电子电工008课件

第八章半导体二极管及整流电路第二节二极管整流电路第三节滤波电路第四节稳压管及稳压电路

第一节半导体的导电特性及PN结自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。第一节半导体的导电特性及PN结半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴本征激发复合在常温下自由电子和空穴的形成成对出现成对消失+4+4+4+4+4+4+4+4+4外电场方向空穴导电的实质是共价键中的束缚电子依次填补空穴形成电流。故半导体中有电子和空穴两种载流子。

空穴移动方向

电子移动方向

1.两种载流子价电子填补空穴结论1.本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。3.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一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。2.本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。

N型半导体结构示意图少数载流子多数载流子正离子在N型半导中,电子是多数载流子,

空穴是少数载流子。+4+4+4+4+4+4+4空穴（2）P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的三价元素,如硼,则形成P型半导体。

+4+4硼原子填补空位+3负离子P型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子P区N区1.PN结的形成

用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成P型半导体区域和N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个PN结。N区的电子向P区扩散并与空穴复合P区的空穴向N区扩散并与电子复合空间电荷区内电场方向二、PN结及其单向导电性多子扩散少子漂移内电场方向空间电荷区P区N区在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来。

内电场方向E外电场方向RI2.PN结的单向导电性P区N区外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄

扩散运动增强，形成较大的正向电流（1）外加正向电压1、空间电荷区中没有载流子又称耗尽层。2、空间电荷区中内电场阻碍扩散运动的进行。（扩散运动为多子形成的运动）3、少子数量有限，因此由它们形成的电流很小。4、PN结具有单向导电性。

正向偏置：P区加正、N区加负电压多子运动增强，PN结导通

反向偏置：P区加负、N区加正电压少子运动增强，PN结截止结论

正极引线触丝N型锗支架外壳负极引线点接触型二极管1.二极管的结构和符号二极管的符号正极负极三、半导体二极管

正极引线二氧化硅保护层P型区负极引线面接触型二极管N型硅PN结PN结二极管的型号例如：2CK18

序号（K--开关、W--稳压、Z--

功能整流、P--检波）（A、B--锗）

材料（C、D--硅）

二极管3.主要参数（1）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。（2）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，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URM一般是UBR的一半。（3）最大反向电流IRM指二极管加最大反向工作电压时的反向电流。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，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。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电性包括整流、限幅、保护等例1.试求下列电路中的电流。（二极管为硅管）4.分析、应用举例二极管的应用范围很广,它可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件。其中：US=5V，R=1K解：所示电路中二极管处于导通状态，因此：+-USRI二极管为电流控制型元件，R是限流电阻。第二节整流电路一、单相半波整流电路1.电路组成uototototo23uou2u2u1uDioioRLT232U22U22U2Im2233uD2.工作原理VDu2正半周负uo输出电压平均值（U0）：输出电压波形：3.电路计算uou2u1ioRLTuDVD第8章u2Tu1RLVD4VD3VD2uoio2.整流工作原理—u2负半周VD1+–+–+–VD2和VD4导通，VD1和VD3截止totototo23232U22U22U2Im2233uD1uD3uD4uD23.电压、电流的计算UO=0.9U2,0.9U2RLIO=UORL=UDRM

=2U2,IO=0.9I2,I2

=1.11IO,

U2=1.11UO选用二极管的依据是:ID应小于IOM

(最大整流电流）UDRM应小于URM(最高反向工作电压)uOu2uDiOID

=IO12第8章例：已知负载电阻RL=180Ω，采用单向桥式整流电路，要求通过负载电流的平均值I0=0.5A，选择整流电路中的二极管及变压器。解:因为：I0=0.5ARL=180Ω

所以：U0=IO*RL=0.5*180=90VU2=U0/0.9=100V因为：ID=I0/2所以：ID=0.25A第8章故选择2CZ54D，最大整流电流为0.5A，最高反向电压为200V的二极管。接上页：

因为：变压器副边电压的有效值U2=100V

所以：副边电流有效值：I2=U0/RL=100/180=0.555A

所以：P2=U2*I2=100*0.555=55.5W所以：选择K=220/100，容量为70VA的变压器第8章滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。第三节滤波电路电容充电电容放电二极管导通时给电容充电,二极管截止时电容向负载放电.一、电容滤波电路1.电路组成和工作原理第8章u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uoioCuCau0RL接入（且RLC较大）时u2tu0t忽略整流电路内阻没有电容时的输出波形整流电路为电容充电电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，u0会逐渐下降。具体分析：u1u2u1bD4D2D1D3RLSCu2tu0t忽略整流电路内阻只有整流电路输出电压大于u0的时间区间，才有充电电流。因此整流电路的输出电流是脉冲波。整流电路的输出电流RL接入（且RLC较大）时u1u2u1bD4D2D1D3RLSCu02.工作波形u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uOiOCuCtiDuO2U20tt1t4t3t2''TUO=1.2U2RLC

≥(3~5)20分析RL未接入时的情况：u2tu0t整流电路为电容充电充电结束忽略整流电路内阻u2u1bD4D2D1D3RLSCu0uou2uDioVDRLTu1Ct0232U23.半波整流电容滤波电路估算公式:UO=1.0U2

2UDRM=2U2注意:UDRu2一般取(T:电源电压的周期)（1）近似估算:半波Uo=U2，全波Uo=1.2U2。(3)流过二极管瞬时电流很大RLC越大U0越高,负载电流的平均值越大整流管导电时间越短iD的峰值电流越大2.电容滤波电路的特点(2)输出电压U0与时间常数RLC有关，希望C足够大。RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大，电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。结论例：某负载要求直流电压U0=30V，直流电流I0=0.5A，采用带电容滤波的单相桥式整流电路做直流电源。试计算滤波电容器的电容量并确定其最大工作电压的值。解：

取故选择的电解电容因为采用单相桥式整流电路故选择允许最大工作直流电压为50V的电容器即可第四节稳压管及稳压电路IFUF0正向特性反向激穿区UZIminIZmaxVZ正极负极符号伏安特性一、稳压管

稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。0稳压管的主要参数1.稳定电压UZ

2.最小稳定电流Imin

3.最大稳定电流IZmaxIZUZ4.最大允许耗散功率PMIFUFIminIZmax二、硅稳压管稳压电路1.稳压电路的工作原理TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1稳压—当输入电压Ui发生变化，负载RL变化时，输出电压基本不变下面分别以两种情况来讨论：U0IZUR=IRR=（IZ+Io）RU0当Ui增加使U0升高时TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1U0IZUR=IRR=（IZ+Io）RU0当RL减小，输出电流增加，使U0减小时2.稳压管参数的选择（1）稳压电路稳压的实质是靠稳压管的调节作用和电阻的补偿作用。（2）使用稳压管时必须串联电阻。（3）在稳压电路中，稳压管通常为反接。UZ=UO，IZmax≥2~3IOmax3.总结及注意：RLUiUZIZ