第1章半导体基础与二极管电路ppt课件

1、 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 固态电子学材料固态电子学材料cmcm510cm310cm5310102一、本征半导体一、本征半导体 1. 什么是本征半导体什么是本征半导体 是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 自然界中的自然界中的物质物质导体导体 绝缘体绝缘体 半导体半导体 价电子参与导电价电子参与导电 掺杂增强导电能力掺杂增强导电能力 热敏特性热敏特性 光敏特性光敏特性第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 常用的半导体：硅、锗、砷化镓等。常用的半导体：硅、锗、砷化镓等。 1. 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构 1.1

2、 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4+ 硅原子硅原子Si） + 锗原子锗原子Ge） 硅和锗的二维晶格结构图硅和锗的二维晶格结构图 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+42. 本征激发本征激发 空穴空穴 自由电子自由电子 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4 外电场的作用使价电子定向移动外电场的作用使价电子定向移动 空穴越多，价电子越容易移动。空穴越多，价电子越容易移动。 价电子的移动等效于空穴的移动价电子的移动等效于空穴的移动空穴参与导电。空穴参与导电。 载流

3、子载流子 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4 复合复合 在一定的温度和光照下，载流子的产生和复合达到在一定的温度和光照下，载流子的产生和复合达到 动态平衡，载流子的浓度一定。动态平衡，载流子的浓度一定。 3. 本征半导体的导电特性本征半导体的导电特性 在绝对零度时，不导电。在绝对零度时，不导电。 温度或光照）温度或光照） 价电子获得能量价电子获得能量 自由电子和空穴均参与导电，自由电子和空穴均参与导电， 统称为载流子。统称为载流子。 温度温度 载流子的浓度载流子的浓度 自由电子释放能量跳回共价键自由电子释放能量跳回共价键 复合。复合。 本征半导

4、体载流子浓度较低，导电能力较弱。本征半导体载流子浓度较低，导电能力较弱。 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识本征激发本征激发 产生自由电子和空穴对。产生自由电子和空穴对。 导电能力导电能力 。 ：本征载流子浓度：本征载流子浓度单位：个单位：个/in3cm ：禁带宽：禁带宽度度GE常数：与材料有关常数：与材料有关绝对温绝对温度度玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 ：KeV /1062. 85e 不是电子电不是电子电量量 =2.718281828459 此公式仅用于帮助大家了解本征载流此公式仅用于帮助大家了解本征载流子浓度和哪些因素有关，一般不用于子浓度和哪些因素有关，一般不用于具体求解具体求

5、解本征载流子浓度本征载流子浓度 ()236GEkTinBT ecm922iiiipnn pnp本征半导体热平衡时本征半导体热平衡时自由电子与空穴成对出现自由电子与空穴成对出现电子浓度电子浓度= =空穴浓度空穴浓度载流子浓度仅与温度有关载流子浓度仅与温度有关10单位单位 半导体漂移电流半导体漂移电流与迁移率与迁移率2/cmAQvjj：电流密度：电流密度 单位截面积通过的电流单位截面积通过的电流 Q：电荷密度：电荷密度 单位体积的电荷单位体积的电荷 ：电荷的移动速度：电荷的移动速度 v漂移电流：带电粒子在电场作用下作定向运动形成的电漂移电流：带电粒子在电场作用下作定向运动形成的电流流 11迁移率迁

6、移率 ：电场比较小：电场比较小 的时候，漂移速度的时候，漂移速度(cm/s)与电场与电场EV/cm间的比例系数间的比例系数EvnnEvpp比较比较小小12本征硅的电阻率本征硅的电阻率22/)(/)(cmAEqpEqpvQjcmAEqnEqnvQjpppppdnnnnnd EEpnqjjjpnpnTd)( 称为电导率称为电导率 1电阻率电阻率13为便于计算，室温下硅材料一般取值为便于计算，室温下硅材料一般取值310/10cmni191010()(1.60 10)101350 10500npq np612.96 10 ()cmcmcm55101038. 31结论：电阻率很大，结论：电阻率很大， 常

7、温下是绝缘体！常温下是绝缘体！例题：例题：知：知：硅的禁带宽度硅的禁带宽度 ,G1.12eVE设室温设室温T=300K。311008. 1B6)(32cmeBTnkTEiG)300)(1062. 8(212. 12363315)300)(1008. 1KeVeVeKcmK936.73 10 /incm141.1固态电子学材料固态电子学材料本征硅的电阻率本征硅的电阻率400K时：时：属于半导体属于半导体cm31045. 150K时：时：属于绝缘体属于绝缘体cm531069. 1练习题结果对比：本征硅的电阻率练习题结果对比：本征硅的电阻率 温度影响载流子浓度和迁移率，从而影响电温度影响载流子浓度和

8、迁移率，从而影响电阻率阻率15二、杂质半导体二、杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会 使半导体的导电性能发生显著变化。使半导体的导电性能发生显著变化。 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 掺入五价的杂质元素：掺入五价的杂质元素： 自由电子的浓度自由电子的浓度 空穴的浓度。空穴的浓度。 自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。 称这种杂质半导体为称这种杂质半导体为 N 型半导体。型半导体。 掺入三价的杂质元素：掺入三价的杂质元素： 自由电子的浓度自由电子的浓度 空穴的浓度。空穴的浓度。 空穴

9、为多数载流子。自由电子为少数载流子。空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。 称这种杂质半导体为称这种杂质半导体为 P 型半导体。型半导体。1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识+4+4+4+4+3+4+4+4+41. P 型半导体型半导体 在硅晶体中掺入少量三价元素杂质如硼）。在硅晶体中掺入少量三价元素杂质如硼）。 受主原子受主原子 一个受主原子一个受主原子 提供一个空穴提供一个空穴 获得电子而形获得电子而形 成一个负离子成一个负离子 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+42. N 型半导体型半导体 在硅晶体中掺入少量五价元素杂质如磷）

10、。在硅晶体中掺入少量五价元素杂质如磷）。 施主原子施主原子 一个施主原子一个施主原子 提供一个电子提供一个电子 失去电子而形失去电子而形 成一个正离子成一个正离子 +5自由电子自由电子 3. 杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法 P 型半导体型半导体 N 型半导体型半导体 空间空间电荷电荷 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识三、三、PN 结结1. PN 结的形成结的形成扩散运动扩散运动 扩散运动：扩散运动： 多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 内电场内电场耗尽层耗尽层势垒区势垒区P

11、N 结结 扩散运动继续进扩散运动继续进行行, 使使PN结加宽结加宽1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 多数载流子的扩散运动继续进行，使多数载流子的扩散运动继续进行，使 PN 结加结加 宽，内电场增强。宽，内电场增强。 内电场越强，多数载流子的运动越难以进行。内电场越强，多数载流子的运动越难以进行。 内电场越强，少数载流子的运动越易于进行。内电场越强，少数载流子的运动越易于进行。 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 漂移运动：漂移运动： 少数载流子在内电场作用下的运动。少数载流子在内电场作用下的运动。 漂移运动使漂移运动使 PN 结变薄，内电场削弱。结变薄，内电场削弱

12、。 内电场削弱，又有利于多数载流子的扩散运动，内电场削弱，又有利于多数载流子的扩散运动， 而不利于少数载流子的漂移运动。而不利于少数载流子的漂移运动。漂移运动漂移运动1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运 动达到动态平衡动达到动态平衡 平衡的平衡的 PN 结。结。1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 N 2. PN 结的特性结的特性偏置偏置正向偏置正向偏置 反向偏置反向偏置 N I多子运动多子运动 少子运动少子运动 正向导通正向导通 反向截止反向截止 主要特性：主要特性： 单向导电性。单向导

13、电性。 1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 一、二极管的基本结构和分类一、二极管的基本结构和分类 1. 二极管的基本结构二极管的基本结构 将一个将一个 PN 结封装后成为二极管。结封装后成为二极管。 外壳外壳 N 型锗片型锗片 阴极阴极 引线引线 阳极阳极 引线引线 点接触型点接触型 N 型硅型硅 面接触型面接触型 阴极引线阴极引线 阳极引线阳极引线 底座底座 金锑合金金锑合金 PN 结结 铝合金铝合金 小球小球 金属触丝金属触丝 2. 图形符号和分类图形符号和分类 (1) 按结构分类按结构分类 点接触型、面接触型。点接触型、面接触型。 (

14、2) 按材料分类按材料分类 硅管、锗管。硅管、锗管。 (3) 按功率分类按功率分类 大功率管、小功率管。大功率管、小功率管。 (4) 按频率分类按频率分类 高频管、低频管。高频管、低频管。 (5) 按用途不同分类按用途不同分类 普通管、整流管、开关管等等。普通管、整流管、开关管等等。 1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管P 阳极阳极 N 阴极阴极 图形符号图形符号 二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性 UBR UD ID O 反向反向 特性特性 正向正向 特性特性 死区死区 死区电压死区电压 Uth ： 硅管硅管 0.5 V 锗管锗管 0.1 V 导通压降导通压降 UD ： 硅管硅管

15、0.6 0.7V 锗管锗管 0.2 0.3V 击穿电压击穿电压 UD反向截止区反向截止区 反向击穿区反向击穿区 反向饱反向饱 和电流和电流 1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管IR 1. 伏安特性伏安特性 三、三、 二极管的数二极管的数学模型学模型11TDDnUuSnkTquSDeIeIin: 非理想因非理想因子子一般取值一般取值n=1IS: 二极反向饱和电流二极反向饱和电流普通普通 AIS91810101TDnUuSDeIiSDTDIInUU1ln知：知：解：解：fAIS1 . 0AiD300fAIS10对AfA15101室温下室温下室温下，室温下， UT=0.025V， ，DDIi D

16、DUu VAAVIInUUSDTD718. 0101031ln)025. 0(1ln164VAAVIInUUSDTD603. 0101031ln)025. 0(1ln144，对fAIS1 . 0mAID1VUD748. 0例题 分析二极管的电压和电流UD2. 伏安特性的近似处理伏安特性的近似处理 UD ID OUD ID O1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 (2) 近似模型近似模型 (1) 理想模型理想模型 正向偏置导通时正向偏置导通时 ： UD = 0，RD = 0。 反向偏置截止时：反向偏置截止时： ID = 0，RD。 正向导通时正向导通时 ： UD = 0.7 V或或 0.2

17、V）。）。 反向偏置截止时：反向偏置截止时： ID = 0，RD。 UD ID1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管UD ID OUD ID O(3) 折线模型折线模型 正向导通时正向导通时 ： 将其作为一个线性电阻处理。将其作为一个线性电阻处理。 反向偏置截止时：反向偏置截止时： ID = 0，RD。(4) 小信号模型小信号模型 当工作点在当工作点在 Q 点附近变化时：点附近变化时： 用用 Q 点的切线代替曲线。点的切线代替曲线。Q rD = UD ID （动态电阻为常数）（动态电阻为常数） 四、主要参数四、主要参数 1. 最大整流电流最大整流电流 IF 2. 最大整流电流时的正向压降最大

18、整流电流时的正向压降 UF 3. 反向击穿电压反向击穿电压 UBR 4. 反向工作峰值电压反向工作峰值电压 URWM 5. 反向峰值电流反向峰值电流 IRM1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管uo = Euo = ui t ui/VO6解：解：VD 导通导通:(2) ui3 V 时时 VD 截止截止: 例例1.1 电路如图所示，知电路如图所示，知 ui 6sin t V，E = 3 V，画出，画出 uo 的波形设的波形设 VD 为理想二极管）。为理想二极管）。 (1) ui3 V 时时 t uo/VO33 uRR VD E uiuo1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管例例2:mA431

19、22D IBD16V12V3kAD2UAB+一、稳压二极管一、稳压二极管 又称为齐纳二极管。又称为齐纳二极管。 为面结型硅二极管。为面结型硅二极管。UZ IZM uZ iZ OIZ 反向反向特性特性正向正向特性特性1. 伏安特性伏安特性 特点特点 反向击穿电压小；反向击穿电压小； 反向击穿特性陡。反向击穿特性陡。 击穿击穿 电压电压 第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 2. 主要参数主要参数(1) 稳定电压稳定电压 UZ(2) 稳定电流稳定电流 IZ (3) 动态电阻动态电阻 rZ (4) 电压温度系数电压温度系数 U（%/） 温度每变化温度每变化 1 稳定电压变化的百分数。稳定电压变化

20、的百分数。 例如例如 2CW18 稳压管：稳压管： U = 0.095%/， 假设假设 20 时时 UZ = 11 V，那么，那么 50 时的稳压值为时的稳压值为 rZ =UZ IZUZ = 11V (5020)11V 11.3 V 0.095100（越小越好）（越小越好） 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 (5) 耗散功率耗散功率 PZ UZ IZM PZ 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 型型 号号 UZ /V IZ /mA IZM /mA PZ /W rZ / U /( %/) 2CW52 3.2 4.5 10 55 0.25 70 0.08 2CW54 5.5 6.5 10 3

21、8 0.25 30 0.03 0.05 2CW107 8.5 9.5 20 100 1 10 0.08 几种稳压管的主要参数几种稳压管的主要参数 稳压值为稳压值为 8 V 左右的稳压管动态电阻较小。左右的稳压管动态电阻较小。 UZ5.7 V时，温度系数为负值；时，温度系数为负值； UZ5.7 V时，温度系数为正值。时，温度系数为正值。 二、光敏二极管二、光敏二极管 1. 伏安特性伏安特性 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。照度增加照度增加 I U O1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 作用作用 将光信号转化为电信号。将光信号转化为电信号。 E = 200 lx

22、E = 400 lx 2. 主要参数主要参数 (1) 暗电流暗电流 无光照时的反向饱和电流。无光照时的反向饱和电流。 (2) 光电流光电流 额定照度时的反向电流。额定照度时的反向电流。 (3) 灵敏度灵敏度(4) 峰值波长峰值波长 三、发光二极管三、发光二极管 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 U 伏安特性与普通二极管相似。伏安特性与普通二极管相似。 发光的颜色取决于制造材料。发光的颜色取决于制造材料。 磷砷化镓：红光，磷化镓：绿光。磷砷化镓：红光，磷化镓：绿光。 作用作用 作显示器件。作显示器件。 将电信号转化为光信号。将电信号转化为光信号。LED R 5 V Uo 光缆光缆 发光二极管

23、发光二极管1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 四、激光二极管四、激光二极管 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 作用作用 产生相干的单色光信号，便于光缆传输。产生相干的单色光信号，便于光缆传输。 结构和图形符号结构和图形符号 在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半在发光二极管的结间安置一层具有光活性的半 导体，其端面抛光，具有部分反射功能。导体，其端面抛光，具有部分反射功能。 N 型型 P 型型 抛光面抛光面 光活性光活性 半导体半导体 激光激光 第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 一、直流稳压电源框图一、直流稳压电源框图 T 整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压

24、 电电 路路二、稳压电源各部分的功能二、稳压电源各部分的功能 1.4 1.4 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 1. 整流变压器整流变压器 将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。 2. 整流电路整流电路 将交流电变换为直流电脉动直流）。将交流电变换为直流电脉动直流）。 3. 滤波电路滤波电路 滤掉脉动直流电压中所含的交流分量不可能滤掉脉动直流电压中所含的交流分量不可能 全部滤掉），尽量减少直流电压的脉动程度。全部滤掉），尽量减少直流电压的脉动程度。 4. 稳压电路稳压电路 稳定输出的直流电压，使其尽可能不受交流电稳定输出的直流电压，使其尽可能不受交

25、流电 源波动和负载变化的影响。源波动和负载变化的影响。第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 整流电路整流电路 不可控整流用二极管作整流元件）不可控整流用二极管作整流元件） 可控整流可控整流 （用晶闸管作整流元件）（用晶闸管作整流元件） 整流电路整流电路 单相半波整流单相半波整流 单相全波整流单相全波整流三相半波整流三相半波整流 三相全波整流三相全波整流 uo 一、一、 单相半波整流电路单相半波整流电路 1. 工作原理工作原理p 2p 3p(1) 正半周时正半周时 u20，VD 导通。导通。 uo = u2忽略管压降忽略管压降 UD） (2) 负半周时负半周时 u20，VD 截止。截止。 u

26、o = 0 2. 整流电路的计算整流电路的计算u1 u2aTbVD RL0u2tuo0tp 2p 3p u2 u21.5 1.5 整整 流流 电电 路路 (4) 二极管上承受的最高反向电压二极管上承受的最高反向电压(3) 二极管上的平均电流二极管上的平均电流 ID= Io(1) 输出电压的平均值输出电压的平均值 URM =2 U2 Io =Uo RL uo aTbRL u2 u1 VDIo=2 U2p(2) 输出电流的平均值输出电流的平均值 = 0.45 U2 uo d uo d t t Uo = 12p 2p01.5 1.5 整整 流流 电电 路路 3. 整流二极管的选择整流二极管的选择 (

27、1) 最大整流电流最大整流电流 IF IF ID (2) 反向工作峰值电压反向工作峰值电压 URWM URWM 2URM 1.5 1.5 整整 流流 电电 路路 uo VD4(1) 正半周正半周 u20， uo = u2 。VD1 和和 VD3 导通，导通，abRLTu1 u2Io二、单相桥式整流电路二、单相桥式整流电路 1. 工作原理工作原理1.5 1.5 整整 流流 电电 路路 VD2VD3VD1 uo abRLT(2) 负半周负半周 u20， uo =u2 。 VD2 和和 VD4 导通，导通， u1 u2Io u2二、单相桥式整流电路二、单相桥式整流电路 1. 工作原理工作原理1.5

28、1.5 整整 流流 电电 路路 VD4VD2VD3VD1uD2 uD4Ot uo ioOt u2Ot uo VD4 VD3VD1 VD2RLu2Io(3) 工作波形工作波形 uD1 uD3 Ot 1.5 1.5 整整 流流 电电 路路 (3) VD 上的平均电流和承受的最高反向电压上的平均电流和承受的最高反向电压 (1) 输出电压的平均值输出电压的平均值 URm =2 U2 = 0.9 U2 uo d uo d t t Uo = 12p 2p0Io =Uo RLID = Io ，122. 整流电路的计算整流电路的计算 (2) 输出电流的平均值输出电流的平均值 1.5 1.5 整整 流流 电电

29、路路 uo VD4 VD3VD1 VD2RLu2Io3. 整流二极管的选择整流二极管的选择 (1) 最大整流电流最大整流电流 IF IF ID (2) 反向工作峰值电压反向工作峰值电压 URWM URWM 2URM 1.5 1.5 整整 流流 电电 路路 几种常见的硅整流桥几种常见的硅整流桥+ A C + + - 1.5 1.5 整整 流流 电电 路路 uo+_u+_RLD2D4 D1D3 uo u 234twtw234oo 如果如果D2D2或或D4D4接反接反 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1D1、D4D4或或D2D2、D3D3导通，电流导通，电流经经D1D1、D4D4或或D2D2、

30、D3D3而造成电源短路，电流很大，因而造成电源短路，电流很大，因此变压器及此变压器及D1D1、D4D4或或D2D2、D3D3将被烧坏。将被烧坏。 如果如果D2D2或或D4D4因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路 则负半周时，情况与则负半周时，情况与D2D2或或D4D4接反类似，电源及接反类似，电源及D1D1或或D3D3也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 有源滤波电路有源滤波电路 无源滤波电路无源滤波电路电容滤波电路电容滤波电路电感滤波电路电感滤波电路LC 滤波电路滤波电路LC 形滤波电路形滤波电路 RC 形滤波

31、电路形滤波电路 1.6 1.6 滤滤 波波 电电 路路 1.6.1无源滤波电路的几种基本形式无源滤波电路的几种基本形式 15.0010.005.000.00-5.00-10.00-15.000.00 0.01输入电压输入电压/V时间时间/s输出电压输出电压/V0.00 0.011.6.2 滤波电容滤波电容iDCSuu 二极管导通二极管导通+ uC20Tt CSuu 二极管关断二极管关断+ uC2Tt 1.6.3 有有RC负载的半负载的半波整流电路波整流电路R+ utUupSwsinDCu1iDCSuu 二极管导通二极管导通ConUR+ u二极管关断二极管关断CSuu CR+ u15.0010.

32、005.000.00-5.00-10.00-15.000.00 0.01 0.02 电压电压/V时间时间/sonU输入：输入： 输出：输出：1.6.3 有有RC负载的半负载的半波整流电路波整流电路15.0010.005.000.00-5.00-10.00-15.000.00 0.01 0.02 电压电压/V时间时间/s输入：输入： 输出：输出：1.6.3 有有RC负载的半负载的半波整流电路波整流电路onpUU pUonUiDCSuu 二极管导通二极管导通ConUR+ u二极管关断二极管关断CSuu CR+ u0.01 0.02 0.03 时间时间 /sT：导通间隔：导通间隔：纹波电压：纹波电压

33、rU0 T/2 T 导通 c TTc2：导通角：导通角电压电压/V15.0010.005.000.00-5.00-10.00-15.00t tRCTTonpOonpreUUtuUUU1)()()()(TTRCTT RCTUUUonpr)(1.6.4 纹波电压与导纹波电压与导通间隔通间隔prcUUT2wR+ uV6 .12SUDCu1Hz5015F25000V0 . 1onU理想输出电压：理想输出电压：VVUUUonpdc8 .16) 126 .12(AVRUIdcdc12. 1158 .16直流电流：直流电流：VFsVCTRUUdcr896. 0105 . 250/1158 .162纹波电压：

34、纹波电压：。或2 .19317. 08 .17896. 022radUUTprcw导通角导通角msTc01. 1100317. 0w导通间隔导通间隔解：先假设解：先假设TT dcrUU ，放电时间为，放电时间为1/50s，%33. 58 .16896. 0VUUdcr校验：校验：%05. 550101. 1msTT满足假设满足假设1.6.5 二极管电流二极管电流图图2.54 半波整流电路的计算机仿真半波整流电路的计算机仿真波形波形接近三角波的二极管脉冲电流接近三角波的二极管脉冲电流1.6.6 浪涌电流浪涌电流tUdtdCtitipcdwsin)()(AAFCUIpsg1408 .17025.

35、0502w实际浪涌电流小于此值实际浪涌电流小于此值1.6.7 额定反向峰额定反向峰值电压值电压15.0010.005.000.00-5.00-10.00-15.000.00 0.01输入电压输入电压/V时间时间/sdcUpU2ponpponpSdcUUUUUUuUPIV22)(min1.6.8、桥式整流滤波电路、桥式整流滤波电路uot O2 U2 C1.6 1.6 滤滤 波波 电电 路路 uo VD4 VD3VD1 VD2RLIou2u1 C 或或 RL 电容放电电容放电 1. 电容滤波的原理电容滤波的原理 (1) 当二极管导通时当二极管导通时 电容被充电储能。电容被充电储能。 (2) 当二极

36、管截止时当二极管截止时 电容放电。电容放电。RL 取取: RLC(3 5)T2电容的耐压：电容的耐压： UCN2 U2 1.6 1.6 滤滤 波波 电电 路路 结论结论 滤波使滤波使 uo 的波形更平滑，提高了的波形更平滑，提高了 uo 的平均值。的平均值。 uo 的平滑程度取决于放电时间常数的平滑程度取决于放电时间常数 = RLC 。 二极管的导通时间缩短了。二极管的导通时间缩短了。2. 电容滤波电路的计算电容滤波电路的计算 (1) 输出电压的平均值输出电压的平均值 取取: Uo = U2半波）半波） Uo = 1.2 U2全波）全波）(2) 滤波电容的选择滤波电容的选择 结论结论 电容滤波

37、电路适用于电容滤波电路适用于 输出电压较高，负载输出电压较高，负载 电流较小且负载变动电流较小且负载变动 不大的场合。不大的场合。(3) 整流二极管的选择整流二极管的选择电容滤波电容滤波1.414U2 0.9U2uo Io O 1.6 1.6 滤滤 波波 电电 路路 3. 输出特性外特性）输出特性外特性） IF 2ID电容充电产生冲击电流）电容充电产生冲击电流） URWM URM 例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200，要求直流输出，要求直流输出电压电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波

38、电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：1. 选择整流二极管选择整流二极管25V1.230 21O .UU可选用二极管可选用二极管2CP11IOM =100mA URWM =50V 例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05.

39、025015L CR uRLuo+C解：解：2. 选择滤波电容器选择滤波电容器F250F102502000.05 0506L R.C可选用可选用C=250F，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器 UoRLT 第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 一、稳压管稳压电路一、稳压管稳压电路 + CRVS限流电阻限流电阻IIo Ui UZ IZ Uo = UZ IZ RI Uo Uo （Ui ） （Io ）Uo 近似恒定近似恒定 电源波动电源波动 负载波动负载波动1.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 稳压管的选择原则稳压管的选择原则UZ = Uo IZM = ( 1.5 3 ) IoM U

40、i = ( 2 3 ) Uo 二、集成稳压器二、集成稳压器1.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 1. 三端集成稳压器的种类三端集成稳压器的种类 三端固定式、三端可调式。三端固定式、三端可调式。(1) 三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器 W7800 系列正电压稳压器系列正电压稳压器 W7900 系列负电压稳压器系列负电压稳压器 1 2 3 IN GND OUT 78 1 2 3 GND OUT IN 79 1231.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 W7800 和和 W7900 输出电压额定值输出电压额定值 5V、6V、8V、9V、12V、1V、18V、24V。 (2) 三端可调式集成

41、稳压器三端可调式集成稳压器1 2 3 ADJ OUT IN LT317 1 2 3 ADJ IN OUT LT337 可调正电压稳压器如可调正电压稳压器如 LT317） 可调负电压稳压器如可调负电压稳压器如 LT337 ）l 参考参数参考参数 l Uo = (1.2 40) V l IoM = 1.5 A l UiUo min = 4 V l 参考参数参考参数 l Uo =(1.2 37) V l IoM = 1.5 A l UiUo min = 2 V 2. 集成稳压器的典型接法集成稳压器的典型接法1.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 78 C1C2 + C3 1 3 0.33 F 0.1

42、 F 10 F Ui Uo VD 保护二极管保护二极管 低频滤波低频滤波 (1) 固定正电压稳压器的接法固定正电压稳压器的接法 UiUo min = (2 3) V 防止高频自激振荡防止高频自激振荡及抑制高频干扰及抑制高频干扰 (2) 可调正电压稳压器的接法可调正电压稳压器的接法1.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 LT317 C1+ C2 1 0.1 F 10 F Ui Uo 3 2 R1R23. 使用三端集成稳压器的直流电源使用三端集成稳压器的直流电源1.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 RLT 12 V + C0.33 F W7812 C1C2 1 F1 3 2 RLT 1 V +

43、C0.33 F W791 C1C2 1 F3 2 1 (1) 方式之一如输出方式之一如输出 5 V）1.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 4. 输出正负电压的直流电源输出正负电压的直流电源5 V 5 V W78050.33 F1 3 2 W79051 2 1 F 3 Ui 0.33 F1 F (2) 方式之二如输出方式之二如输出 9 V）1.7 1.7 稳稳 压压 电电 路路 T 9 V + C0.33 F C1C2 1 F9 V + C0.33 F C1C2 1 F3 2 1 W7809 1 3 2 W7909 电子元件图例电子元件图例第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 电子元件图例电子元件图例第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 电子元件图例电子元件图例第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 电子元件图例电子元件图例第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 电子元件图例电子元件图例第第1 1章章 直流稳压电源直流稳压电源 第第1 1章章 直流稳压电源直流