第1章半导体二极管与整流电路精.ppt

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1、第1章半导体二极管与整流电路1第1页，本讲稿共43页主要内容主要内容半导体半导体及其导电机理及其导电机理载流子及其分类载流子及其分类PN结及其单向导电性结及其单向导电性正偏与反偏正偏与反偏二极管及其伏安特性二极管及其伏安特性二极管应用：二极管应用：整流整流、限幅、检波等、限幅、检波等特殊二极管：特殊二极管：稳压二极管稳压二极管、光敏二极管、发光二极管、光敏二极管、发光二极管 教学要求教学要求教学要求教学要求1.1.1.1.理解理解理解理解PNPNPNPN结的单向导电性；结的单向导电性；结的单向导电性；结的单向导电性；2.2.2.2.了解二极管、稳压管、工作原理和特性曲线，理解主要参数了解二极管

2、、稳压管、工作原理和特性曲线，理解主要参数了解二极管、稳压管、工作原理和特性曲线，理解主要参数了解二极管、稳压管、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；的意义；的意义；的意义；3.3.3.3.分析含有二极管的电路；理解并掌握单相整流电路和滤波电分析含有二极管的电路；理解并掌握单相整流电路和滤波电分析含有二极管的电路；理解并掌握单相整流电路和滤波电分析含有二极管的电路；理解并掌握单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算路的工作原理及参数的计算路的工作原理及参数的计算路的工作原理及参数的计算;4.4.4.4.了解稳压管稳压电路的工作原理。了解稳压管稳压电路的工作原理。了解稳压管稳压电路的工作

3、原理。了解稳压管稳压电路的工作原理。导体的导电机理导体的导电机理电阻的双向导电性电阻的双向导电性电阻的伏安特性电阻的伏安特性2第2页，本讲稿共43页1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识导体导体conductorconductor ：容易导电的物体，金属一般都是导体。容易导电的物体，金属一般都是导体。绝缘体绝缘体nonconductornonconductor ：不容易导电的物体不容易导电的物体。如橡皮、陶瓷、塑。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。料和石英。半导体半导体semiconductorsemiconductor ：室温时电阻率约在室温时电阻率约在10-5107 m之间。之间。导电特

4、性处于导体和绝缘体之间，并导电特性处于导体和绝缘体之间，并有负的电阻温度系有负的电阻温度系数的物质数的物质，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。19111911年考尼白格和维斯首次使用年考尼白格和维斯首次使用 这一名词。这一名词。不同于其它物质，所以它具有不同的特点。例如：不同于其它物质，所以它具有不同的特点。例如：热敏性和光敏性：热敏性和光敏性：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。化。例如：热敏电阻、光敏电阻、光敏三极管等。例如：热敏电阻、光敏电阻、光敏三极管等。掺杂性：掺杂性：往纯净的半导体中

5、掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力它的导电能力明显改变。明显改变。例如：纯硅掺杂百万分之一硼，电阻率从大约例如：纯硅掺杂百万分之一硼，电阻率从大约410410-3-3 m m 到到2102103 3 mm。（可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。（可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。半导体的导电机理半导体的导电机理3第3页，本讲稿共43页一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）

6、都是四个。（价电子）都是四个。本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导完全纯净的、结构完整的半导体晶体。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成体晶体。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。纯度纯度 99.999999.9999，甚至达到，甚至达到99.999999999.9999999以上。以上。1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体intrinsic semiconductorintrinsic semiconductor硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面

7、体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成每个原子与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价电子。，共用一对价电子。4第4页，本讲稿共43页共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构形成共价键后，每个形成共价键后，每个原子的最外层电子是原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结共价键有很强的结合力，使原子规则合力，使原子规则排列，形成晶体。排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束

8、缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子（价束缚电子（价电子）电子），常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。5第5页，本讲稿共43页在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时,价电子完全被共价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子carriercarrier），它的导电能力为），它的导电能力

9、为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于温在常温下，由于温度增加或受光照激发，使度增加或受光照激发，使一些价电子获得足够的能一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，量而脱离共价键的束缚，成为成为自由电子自由电子free free electronelectron ，同时共价键，同时共价键上留下一个空位，称为上留下一个空位，称为空空穴穴holehole。这一现象称为这一现象称为本本征激发。征激发。二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理 1.载流子载流子:自由电子和空穴自由电子和空穴*+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子6第6页，本讲稿共43页+4+4

10、+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的价电子在其它力的作用下，空穴吸引附近的价电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理当半导体两端加上外电压时，本征半导体当半导体两端加上外电压时，本征半导体中会形成电流，由两部分组成：中会形成电流，由两部分组成：1.电子电流电子电流：自由电子移动产生的电流。

11、：自由电子移动产生的电流。2.空穴电流空穴电流：空穴移动（价电子递补空穴）产生：空穴移动（价电子递补空穴）产生的电流。的电流。本征半导体导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体导电能力取决于载流子的浓度。温度温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的重要外部因素，这是半导体的一大特点。重要外部因素，这是半导体的一大特点。7第7页，本讲稿共43页在本征半导体中掺入某些微量的杂质（在本征半导体中掺入某些微量的杂质（离子注入工艺离子注入工艺），就会使半导体的导电性能，就会使半导体的导电性能

12、发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。1.1.1 1.1.1 杂质半导体杂质半导体extrinsic extrinsic semiconductorsemiconductor 一、一、N 型半导体型半导体 N-type semiconductor：N指指ne

13、gative。在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，晶体中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。例如：例如：2727，纯硅约有自由电子或空穴，纯硅约有自由电子或空穴1.5101.5101010个

14、个/cm/cm3 3，掺杂为，掺杂为N N 型半型半导体后自由电子数增加几十万倍，空穴数减少为导体后自由电子数增加几十万倍，空穴数减少为2.3102.3105 5个个/cm3/cm3二、二、P 型半导体型半导体 P-type semiconductor：P指指positive。在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可

15、能吸引束缚电子（价电子）来填补，使得硼原子成为不能移动的带个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子（价电子）来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。负电的离子。8第8页，本讲稿共43页+4+4+5+4多余多余电子电子磷原磷原子子一、一、N 型半导体型半导体 N-type semiconductor空穴空穴硼原子硼原子+4+4+3+4N 型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1.1.由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。由磷原子提供的电子，浓度与磷原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的自由电子和空穴。本征半导体中成对产生的自由电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，掺杂浓

16、度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。多数载流子多数载流子（多子多子）：自由电子）：自由电子少数载流子少数载流子（少子少子）：空穴）：空穴P 型半导体中：型半导体中：多数载流子：多数载流子：空穴空穴少数载流子：少数载流子：电子电子P 型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？二、二、P 型半导体型半导体 P-type semiconductor9第9页，本讲稿共43页P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体型半导体多数载流子多数载流子和和少数载流子少数载流子的移动都能形成电流。的移动都能形成电流。但由于数

17、量的关系，起导电作用的主要是但由于数量的关系，起导电作用的主要是多数载流子多数载流子。近似。近似认为多子与杂质浓度相等。认为多子与杂质浓度相等。杂质型半导体整体是不带电的。杂质型半导体整体是不带电的。三、杂质半导体的符号三、杂质半导体的符号10第10页，本讲稿共43页P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散运动使扩散运动使空间电荷区空间电荷区逐渐加宽。逐渐加宽。内电场越内电场越强，就使强，就使漂移运动漂移运动越强，而越强，而漂移使空漂移使空间电荷区间电荷区变薄。变薄。空间电荷区也称耗尽层。空间电荷区也称耗尽层。空间电荷区也称耗尽层。空间电荷区也称

18、耗尽层。对扩散运动起阻挡作用对扩散运动起阻挡作用对扩散运动起阻挡作用对扩散运动起阻挡作用也称阻挡层也称阻挡层也称阻挡层也称阻挡层在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和型半导体和N 型半导体，型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结结 PN junction。1.1.2 1.1.2 PN PN 结及其单向导电性结及其单向导电性 PNPN 结的形成结的形成11第11页，本讲稿共43页所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡动态平衡，相，相当于两个区之间没有电

19、荷运动，空间电荷区的宽度固定不当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的宽度固定不变。变。漂移运动漂移运动P型半导型半导体体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E12第12页，本讲稿共43页+空间电空间电荷区荷区N型区型区P型区型区注意注意:1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴中的空穴.N区区中的电子（中的电子（都是都是多数载多数载流子流子）向对方运动（）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3.3.P 区中的电子和区中的电子和N区中的空穴（区中的空穴（都是都是少数载流子少数载流子），数量有限，），数

20、量有限，因此由它们形成的电流很小。因此由它们形成的电流很小。13第13页，本讲稿共43页正向偏置正向偏置:PN 结加正向电压结加正向电压(P+,N-)，即，即:P 区加正、区加正、N 区加负电压。区加负电压。反向偏置反向偏置:PN 结加反向电压结加反向电压(P-,N+)，即，即:P区加负、区加负、N 区加正电压。区加正电压。PNPN结的结的单向导电性单向导电性unilateral conductivityunilateral conductivityPN结的单向导电性结的单向导电性：正偏导通，反偏截止正偏导通，反偏截止正偏导通，反偏截止正偏导通，反偏截止 *正偏正偏:正向偏置正向偏置。导通导通

21、导通导通:PN结结正向电流正向电流(PN)大，大，正向电阻正向电阻(PN)小小。反偏反偏:反向偏置反向偏置。截止截止截止截止:PN结结反向电流反向电流(NP)小，小，反向电阻反向电阻(NP)大大。内电场被削弱，加强多子扩散运动，形内电场被削弱，加强多子扩散运动，形成较大的正向扩散电流。成较大的正向扩散电流。内电场内电场外电场外电场变薄变薄内电场内电场外电场外电场变厚变厚REPN+_+内电场被加强，加强少子漂移运动，内电场被加强，加强少子漂移运动，形成较小的反向漂移电流。形成较小的反向漂移电流。正偏正偏反偏反偏REPN_+PN结的光生伏打效应结的光生伏打效应：受到光照后能产生电动势。可制造光电池

22、。：受到光照后能产生电动势。可制造光电池。14第14页，本讲稿共43页1.2.11.2.1基本结构：基本结构：PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管二极管的电路的电路符号：符号：1.21.2半导体半导体二极管二极管diodediode实际实际二极管二极管电流小，适用于高频和小功率工作，电流小，适用于高频和小功率工作，常用作数字电路中的开关元件常用作数字电路中的开关元件电流大，适用于低频和电流大，适用于低频和大功率工作，常用来整流大功率工作，常用来整流15第15页

23、，本讲稿共43页死区电压死区电压 硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降:硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR1.2.21.2.2伏安特性伏安特性 volt-ampere characteristicvolt-ampere characteristic 理想伏安特性理想伏安特性正向导通时：正向压降为零，正正向导通时：正向压降为零，正向电阻为零，正向电流？向电阻为零，正向电流？反向截止时：反向压降？反向反向截止时：反向压降？反向电阻无穷大，反向电流为零。电阻无穷大，反向电流为零。实际伏安特性实际伏安特性导通压降导通压降:硅管硅管0V,锗管锗

24、管0VUIUBR导通压降导通压降:硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3VUIUBRUI结合伏安特性，如何理解结合伏安特性，如何理解“正偏导通，反偏截止正偏导通，反偏截止”？正向特性正向特性 反向特性反向特性 伏安特性上，普通二极管伏安特性上，普通二极管工作范围是哪段曲线？工作范围是哪段曲线？PN+-正向偏置正向偏置PN-+反向偏置反向偏置16第16页，本讲稿共43页1.最大整流电流最大整流电流 IOM：二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向击穿电压反向击穿电压UBR：二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，

25、二极管的单向二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压URWM一般是一般是UBR的一半。的一半。隧道击隧道击穿（也叫齐纳击穿）穿（也叫齐纳击穿）击穿电压小于击穿电压小于6V，有负的温度系数；，有负的温度系数；雪崩击穿雪崩击穿，击穿电压大于，击穿电压大于6V，有正，有正的温度系数。的温度系数。1.2.31.2.3主要参数主要参数直流参数直流参数3.反向电流反向电流 IR：指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。

26、反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。反向饱反向饱和电流：和电流：本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。反向饱和电流。以上均是二极管的直流参数

27、，以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导二极管的应用是主要利用它的单向导电性电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。17第17页，本讲稿共43页（4 4）微变电阻）微变电阻 r rD DiDuDIDUDQr rD D 是二极管特性曲线上工作点是二极管特性曲线上工作点Q Q 附附近电压的变化与电流的变化之比：近电压的变化与电流的变化之比：显然，显然，r rD D是对是对Q Q附近的微小变化区域内的电阻。附近的微小变化区域内的电阻。uD iD1.2.31.2.3主要参数主要参数交流参数交流参数（5 5）

28、二极管的极间电容）二极管的极间电容二极管两极之间有电容，由两部分组成：二极管两极之间有电容，由两部分组成：势垒电容势垒电容C CB B和和扩散电容扩散电容C CD D。势垒电容：势垒电容：当电压变化时，就会引起积累在势垒区（积累空当电压变化时，就会引起积累在势垒区（积累空间电荷的区域）的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是间电荷的区域）的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容势垒电容。18第18页，本讲稿共43页C CB B在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。子数目很少，扩散电容可忽略。PN

29、PN 结高频小信号时的等效电路结高频小信号时的等效电路势垒电容和扩散电容势垒电容和扩散电容的综合效应的综合效应rd二极管的微变电阻和二极管的微变电阻和极间电容为交流参数极间电容为交流参数扩散电容扩散电容CD：为了形成正向电流（扩散为了形成正向电流（扩散电流），注入电流），注入P P 区的少子（电子）在区的少子（电子）在P P 区区有浓度差，越靠近有浓度差，越靠近PNPN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P P 区有电子的积累。同理，在区有电子的积累。同理，在N N区有空穴的区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容所产生的电容就是扩

30、散电容C CD D。P+-N19第19页，本讲稿共43页电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：U U U UABABABABV V V V阳阳阳阳 =6 V6 V6 V6 V、V V V V阴阴阴阴 =12 V12 V12 V12 VV V V V阳阳阳阳VVVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U U U UABABABAB=6V6V6V6V否则，否则，否则，否则，U U U UABABABAB低于低于低于低于6V6V6V6V一个管

31、压降，为一个管压降，为一个管压降，为一个管压降，为6.36.36.36.3或或或或6.7V6.7V6.7V6.7V例例1 1：取取取取 B B B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D D6V6V12V12V3k3k B BA AU UABAB+1.3 1.3 半导体二极管的简单应用半导体二极管的简单应用限幅限幅、钳

32、位、整流、检波钳位、整流、检波、保护电路、开关元件保护电路、开关元件解：解：20第20页，本讲稿共43页u u u ui i i i 8V 8V 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u u u uo o o o=8V=8V=8V=8V u u u ui i i i 8V 8V 8V V V V Vb b b b，二极管，二极管，二极管，二极管D D D D导通；导通；导通；导通；3.3.3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形u u 负半周，负半周，V Va a 0 0 时时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:由+经D1

33、RLD3-u u2 20 ucu2uc，D1D3D1D3导通，电容导通，电容充电，充电，u0=u2u0=u2；mnmn段段，u2u2正弦规律下降，正弦规律下降，ucuc也下降，过了也下降，过了n n点后，点后，u2ucu2uc，D1D3D1D3截止，截止，电容通过电容通过RLRL放电，放电，u0=ucu0=uc；n1n1段段，D1D3D1D3截止，截止，电容通过电容通过RLRL放电，放电，u0=ucu0=uc；1k1k段段，进入负进入负半周，半周，D1D3D1D3截止；截止；-u2uc-u2uc-u2uc，D2D4D2D4导通，电容充电，导通，电容充电，u0=-u2u0=-u2；往后重复以上过

34、程往后重复以上过程mn012km31第31页，本讲稿共43页一般取一般取(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:U0=1.2U2。(2)流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大RLC越大越大U0越高越高,负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大整流管导电整流管导电时间越短时间越短iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(1)输出电压输出电压U0与时间常数与时间常数RLC有关有关RLC愈大愈大电容器放电愈慢电容器放电愈慢U0(平均值平均值)愈大，愈大，32第32页，本讲稿共43页输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻RL

35、或或C的变化而改变的变化而改变,U0和和S也随之改变。也随之改变。如如:RL愈小愈小(I0越大越大),U0下降多下降多,S增大。增大。电容滤波电路适用于输出电压较高电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。(3)、输出特性、输出特性(外特性外特性):uL电容滤波电容滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL结论结论33第33页，本讲稿共43页例题例题有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f f=50Hz=50Hz，负载电阻负载电阻 R RL L=200=200，要求直流输出电压，要

36、求直流输出电压U Uo o=30V=30V，选择整，选择整流二极管及滤波电容器。流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值 uRLuo+C解：（解：（1 1 1 1）选择整流二极管）选择整流二极管）选择整流二极管）选择整流二极管可选用二极管可选用二极管2CP112CP11I IOM OM=100mA =100mA U UDRM DRM=50V=50V （2）选择滤波电容

37、器）选择滤波电容器已知已知 RL=50 可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器34第34页，本讲稿共43页（1）滤波原理）滤波原理:对直流分量对直流分量(f=0):XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量:f 越高越高,XL越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此因此,在输在输出端得到比较平滑的直流电压。出端得到比较平滑的直流电压。U0=0.9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLu06.有电感滤波的整流电路有电感滤波的整

38、流电路（2）电感滤波的特点）电感滤波的特点:整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。的场合。缺点是电感铁芯笨重缺点是电感铁芯笨重,体积体积大大,易引起电磁干扰。易引起电磁干扰。35第35页，本讲稿共43页为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法,如在电如在电容滤波后再接一级容滤波后再接一级RC滤波电路，或在电感滤波后面再接滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成一电容。从而构成RC-型或型或L-C型滤波电路，其性能及应型滤波电路，其性

39、能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。u0Ru2u1C1C2u0RL7.RC-滤波滤波36第36页，本讲稿共43页UIIZIZmax UZ IZ曲线越陡，稳压性能越好。曲线越陡，稳压性能越好。+-UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳压性能越好。越小，稳压性能越好。1.5 1.5 稳压二极管稳压二极管zener diodezener diode工作于反向击穿区，起稳定电压的作用工作于反向击穿区，起稳定电压的作用工作于反向击穿区，起稳定电压的作用工作于反向击穿区，起稳定电压的作用伏安特性上，稳压二极管工作范围是哪段曲线？伏安特性上，稳压二极管工作范围是哪段曲线

40、？利用稳压二极管或普通二极管的正向压降，是否也可以稳压？利用稳压二极管或普通二极管的正向压降，是否也可以稳压？37第37页，本讲稿共43页（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗）最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数（1）稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/）稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻）动态电阻工作于反向击穿区，起稳定电压的作用。稳压值有一定的分散性工作于反向击穿区，起稳定电压的作用。稳压值有一定的分散性工作于反向击穿区，起稳定电压的作用。稳压值有

41、一定的分散性工作于反向击穿区，起稳定电压的作用。稳压值有一定的分散性稳压电路稳压电路 稳压原理稳压原理uoiZDZRiLiuiRL+限流电阻限流电阻+ui uo Uz 稳压稳压管特管特性性iz i uR Uo稳定稳定38第38页，本讲稿共43页稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解：解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax 求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 ui 的正常值。的正常值。方程方程1负载电阻负载电阻RL=2k。要求。要求当输入电压由正常当输入电压由正常值发生值

42、发生 20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin 方程方程2联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：39第39页，本讲稿共43页反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加1.6 1.6 光敏二极管光敏二极管 1.7 1.7 发光二极管发光二极管 photosensitive diodephotosensitive diode LED:liLED:light-emitting diodeght-emitting diode有正向电流流过时，发出一定

43、波长范围的有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。的光，它的电特性与一般二极管类似。开关二极管、开关二极管、光电二极管可用于光的测量，可当做光电二极管可用于光的测量，可当做一种能源一种能源(光电池光电池)。半导体照明半导体照明：半导体中载流子发生复合时放出过剩的能量而引起光子发射。：半导体中载流子发生复合时放出过剩的能量而引起光子发射。节能节能80%80%；寿命长寿命长1010倍倍 ，6 6万到万到1010万小时万小时 ；256256256 256256256 种颜色种颜色；环保，环保

44、，光谱中没有紫外线和红外线，光谱中没有紫外线和红外线，既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收既没有热量，也没有辐射，眩光小，而且废弃物可回收 ；数字信息化产品数字信息化产品，在线编程，无限，在线编程，无限升级，灵活多变的特点升级，灵活多变的特点 。预计预计2010年中国整个年中国整个LED产业的产值将超过产业的产值将超过1500亿元。亿元。LED电视电视40第40页，本讲稿共43页5 5 直流稳压电源直流稳压电源u1u2u1abD4D2D1D3u0CRLiZDZ直流稳压电源的作用：输出稳定的直流电压。直流稳压电源的作用：输出稳定的直流电压。稳压管稳压电路稳压管稳压电路集成稳压电源集成

45、稳压电源单片集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高可靠性高,使用灵活使用灵活,价格低廉价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故故称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的W7800系列系列三端集三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。短路和过热保护

46、环节。41第41页，本讲稿共43页三端集成稳压电源三端集成稳压电源分类分类:型号后型号后XX两位数字两位数字代表输出电压值。代表输出电压值。输出电压额定电压值输出电压额定电压值有有:5V:5V、9V9V、12V 12V、18V18V、24V24V等等 。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端W78XX外形外形1231端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W79XX外形外形12342第42页，本讲稿共43页例子：输出为固定例子：输出为固定+5V电压电压UOCOW7805 CIUI+_1320.11 F1F+_一一 输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路 二二 输出正负电压的电路输出正负电压的电路UOW7805CIUI+_UO132+_CIW790513COCO2例子：输出为例子：输出为5V电压电压u1u2u1abD4D2D1D3u0CRLUOCOW78XX CIUI+_1320.11 F1F+_43第43页，本讲稿共43页