半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路：整流濾波電路

第1章半導(dǎo)體二極管及其

應(yīng)用電路

1.1PN結(jié)1.2半導(dǎo)體二極管1.3整流濾波電路1.4特殊二極管1.3整流濾波電路

1.3.1整流電路

1.單相半波整流電路

1）電路的組成及工作原理圖1.14(a)所示為單相半波整流電路。由于流過(guò)負(fù)載的電流和加在負(fù)載兩端的電壓只有半個(gè)周期的正弦波,故稱半波整流。

圖1.14單相半波整流電路及波形圖

(a)電路圖；(b)波形圖

2）負(fù)載上的直流電壓和直流電流直流電壓是指一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)電壓的平均值。即(1.1)流過(guò)負(fù)載RL上的直流電流為(1.2)

3）整流二極管參數(shù)由圖1.14(a)可知,流過(guò)整流二極管的平均電流IV與流過(guò)負(fù)載的電流相等,即

（1.3）當(dāng)二極管截止時(shí)，它承受的反向峰值電壓URM是變壓器次級(jí)電壓的最大值，即（1.4）

2．單相橋式整流電路

1）電路的組成及工作原理橋式整流電路由變壓器和四個(gè)二極管組成,如圖1.15所示。由圖(a)可見(jiàn),四個(gè)二極管接成了橋式,在四個(gè)頂點(diǎn)中,相同極性接在一起的一對(duì)頂點(diǎn)接向直流負(fù)載RL,不同極性接在一起的一對(duì)頂點(diǎn)接向交流電源。輸出波形如圖1.17所示。

圖1.15單相橋式整流電路(a)電路畫(huà)法一；(b)電路畫(huà)法二；(c)電路畫(huà)法三圖1.16單相橋式電路的電流通路

(a)u2正半周時(shí)；(b)u2負(fù)半周時(shí)圖1.17橋式整流電路輸出波形圖

2）負(fù)載上的直流電壓和直流電流由上述分析可知,橋式整流負(fù)載電壓和電流是半波整流的兩倍。（1.5）（1.6）

3）整流二極管的參數(shù)在橋式整流電路中,因?yàn)槎O管V1、V3和V2、V4在電源電壓變化一周內(nèi)是輪流導(dǎo)通的,所以流過(guò)每個(gè)二極管的電流都等于負(fù)載電流的一半,即橋式整流電路與半波整流電路相比,電源利用率提高了1倍,同時(shí)輸出電壓波動(dòng)小,因此橋式整流電路得到了廣泛應(yīng)用。電路的缺點(diǎn)是二極管用得較多，電路連接復(fù)雜，容易出錯(cuò)，為了解決這一問(wèn)題，生產(chǎn)廠家常將整流二極管集成在一起構(gòu)成橋堆,內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形如圖1.18所示。（1.7）從圖1.16可知，每個(gè)二極管在截止時(shí)承受的反向峰值電壓為（1.8）圖1.18橋堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形圖

(a)半橋堆；(b)全橋堆使用一個(gè)“全橋”或連接兩個(gè)“半橋”,就可代替四只二極管與電源變壓器相連,組成橋式整流電路,非常方便。選用時(shí),應(yīng)注意橋堆的額定工作電流和允許的最高反向工作電壓應(yīng)符合整流電路的要求。

1.3.2濾波電路

常見(jiàn)的電路形式如圖1.19所示。圖1.19各種濾波電路

1．電容濾波電路

1)電路組成及工作原理圖1.20(a)為單相半波整流電容濾波電路,它由電容C和負(fù)載RL并聯(lián)組成。圖1.20半波整流電容濾波電路及波形其工作原理如下:

當(dāng)u2的正半周開(kāi)始時(shí)，若u2>uC(電容兩端電壓)，整流二極管V因正向偏置而導(dǎo)通，電容C被充電：由于充電回路電阻很小，因而充電很快，uC和u2變化同步。當(dāng)ωt=π/2時(shí)，u2達(dá)到峰值，C兩端的電壓也近似充至

u2值。在橋式整流電路中加電容進(jìn)行濾波器與半波整流濾波電路工作原理是一樣的,不同點(diǎn)是在u2全周期內(nèi),電路中總有二極管導(dǎo)通,所以u(píng)2對(duì)電容C充電兩次,電容器向負(fù)載放電的時(shí)間縮短,輸出電壓更加平滑,平均電壓值也自然升高。這里不再贅述。橋式整流電容濾波電路及波形如圖1.21所示。圖1.21橋式整流電容濾波電路及波形

(a)電路；(b)波形

3)元件選擇

(1)電容選擇:濾波電容C的大小取決于放電回路的時(shí)間常數(shù),RLC愈大,輸出電壓脈動(dòng)就愈小,通常取RLC為脈動(dòng)電壓中最低次諧波周期的3～5倍,即

2）負(fù)載上電壓的計(jì)算（半波）（1.9）（半波、全波）（1.10）（橋式、全波）（1.11）（半波）（1.12）

4)電容濾波的特點(diǎn)電容濾波電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電壓高、脈動(dòng)小。但在接通電源的瞬間,將產(chǎn)生強(qiáng)大的充電電流,這種電流稱為“浪涌電流”;同時(shí),因負(fù)載電流太大,電容器放電的速度加快,會(huì)使負(fù)載電壓變得不夠平穩(wěn),所以電容濾波電路只適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。

(2)整流二極管的選擇。正向平均電流為

（半波）（1.13）（橋式）（1.14）

2.電感濾波電路

電感線圈L和負(fù)載的串聯(lián)電路,同樣具有濾波作用,電路如圖1.22所示。整流濾波輸出的電壓,可以看成由直流分量和交流分量疊加而成。因電感線圈的直流電阻很小,交流電抗很大,故直流分量順利通過(guò),