整流濾波電路課件講解

第八章整流濾波電路新能源汽車電工電子與電力電子基礎(chǔ)2能說出半波整流和全波整流的區(qū)別。能說出濾波電路的濾波方法。能用電子元器件制作一個(gè)１２Ｖ的交流整流電路，并加濾波電路。知識(shí)目標(biāo)技能目標(biāo)3第一節(jié)概述一、什么是半導(dǎo)體

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體，如硅、鍺、硒以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物。純凈半導(dǎo)體導(dǎo)電能力差，絕緣性能也不強(qiáng)，既不宜用作導(dǎo)電材料，也不適合用作絕緣材料，因而長期未被人們重視。后來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)：溫度、光照、摻雜質(zhì)等外界條件能引起半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的顯著變化；即半導(dǎo)體具有熱敏、光敏、摻雜等特性。

摻雜特性：在純凈半導(dǎo)體中摻進(jìn)微量的某種雜質(zhì)，對其導(dǎo)電性能影響極大。例如，在純硅中摻入百萬分之一的硼，可使其導(dǎo)電能力增加幾十萬倍以上。半導(dǎo)體技術(shù)飛躍發(fā)展的基礎(chǔ)，主要是利用了半導(dǎo)體的這種摻雜特性。半導(dǎo)體材料指電導(dǎo)率處于強(qiáng)導(dǎo)電性金屬與絕緣體之間的材料。為有目的地影響或控制半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，通過加入更高或更低化合價(jià)的雜質(zhì)可提高純硅晶體的電導(dǎo)率。在室溫條件下半導(dǎo)體的導(dǎo)電性很低，半導(dǎo)體受到熱、光、電壓形式的能量或磁能影響時(shí)，電導(dǎo)率就會(huì)發(fā)生變化。硅晶體內(nèi)部是由單個(gè)硅原子構(gòu)成的固態(tài)結(jié)構(gòu)。硅原子結(jié)構(gòu)5二、什么是晶體管

半導(dǎo)體一般都呈晶體狀態(tài)，晶體有單晶與多晶之分。所有原子都按一定規(guī)律整齊排列的稱為單晶體；大量的單晶顆粒雜亂排列就組成多晶體。制造半導(dǎo)體器件需用純度很高的單晶材料，所以半導(dǎo)體管也稱為晶體管。

自從第一個(gè)晶體管（俗稱三極管）1984年試制成功以來，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展極為迅速。由于晶體管、集成電路等半導(dǎo)體器件具有體積小、重量輕、耗電少、壽命長、工作可靠等一系列優(yōu)點(diǎn)，在電子技術(shù)中逐步取代了電子管器件，使電子裝置在微型化、可靠性方面不斷進(jìn)步，在現(xiàn)代生產(chǎn)與科技的各個(gè)領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。第一節(jié)概述6一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電方式半導(dǎo)體中的電子不像在絕緣體中被束縛得那樣緊，由于熱運(yùn)動(dòng)或受光照射，有少量電子獲得足夠的能量，就能掙脫束縛而成為自由電子。在外電場作用下，這些自由電子就逆著電場方向移動(dòng)而形成電流。這種導(dǎo)電方式稱為電子導(dǎo)電，是半導(dǎo)體中的一種導(dǎo)電方式。

每當(dāng)一個(gè)電子掙脫束縛成為自由電子時(shí)，就留下一個(gè)空位，稱為空穴。在外電場作用下，鄰近的電子填補(bǔ)了空穴，而又留下新的空穴，新空穴再吸引鄰近的電子，…從而形成空穴的“移動(dòng)”。這種導(dǎo)電方式稱為空穴導(dǎo)電，它是半導(dǎo)體的又一導(dǎo)電方式。

半導(dǎo)體中同時(shí)存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電，這是它導(dǎo)電方式的基本特點(diǎn)，也是它與金屬在導(dǎo)電上的本質(zhì)差別。自由電子和空穴都稱為載流子。7二、兩種（Ｎ型與Ｐ型）半導(dǎo)體１.Ｎ型半導(dǎo)體

現(xiàn)代電子技術(shù)用得最多的半導(dǎo)體材料是硅與鍺等四價(jià)元素。單晶硅（或鍺）中摻入微量的五價(jià)元素磷（砷、銻），晶體結(jié)構(gòu)中多余的一個(gè)價(jià)電子很容易脫離原子核的束縛而成為自由電子，半導(dǎo)體中的自由電子增多，顯著提高了它的導(dǎo)電能力。

因?yàn)檫@種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式是電子導(dǎo)電，故稱之為電子型半導(dǎo)體或Ｎ型半導(dǎo)體。在Ｎ型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，簡稱多子；空穴是少數(shù)載流子，簡稱少子。①N摻雜如下圖所示N摻雜N型半導(dǎo)體電子多，電子容易逃跑且原子核電荷太多，會(huì)形成負(fù)電荷9二、兩種（Ｎ型與Ｐ型）半導(dǎo)體２.Ｐ型半導(dǎo)體單晶硅（或鍺）中摻入微量的三價(jià)元素硼Ｂ（或銦Ｉｎ、鋁Ａｌ、鎵Ｇａ），硼原子只有三個(gè)價(jià)電子，在晶體結(jié)構(gòu)中因缺少一個(gè)電子而形成一個(gè)空穴。這樣就出現(xiàn)大量空穴，其主要導(dǎo)電方式是空穴導(dǎo)電，故稱之為空穴型半導(dǎo)體或Ｐ型半導(dǎo)體，其中，多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是自由電子。②P摻雜如圖下所示。P摻雜P型半導(dǎo)體空穴多，容易吸引電子但原子核電荷不夠，會(huì)形成正電荷。應(yīng)當(dāng)注意的是，不論Ｎ型還是Ｐ型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但整個(gè)晶體仍然呈電中性。這是因?yàn)楸菊髟睾碗s質(zhì)元素的每兩個(gè)原子本來就是中性的，所以從宏觀上看，摻雜半導(dǎo)體并不帶電。①N摻雜如下圖所示N摻雜②P摻雜如圖下所示。P摻雜12三、ＰＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?ＰＮ結(jié)的形成第二節(jié)ＰＮ結(jié)將Ｐ型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起時(shí)，兩種材料之間會(huì)形成一個(gè)邊界層，會(huì)擴(kuò)散出一個(gè)內(nèi)電場，稱為PN結(jié)、阻擋層。13三、ＰＮ結(jié)及其單向?qū)щ娦裕?ＰＮ結(jié)的單向?qū)щ娦缘诙?jié)ＰＮ結(jié)15第三節(jié)二極管一、二極管的分類和符號(hào)通過P半導(dǎo)體和N半導(dǎo)體結(jié)合形成的元件稱為半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管16電路板上的二極管二極管的電路符號(hào)17二、二極管的伏安特性第三節(jié)二極管18三、二極管應(yīng)用利用二極管的單向?qū)щ娦裕蓪⑺米鳈z波、整流、鉗位、開關(guān)等。第三節(jié)二極管19四、二極管參數(shù)二極管的參數(shù)有很多，從使用角度來說，主要參數(shù)有兩個(gè)：１）最高整流電流ＩＦＭ：即二極管長時(shí)間使用時(shí)允許流過的正向平均電流。它由材料和ＰＮ結(jié)的面積決定。電流超過這個(gè)允許值時(shí)，二極管將因過熱而損壞。２）最高反向工作電壓ＵＲＭ：即保證二極管不被擊穿而給出的最高反向電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。此外，還有最大反向電流、正向電壓、工作頻率等參數(shù)，選用二極管時(shí)也應(yīng)注意。第三節(jié)二極管20第四節(jié)整流電路一、什么是整流所謂整流，就是把交流電變成直流電。按所用交流電源相數(shù)，可分為單相和三相整流；按負(fù)載上所得整流波形，可分為半波和全波整流。（注：相是電機(jī)線圈的個(gè)數(shù)，一個(gè)線圈為一相）21二、單相半波整流電路第四節(jié)整流電路22第四節(jié)整流電路23三、橋式全波整流電路第四節(jié)整流電路③全波橋式整流器電路25第四節(jié)整流電路26第四節(jié)整流電路27第四節(jié)整流電路28第五節(jié)濾波電路

整流后輸出的都是脈動(dòng)直流電，雖然極性不變，但大小還是波動(dòng)的，即平滑性差。這種脈動(dòng)直流電中包含有大量的交流成分。這種脈動(dòng)直流電壓用于對直流電壓平滑性要求不高的場合是可以的，如電解、電鍍等設(shè)備的供電。而用在有些設(shè)備中，如電子儀器、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄音機(jī)等，則會(huì)帶來一定的問題，會(huì)使儀器或電器不能正常工作。因?yàn)檫@些儀器或電器設(shè)備對直流電在電壓的平滑性能要求比較高，即直流電壓的波動(dòng)性應(yīng)越小越好。為些需要在整流電路和負(fù)載之間加入能把交流成分濾掉的電路，這種功能的電路就是濾波電路，又稱濾波器。29第五節(jié)濾波電路一、電容濾波3031第五節(jié)濾波電路電容濾波就是在整流電路之后與負(fù)載并聯(lián)一個(gè)容量較大的電容。由于電容的充放電作用以及電容兩端電壓的存在，使得整流電路輸出電壓UL的脈動(dòng)程度大為減弱，波形近于平滑，起到了濾波的作用。橋式整流電容濾波輸出電壓波形如圖2-2所示（實(shí)際為濾波后的輸出波形）。在這種電容濾波電路中，電容的容量越大或負(fù)載電阻越大，電容放電就越慢，輸出電壓也就越平滑。3233第五節(jié)濾波電路34第五節(jié)濾波電路35第五節(jié)濾波電路36二、電感濾波第五節(jié)濾波電路電感濾波就是在整流電路輸出端和負(fù)載之間串入一個(gè)電感線圈，它是利用電感的直流電阻小、交流電阻大（即隔交通直）的特性進(jìn)行濾波的。工作原理如下：當(dāng)整流電路輸出脈動(dòng)直流電壓時(shí)，負(fù)載電流將隨著增加或減少。當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，電感線圈中將產(chǎn)生與電流方向相反的感應(yīng)電動(dòng)勢，力圖阻止電流的增加，而當(dāng)負(fù)載電流減少時(shí)，電感線圈中將產(chǎn)生與電流方向相同的感應(yīng)電動(dòng)勢，使得負(fù)載電流的脈動(dòng)程度減少了，在負(fù)載上也就可以得到一個(gè)較平滑的直流輸出電壓，電感量越大，濾波效果越好。3738第五節(jié)濾波電路39三、復(fù)式濾波１.ＬＣ濾波器第五節(jié)濾波電路40三、復(fù)式濾波２.π型ＬＣ濾波器第五節(jié)濾波電路41三、復(fù)式濾波３.π型ＲＣ濾波器第五節(jié)濾波電路42第六節(jié)整流、濾波和穩(wěn)壓電路在汽車上的應(yīng)用一、三相全波整流器１.六管整流原理④三相橋式整流電路三相橋式整流電路將電壓曲線（U2）移動(dòng)120°，形成一種實(shí)際上是恒定的正弦電壓（UL），如右圖和下圖所示。三相橋式整流電路波形在每一瞬間，根據(jù)優(yōu)先導(dǎo)通原則：共陰極組中陽極電位最高的二極管導(dǎo)通；共陽極組中陰極電位最低的二極管導(dǎo)通。三相橋式整流電路47２.八管交流發(fā)電機(jī)的特點(diǎn)第六節(jié)整流、濾波和穩(wěn)壓