整流滤波电路课件讲解

第八章整流滤波电路新能源汽车电工电子与电力电子基础2能说出半波整流和全波整流的区别。能说出滤波电路的滤波方法。能用电子元器件制作一个１２Ｖ的交流整流电路，并加滤波电路。知识目标技能目标3第一节概述一、什么是半导体

导电能力介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体，如硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物。纯净半导体导电能力差，绝缘性能也不强，既不宜用作导电材料，也不适合用作绝缘材料，因而长期未被人们重视。后来，人们逐渐发现：温度、光照、掺杂质等外界条件能引起半导体导电性能的显著变化；即半导体具有热敏、光敏、掺杂等特性。

掺杂特性：在纯净半导体中掺进微量的某种杂质，对其导电性能影响极大。例如，在纯硅中掺入百万分之一的硼，可使其导电能力增加几十万倍以上。半导体技术飞跃发展的基础，主要是利用了半导体的这种掺杂特性。半导体材料指电导率处于强导电性金属与绝缘体之间的材料。为有目的地影响或控制半导体的电导率，通过加入更高或更低化合价的杂质可提高纯硅晶体的电导率。在室温条件下半导体的导电性很低，半导体受到热、光、电压形式的能量或磁能影响时，电导率就会发生变化。硅晶体内部是由单个硅原子构成的固态结构。硅原子结构5二、什么是晶体管

半导体一般都呈晶体状态，晶体有单晶与多晶之分。所有原子都按一定规律整齐排列的称为单晶体；大量的单晶颗粒杂乱排列就组成多晶体。制造半导体器件需用纯度很高的单晶材料，所以半导体管也称为晶体管。

自从第一个晶体管（俗称三极管）1984年试制成功以来，半导体技术发展极为迅速。由于晶体管、集成电路等半导体器件具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长、工作可靠等一系列优点，在电子技术中逐步取代了电子管器件，使电子装置在微型化、可靠性方面不断进步，在现代生产与科技的各个领域中获得了广泛的应用。第一节概述6一、半导体的导电方式半导体中的电子不像在绝缘体中被束缚得那样紧，由于热运动或受光照射，有少量电子获得足够的能量，就能挣脱束缚而成为自由电子。在外电场作用下，这些自由电子就逆着电场方向移动而形成电流。这种导电方式称为电子导电，是半导体中的一种导电方式。

每当一个电子挣脱束缚成为自由电子时，就留下一个空位，称为空穴。在外电场作用下，邻近的电子填补了空穴，而又留下新的空穴，新空穴再吸引邻近的电子，…从而形成空穴的“移动”。这种导电方式称为空穴导电，它是半导体的又一导电方式。

半导体中同时存在着电子导电和空穴导电，这是它导电方式的基本特点，也是它与金属在导电上的本质差别。自由电子和空穴都称为载流子。7二、两种（Ｎ型与Ｐ型）半导体１.Ｎ型半导体

现代电子技术用得最多的半导体材料是硅与锗等四价元素。单晶硅（或锗）中掺入微量的五价元素磷（砷、锑），晶体结构中多余的一个价电子很容易脱离原子核的束缚而成为自由电子，半导体中的自由电子增多，显著提高了它的导电能力。

因为这种半导体的主要导电方式是电子导电，故称之为电子型半导体或Ｎ型半导体。在Ｎ型半导体中，自由电子是多数载流子，简称多子；空穴是少数载流子，简称少子。①N掺杂如下图所示N掺杂N型半导体电子多，电子容易逃跑且原子核电荷太多，会形成负电荷9二、两种（Ｎ型与Ｐ型）半导体２.Ｐ型半导体单晶硅（或锗）中掺入微量的三价元素硼Ｂ（或铟Ｉｎ、铝Ａｌ、镓Ｇａ），硼原子只有三个价电子，在晶体结构中因缺少一个电子而形成一个空穴。这样就出现大量空穴，其主要导电方式是空穴导电，故称之为空穴型半导体或Ｐ型半导体，其中，多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子。②P掺杂如图下所示。P掺杂P型半导体空穴多，容易吸引电子但原子核电荷不够，会形成正电荷。应当注意的是，不论Ｎ型还是Ｐ型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然呈电中性。这是因为本征元素和杂质元素的每两个原子本来就是中性的，所以从宏观上看，掺杂半导体并不带电。①N掺杂如下图所示N掺杂②P掺杂如图下所示。P掺杂12三、ＰＮ结及其单向导电性１.ＰＮ结的形成第二节ＰＮ结将Ｐ型半导体和N型半导体结合在一起时，两种材料之间会形成一个边界层，会扩散出一个内电场，称为PN结、阻挡层。13三、ＰＮ结及其单向导电性２.ＰＮ结的单向导电性第二节ＰＮ结15第三节二极管一、二极管的分类和符号通过P半导体和N半导体结合形成的元件称为半导体二极管，简称二极管16电路板上的二极管二极管的电路符号17二、二极管的伏安特性第三节二极管18三、二极管应用利用二极管的单向导电性，可将它用作检波、整流、钳位、开关等。第三节二极管19四、二极管参数二极管的参数有很多，从使用角度来说，主要参数有两个：１）最高整流电流ＩＦＭ：即二极管长时间使用时允许流过的正向平均电流。它由材料和ＰＮ结的面积决定。电流超过这个允许值时，二极管将因过热而损坏。２）最高反向工作电压ＵＲＭ：即保证二极管不被击穿而给出的最高反向电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。此外，还有最大反向电流、正向电压、工作频率等参数，选用二极管时也应注意。第三节二极管20第四节整流电路一、什么是整流所谓整流，就是把交流电变成直流电。按所用交流电源相数，可分为单相和三相整流；按负载上所得整流波形，可分为半波和全波整流。（注：相是电机线圈的个数，一个线圈为一相）21二、单相半波整流电路第四节整流电路22第四节整流电路23三、桥式全波整流电路第四节整流电路③全波桥式整流器电路25第四节整流电路26第四节整流电路27第四节整流电路28第五节滤波电路

整流后输出的都是脉动直流电，虽然极性不变，但大小还是波动的，即平滑性差。这种脉动直流电中包含有大量的交流成分。这种脉动直流电压用于对直流电压平滑性要求不高的场合是可以的，如电解、电镀等设备的供电。而用在有些设备中，如电子仪器、自动控制、计算机、电视机、录音机等，则会带来一定的问题，会使仪器或电器不能正常工作。因为这些仪器或电器设备对直流电在电压的平滑性能要求比较高，即直流电压的波动性应越小越好。为些需要在整流电路和负载之间加入能把交流成分滤掉的电路，这种功能的电路就是滤波电路，又称滤波器。29第五节滤波电路一、电容滤波3031第五节滤波电路电容滤波就是在整流电路之后与负载并联一个容量较大的电容。由于电容的充放电作用以及电容两端电压的存在，使得整流电路输出电压UL的脉动程度大为减弱，波形近于平滑，起到了滤波的作用。桥式整流电容滤波输出电压波形如图2-2所示（实际为滤波后的输出波形）。在这种电容滤波电路中，电容的容量越大或负载电阻越大，电容放电就越慢，输出电压也就越平滑。3233第五节滤波电路34第五节滤波电路35第五节滤波电路36二、电感滤波第五节滤波电路电感滤波就是在整流电路输出端和负载之间串入一个电感线圈，它是利用电感的直流电阻小、交流电阻大（即隔交通直）的特性进行滤波的。工作原理如下：当整流电路输出脉动直流电压时，负载电流将随着增加或减少。当负载电流增加时，电感线圈中将产生与电流方向相反的感应电动势，力图阻止电流的增加，而当负载电流减少时，电感线圈中将产生与电流方向相同的感应电动势，使得负载电流的脉动程度减少了，在负载上也就可以得到一个较平滑的直流输出电压，电感量越大，滤波效果越好。3738第五节滤波电路39三、复式滤波１.ＬＣ滤波器第五节滤波电路40三、复式滤波２.π型ＬＣ滤波器第五节滤波电路41三、复式滤波３.π型ＲＣ滤波器第五节滤波电路42第六节整流、滤波和稳压电路在汽车上的应用一、三相全波整流器１.六管整流原理④三相桥式整流电路三相桥式整流电路将电压曲线（U2）移动120°，形成一种实际上是恒定的正弦电压（UL），如右图和下图所示。三相桥式整流电路波形在每一瞬间，根据优先导通原则：共阴极组中阳极电位最高的二极管导通；共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。三相桥式整流电路47２.八管交流发电机的特点第六节整流、滤波和稳压