成硅整流橋：集成硅整流橋

43、：u2uL+ +- +10.2 濾波電路濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(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)。交流交流電壓電壓脈動(dòng)脈動(dòng)直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電壓RLCRLL 10.2.1 電容濾波電路電容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。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。1. 工作原理工作原理uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSCRL未接入時(shí)未接入時(shí)(忽略整流電忽略整流電路內(nèi)阻路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)設(shè)t1時(shí)刻接時(shí)刻接通電源通電源t1整流電路為整流電路為電容充電電容充電充電結(jié)束充電結(jié)束沒(méi)有電容沒(méi)有電容

44、時(shí)的輸出時(shí)的輸出波形波形ucuoau1u2u1bD4D2D1D3RLSCRL接入接入（且（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí) (忽略整忽略整流電路內(nèi)流電路內(nèi)阻阻)u2tuot無(wú)濾波電容無(wú)濾波電容時(shí)的波形時(shí)的波形加入濾波電容加入濾波電容時(shí)的波形時(shí)的波形uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSCuotu2上升，上升， u2大于電容大于電容上的電壓上的電壓uc，u2對(duì)電容充電，對(duì)電容充電，uo= uc u2u2下降，下降， u2小于電容上的電壓。小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。二極管承受反向電壓而截止。電容電容C通過(guò)通過(guò)RL放電，放電， uc按指數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù) =

45、RL Cu2tuot只有整流電路輸出只有整流電路輸出電壓大于電壓大于uc時(shí)，才時(shí)，才有充電電流。因此有充電電流。因此二極管中的電流是二極管中的電流是脈沖波。脈沖波。二極管中的二極管中的電流電流uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSCRL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí) (考慮整流電路內(nèi)阻考慮整流電路內(nèi)阻)u2tuot電容充電時(shí)，電電容充電時(shí)，電容電壓滯后于容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出越小，輸出電壓越低。電壓越低。uoau1u2u1bD4D2D1D3RLSC一般取一般取)105(TCRL (T: 電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/R

46、L(b) 流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大RLC 越大越大 Uo越高越高負(fù)載電流的平均值越大負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)整流管導(dǎo)電時(shí)間越短電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大2. 電容濾波電路的特點(diǎn)電容濾波電路的特點(diǎn)(a) 輸出電壓輸出電壓 平均值平均值Uo與時(shí)間常數(shù)與時(shí)間常數(shù) RLC 有關(guān)有關(guān) RLC 愈大愈大 電容器放電愈慢電容器放電愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c) 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓22UURM3.輸出特性輸出特性 輸出特性是用來(lái)表示電路輸出電壓和輸出電流之間輸出特性是用來(lái)表示電路輸出電壓和輸出電流之間的關(guān)系曲線，它是一種外

47、電路特性。的關(guān)系曲線，它是一種外電路特性。 【例10-2】某電子設(shè)備要求直流電壓 Uo=12V，直流電流 Io=60mA，電源用的是工頻市電220V，50Hz，采用單相橋式整流電容濾波電路，試選擇電路中的元件。解解 (1) 電源變壓器電源變壓器參數(shù)的計(jì)算取UI=1.2Uo，則OI121.2 1.2UU =10(V)變壓器的變壓比為SI22010UnU(2) 整流二極管的選擇整流二極管的選擇流過(guò)二極管的平均電流為OD60=30(mA)22II二極管承受的反向最大電壓為DRMI2V21014.1(V)U(3) 選擇濾波電容選擇濾波電容取RLC=2T，得電容容量為CMI2V14.1(V)U根據(jù)上面計(jì)

48、算所得和參數(shù)，查表就可選擇合適的電路元件。+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L。輸出電壓平均值輸出電壓平均值: UL=0.9U2對(duì)諧波分量對(duì)諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電感上。電壓大部分降在電感上。 因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。對(duì)直流分量對(duì)直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上上 10.2.2 電感濾波電路電感濾波電路 為進(jìn)一步改善濾波特性，可將上述濾波電路組合為進(jìn)一步改善

49、濾波特性，可將上述濾波電路組合起來(lái)使用。起來(lái)使用。LC濾波電路濾波電路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型濾波電路型濾波電路 10.2.3 其它濾波電路其它濾波電路穩(wěn)壓電路的作用穩(wěn)壓電路的作用: :交流交流電壓電壓脈動(dòng)脈動(dòng)直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的有波紋的直流電壓直流電壓穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流直流電壓電壓10.3 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電源類(lèi)型穩(wěn)壓電源類(lèi)型:以下主要討論以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) )電路最簡(jiǎn)單，但電

50、路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電電壓，不作為電源使用。源使用。效率較高，目前效率較高，目前用的也比較多。用的也比較多。1. 1. 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。 由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。的電壓變化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax 10.3.1 硅穩(wěn)壓管電路及工作原理硅穩(wěn)壓管電路及工作原理穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1)

51、 (1) 當(dāng)輸入電壓變化時(shí)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)UiUZUoUoURIIZIRU i由圖知：由圖知：(2)(2)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)穩(wěn)壓過(guò)程：穩(wěn)壓過(guò)程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI2. 電路參數(shù)計(jì)算電路參數(shù)計(jì)算(1) 穩(wěn)壓管型號(hào)的確定穩(wěn)壓管型號(hào)的確定一般選用穩(wěn)壓管型號(hào)要一般選用穩(wěn)壓管型號(hào)要看看 UZ，IZM 和和rZ 。一般選取。一般選取ZOUUZMOmax(1.5 3)IIrZRo, Ro為為所要求的輸出電阻所要求的輸出電阻(2) 輸入電壓輸入電壓UI的確定的確定一般選取一般選取IO(2 3)UU(3) 穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓電阻穩(wěn)壓電阻

52、R的作用的作用: : 穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)越大，穩(wěn)壓性能越好。壓性能越好。 將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)R也是限流電阻。也是限流電阻。 顯然顯然R 的數(shù)值越大，較小的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的的變化就可引起足夠大的UR變化，變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。 但但R 的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓UI值，損耗就要值，損耗就要加大。加大。穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下 (

53、1)當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即Im inZm axZ m inL m ax=UURII (2)當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過(guò)IZmax，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即Im a xZm inZ m a xL m in=UURIIm inm axIOM (負(fù)載短路)時(shí)在 RS上產(chǎn)生的壓降足以使TS導(dǎo)通,TS對(duì)IA分流，從而使IB，Io減小，保護(hù)了調(diào)整管T。2. 截流型截流型 當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過(guò)保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短當(dāng)發(fā)

54、生短路時(shí)，通過(guò)保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零路電流，使之接近為零 11BESOSROSO12RUI RUI RURR(因?yàn)镽f較負(fù)載RL小得多) 選取適當(dāng)?shù)腞1，R2，當(dāng)IoIoM時(shí)，uBESIOM時(shí)，時(shí)，Io增加，增加，uBESuOM，則保護(hù)管，則保護(hù)管TS導(dǎo)通，這時(shí)導(dǎo)通，這時(shí)立即引起下列反饋過(guò)程立即引起下列反饋過(guò)程 ： ICSIBIo UCE1 UoUR1(超過(guò)IoRS) ICS UBES 隨著這一過(guò)程的快速進(jìn)行，使電路的輸出電壓和輸出電隨著這一過(guò)程的快速進(jìn)行，使電路的輸出電壓和輸出電流都迅速的減小，使它們的值都近似為零，從而實(shí)現(xiàn)了截流流都迅速的減小，使它們的值都近

55、似為零，從而實(shí)現(xiàn)了截流的作用，這種保護(hù)法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整管的功耗很小。的作用，這種保護(hù)法的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)整管的功耗很小。10.4.5 穩(wěn)壓電路的質(zhì)量指標(biāo)穩(wěn)壓電路的質(zhì)量指標(biāo) 穩(wěn)壓電路的枝術(shù)指標(biāo)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為特性指標(biāo)，用來(lái)穩(wěn)壓電路的枝術(shù)指標(biāo)分為兩大類(lèi)：一類(lèi)為特性指標(biāo)，用來(lái)表示穩(wěn)壓電路規(guī)格，有輸入電壓、輸出功率或輸出直流電壓和表示穩(wěn)壓電路規(guī)格，有輸入電壓、輸出功率或輸出直流電壓和電流范圍；另一類(lèi)為質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)表示穩(wěn)壓性能，有以下幾電流范圍；另一類(lèi)為質(zhì)量指標(biāo)，用來(lái)表示穩(wěn)壓性能，有以下幾種指標(biāo)。種指標(biāo)。OOO0II/ 100%/TIUUSUU1. 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)ST 該指標(biāo)反映了電網(wǎng)電壓該指標(biāo)反映了電網(wǎng)電

56、壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路輸出電壓穩(wěn)波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路輸出電壓穩(wěn)定性的影響。定性的影響。 2. 負(fù)載調(diào)整特性負(fù)載調(diào)整特性SI%100 /0OOOIUIIUUS 該指標(biāo)反映了負(fù)載變化對(duì)該指標(biāo)反映了負(fù)載變化對(duì)輸出電壓穩(wěn)定性的影響輸出電壓穩(wěn)定性的影響 3. 輸出電阻輸出電阻Ro 0O IUOOUUR 其含義其含義與與SI 相似。相似。Ro 越小，負(fù)載變化對(duì)越小，負(fù)載變化對(duì)Uo 變化的影響變化的影響越小，表示帶負(fù)載能力越強(qiáng)。一般越小，表示帶負(fù)載能力越強(qiáng)。一般Ro 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū) 三極管在工作時(shí)要加上三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。適當(dāng)?shù)闹绷髌秒?/p>

57、壓。2.2.1 載流子的運(yùn)動(dòng)及各電極電流的形成載流子的運(yùn)動(dòng)及各電極電流的形成 1BJT內(nèi)部的載流子傳輸過(guò)程內(nèi)部的載流子傳輸過(guò)程N(yùn)NPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（1 1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了形成了擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流IEN 。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽但其數(shù)量小，可忽略。略。 所以發(fā)射極電流所以發(fā)射極電流I E I EN 。（2）發(fā)射區(qū)的電子注入基）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。區(qū)后，變成了少數(shù)載流

58、子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成形成IBN。所以。所以基極電流基極電流I B I BN 。大部分到達(dá)了集電。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。區(qū)的邊緣。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移的少子形成漂移電流電流ICBO。 （3）因?yàn)榧娊Y(jié)）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，集電區(qū)邊緣的電子，形成電流形成電流ICN 。 動(dòng)畫(huà)演示6/5/20222電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：定義：ECNII

59、 ECBOECIIII(1)(1)IC與與I E之間的關(guān)系之間的關(guān)系:所以所以:ECII其值的大小約為其值的大小約為0.90.90.990.99。 三個(gè)電極上的電流關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系:NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下兩式聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II BI2.2.2 電流放大作用電流放大作用 動(dòng)畫(huà)演示 在分析估算放大電路參數(shù)時(shí)取在分析估算放大電路參數(shù)時(shí)取通常情況下，通常情況下，=20200。 綜

60、上：綜上：有一小有一小IB就可以獲得大就可以獲得大IC，實(shí)現(xiàn)了小基極電流，實(shí)現(xiàn)了小基極電流控制大集電極電流，這就是三極管的電流放大作用?？刂拼蠹姌O電流，這就是三極管的電流放大作用。也證明了三極管是電流控制器件。當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，也證明了三極管是電流控制器件。當(dāng)輸入電壓變化時(shí)，會(huì)引起輸入電流會(huì)引起輸入電流(基極電流基極電流)的變化，在輸出回路將引的變化，在輸出回路將引起集電極電流較大變化，該變化電流在集電極負(fù)載電起集電極電流較大變化，該變化電流在集電極負(fù)載電阻阻 RC 上產(chǎn)生較大的電壓輸出。這樣，三極管的電流上產(chǎn)生較大的電壓輸出。這樣，三極管的電流放大作用就轉(zhuǎn)化為電路的電壓放大作用。放大作用就