電子電工008課件

第八章半導(dǎo)體二極管及整流電路第二節(jié)二極管整流電路第三節(jié)濾波電路第四節(jié)穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路

第一節(jié)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性及PN結(jié)自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。第一節(jié)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性及PN結(jié)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。比如：當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴本征激發(fā)復(fù)合在常溫下自由電子和空穴的形成成對出現(xiàn)成對消失+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向空穴導(dǎo)電的實質(zhì)是共價鍵中的束縛電子依次填補空穴形成電流。故半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子。

空穴移動方向

電子移動方向

1.兩種載流子價電子填補空穴結(jié)論1.本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。3.溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。

N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子,

空穴是少數(shù)載流子。+4+4+4+4+4+4+4空穴（2）P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價元素,如硼,則形成P型半導(dǎo)體。

+4+4硼原子填補空位+3負(fù)離子P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負(fù)離子空穴是多數(shù)載流子P區(qū)N區(qū)1.PN結(jié)的形成

用專門的制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上,形成P型半導(dǎo)體區(qū)域和N型半導(dǎo)體區(qū)域,在這兩個區(qū)域的交界處就形成了一個PN結(jié)。N區(qū)的電子向P區(qū)擴散并與空穴復(fù)合P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散并與電子復(fù)合空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦远嘧訑U散少子漂移內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)P區(qū)N區(qū)在一定的條件下，多子擴散與少子漂移達(dá)到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。

內(nèi)電場方向E外電場方向RI2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)外電場驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷空間電荷區(qū)變窄

擴散運動增強，形成較大的正向電流（1）外加正向電壓1、空間電荷區(qū)中沒有載流子又稱耗盡層。2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙擴散運動的進(jìn)行。（擴散運動為多子形成的運動）3、少子數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。4、PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?/p>

正向偏置：P區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓多子運動增強，PN結(jié)導(dǎo)通

反向偏置：P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓少子運動增強，PN結(jié)截止結(jié)論

正極引線觸絲N型鍺支架外殼負(fù)極引線點接觸型二極管1.二極管的結(jié)構(gòu)和符號二極管的符號正極負(fù)極三、半導(dǎo)體二極管

正極引線二氧化硅保護(hù)層P型區(qū)負(fù)極引線面接觸型二極管N型硅PN結(jié)PN結(jié)二極管的型號例如：2CK18

序號（K--開關(guān)、W--穩(wěn)壓、Z--

功能整流、P--檢波）（A、B--鍺）

材料（C、D--硅）

二極管3.主要參數(shù)（1）最大整流電流IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。（2）反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓URM一般是UBR的一半。（3）最大反向電流IRM指二極管加最大反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦园ㄕ?、限幅、保護(hù)等例1.試求下列電路中的電流。（二極管為硅管）4.分析、應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用范圍很廣,它可用于整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。其中：US=5V，R=1K解：所示電路中二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此：+-USRI二極管為電流控制型元件，R是限流電阻。第二節(jié)整流電路一、單相半波整流電路1.電路組成uototototo23uou2u2u1uDioioRLT232U22U22U2Im2233uD2.工作原理VDu2正半周負(fù)uo輸出電壓平均值（U0）：輸出電壓波形：3.電路計算uou2u1ioRLTuDVD第8章u2Tu1RLVD4VD3VD2uoio2.整流工作原理—u2負(fù)半周VD1+–+–+–VD2和VD4導(dǎo)通，VD1和VD3截止totototo23232U22U22U2Im2233uD1uD3uD4uD23.電壓、電流的計算UO=0.9U2,0.9U2RLIO=UORL=UDRM

=2U2,IO=0.9I2,I2

=1.11IO,

U2=1.11UO選用二極管的依據(jù)是:ID應(yīng)小于IOM

(最大整流電流）UDRM應(yīng)小于URM(最高反向工作電壓)uOu2uDiOID

=IO12第8章例：已知負(fù)載電阻RL=180Ω，采用單向橋式整流電路，要求通過負(fù)載電流的平均值I0=0.5A，選擇整流電路中的二極管及變壓器。解:因為：I0=0.5ARL=180Ω

所以：U0=IO*RL=0.5*180=90VU2=U0/0.9=100V因為：ID=I0/2所以：ID=0.25A第8章故選擇2CZ54D，最大整流電流為0.5A，最高反向電壓為200V的二極管。接上頁：

因為：變壓器副邊電壓的有效值U2=100V

所以：副邊電流有效值：I2=U0/RL=100/180=0.555A

所以：P2=U2*I2=100*0.555=55.5W所以：選擇K=220/100，容量為70VA的變壓器第8章濾波原理:交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。第三節(jié)濾波電路電容充電電容放電二極管導(dǎo)通時給電容充電,二極管截止時電容向負(fù)載放電.一、電容濾波電路1.電路組成和工作原理第8章u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uoioCuCau0RL接入（且RLC較大）時u2tu0t忽略整流電路內(nèi)阻沒有電容時的輸出波形整流電路為電容充電電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時，二極管截止，整流電路不為電容充電，u0會逐漸下降。具體分析：u1u2u1bD4D2D1D3RLSCu2tu0t忽略整流電路內(nèi)阻只有整流電路輸出電壓大于u0的時間區(qū)間，才有充電電流。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。整流電路的輸出電流RL接入（且RLC較大）時u1u2u1bD4D2D1D3RLSCu02.工作波形u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uOiOCuCtiDuO2U20tt1t4t3t2''TUO=1.2U2RLC

≥(3~5)20分析RL未接入時的情況：u2tu0t整流電路為電容充電充電結(jié)束忽略整流電路內(nèi)阻u2u1bD4D2D1D3RLSCu0uou2uDioVDRLTu1Ct0232U23.半波整流電容濾波電路估算公式:UO=1.0U2

2UDRM=2U2注意:UDRu2一般取(T:電源電壓的周期)（1）近似估算:半波Uo=U2，全波Uo=1.2U2。(3)流過二極管瞬時電流很大RLC越大U0越高,負(fù)載電流的平均值越大整流管導(dǎo)電時間越短iD的峰值電流越大2.電容濾波電路的特點(2)輸出電壓U0與時間常數(shù)RLC有關(guān)，希望C足夠大。RLC愈大電容器放電愈慢U0(平均值)愈大，電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負(fù)載電流較小且負(fù)載變動不大的場合。結(jié)論例：某負(fù)載要求直流電壓U0=30V，直流電流I0=0.5A，采用帶電容濾波的單相橋式整流電路做直流電源。試計算濾波電容器的電容量并確定其最大工作電壓的值。解：

取故選擇的電解電容因為采用單相橋式整流電路故選擇允許最大工作直流電壓為50V的電容器即可第四節(jié)穩(wěn)壓管及穩(wěn)壓電路IFUF0正向特性反向激穿區(qū)UZIminIZmaxVZ正極負(fù)極符號伏安特性一、穩(wěn)壓管

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體二極管。0穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ

2.最小穩(wěn)定電流Imin

3.最大穩(wěn)定電流IZmaxIZUZ4.最大允許耗散功率PMIFUFIminIZmax二、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓電路的工作原理TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1穩(wěn)壓—當(dāng)輸入電壓Ui發(fā)生變化，負(fù)載RL變化時，輸出電壓基本不變下面分別以兩種情況來討論：U0IZUR=IRR=（IZ+Io）RU0當(dāng)Ui增加使U0升高時TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1U0IZUR=IRR=（IZ+Io）RU0當(dāng)RL減小，輸出電流增加，使U0減小時2.穩(wěn)壓管參數(shù)的選擇（1）穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的實質(zhì)是靠穩(wěn)壓管的調(diào)節(jié)作用和電阻的補償作用。（2）使用穩(wěn)壓管時必須串聯(lián)電阻。（3）在穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓管通常為反接。UZ=UO，IZmax≥2~3IOmax3.總結(jié)及注意：RLUiUZIZ