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1、电路中文课件第一章本讲稿第一页，共八十页 直流电源电路直流电源电路半导体二极管半导体二极管整流电路整流电路电源滤波电路电源滤波电路稳压二极管稳压二极管稳压电路稳压电路本讲稿第二页，共八十页 一、一、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性1、半导体的导电特性、半导体的导电特性 半导体二极管半导体二极管 半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不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同于其它物质的导电特点导电特点。它的导电能力在不同条。它的导电能力在不同条件下差别很大。件下差别很大。热敏性热敏性：环境温度升高时，导电能力增强很多。可以用于：环境温度升高时，导电能力增强很多。
2、可以用于温度控制。作温度控制。作热敏元件热敏元件。光敏性光敏性：无光照时和绝缘体一样不导电，受光：无光照时和绝缘体一样不导电，受光 照时照时 导电能力变强。作导电能力变强。作光敏元件光敏元件。湿敏性湿敏性：根据湿度不同导电性能改变，可以用于仓根据湿度不同导电性能改变，可以用于仓 库的湿度控制、报警等。作库的湿度控制、报警等。作湿敏元件湿敏元件。1 1）导电能力随外界因素影响变化很大）导电能力随外界因素影响变化很大本讲稿第三页，共八十页 利用这种特性，可以制造各种利用这种特性，可以制造各种 不同用途的半导体。不同用途的半导体。2 2）导电能力的可控性）导电能力的可控性 掺入微量有用杂质，其导电能
3、力会发生掺入微量有用杂质，其导电能力会发生急剧变化。急剧变化。可增加几十至几百万倍。可增加几十至几百万倍。如：硅加入百万分之一的硼，其导电能力如：硅加入百万分之一的硼，其导电能力 增加五十万倍。增加五十万倍。本讲稿第四页，共八十页 2 2、本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。最外层电子（价电子）都是四个。GeSi1）本征半导体本征半导体的共价键结构的共价键结构通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、
4、结构完整的半导体晶体，称为本征半本征半导体导体。本讲稿第五页，共八十页硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子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，共用一对价电子。用一对价电子。形成共价键后，每个原子的最外层形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。电子是八个，构成稳定结构。本讲稿第六页，共八十页共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键，常温下束缚电子很难脱离共价键成为成为自由电子自由电子，因此
5、本征半导体中的自由电子很少，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。所以本征半导体的导电能力很弱。+4+4+4+4本讲稿第七页，共八十页+4+4+4+42）本征半导体的导电机理）本征半导体的导电机理自由电子 空穴束缚电子在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价，同时共价键上留下一个空位，称为键上留下一个空位，称为空穴空穴。它们成双结对地出现，。它们成双结对地出现，称为称为电子电子空穴对空穴对。本讲稿第八页，共八十页+4+4+4+4在其它力的作用
6、下，在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子空穴吸引临近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本讲稿第九页，共八十页小结小结本征半导体中存在数量相等的两种载流子，本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素的一个重要的外部因素，这是半导体的一大
7、特点。，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。（金属导体中只存在一种载流子，即（金属导体中只存在一种载流子，即自由电自由电子子）本讲稿第十页，共八十页3 3、杂质半导体、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。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为为N N型半导体型半导体（电子半导体），使空穴浓度大大
8、（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为增加的杂质半导体称为P P型半导体型半导体（空穴半导体）（空穴半导体）。本讲稿第十一页，共八十页N N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代。磷原子的最外层体点阵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，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个不受共价键束缚的价电子必定多出一个电子，这个不受共价键束缚的价电子,在室在室温下获得的热能很容易使它挣脱原子核的引
9、力而成为自由温下获得的热能很容易使它挣脱原子核的引力而成为自由电子。这样磷原子它失去一个价电子成为带一个电荷量的电子。这样磷原子它失去一个价电子成为带一个电荷量的正离子，但不会产生空穴。与本征激发不同，正离子束缚正离子，但不会产生空穴。与本征激发不同，正离子束缚在晶格中，不能象空穴那样起导电作用。在晶格中，不能象空穴那样起导电作用。每个磷原子给出一个电子，称为每个磷原子给出一个电子，称为施主原子施主原子。本讲稿第十二页，共八十页+4+4+5+4N N型半导体型半导体多余电子磷原子本讲稿第十三页，共八十页N N型半导体型半导体N N型半导体中的载流子的组成：型半导体中的载流子的组成：1 1、由施
10、主原子提供的电子，浓度与施、由施主原子提供的电子，浓度与施 主原子相同。主原子相同。2 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子掺杂浓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浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空），空穴称为穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。本讲稿第十四页，共八十页P P型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼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（或铟），晶体点
11、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，与相质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为接受电子，所以称为受主原子受主原子。本讲稿第十五页，共八十页+4+4+3+4空穴P P型半导体型半导体硼原子本讲稿第十六页，共八十页总总 结结1 1、N N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供
12、的电子，本征半导体中受激产生的电杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。子只占少数。N N型半导体中空穴是少子，少型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。杂质浓度相等。2 2、P P型半导体中空穴是多子，电子是少子。型半导体中空穴是多子，电子是少子。3 3、多子的数量受杂质浓度影响；少子的数量、多子的数量受杂质浓度影响；少子的数量 主要受外界环境温度影响。主要受外界环境温度影响。本讲稿第十七页，共八十页杂质半导体的示意表示法杂质半导体的
13、示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体本讲稿第十八页，共八十页1）PN 结的形成结的形成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型半型半导体和导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了它们的交界面处就形成了PN结。结。4、PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性本讲稿第十九页，共八十页P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动本讲稿第二十页，共八十页扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，内电场得到加强漂移运动P P型半导体型半导体
14、N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。本讲稿第二十一页，共八十页漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。本讲稿第二十二页，共八十页+空间空间电荷电荷区区N N型区型区P P型区型区PN结本讲稿第二十三页，共八十页1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍多子多子（P中的中的空穴、
15、空穴、N中的电子）向对方中的电子）向对方扩散扩散运动。运动。3、因为、因为少子少子（P中的电子和中的电子和N中的空穴），中的空穴），数量有限，因此由它们形成的数量有限，因此由它们形成的漂移漂移电流电流很小。很小。请注意请注意本讲稿第二十四页，共八十页2）PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都的意思都是：是：P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思的意思都是：都是：P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。本讲稿第二十五页，共八十页PNEUPNEU加正向偏压，导电（导通）加正向偏压
16、，导电（导通）加反向偏压，不导电（截止）加反向偏压，不导电（截止）当外加当外加反向偏压反向偏压后，外电场方向与内电场方向一致后，外电场方向与内电场方向一致(即，外加电压正端即，外加电压正端接接N区区,负端接负端接P区区)，PN结单向导电性：结单向导电性：当外加当外加正向偏压正向偏压时，外电场方向与内电场方向相反即，外加电压正端接时，外电场方向与内电场方向相反即，外加电压正端接P区，区，负端接负端接N区区)，这种只有一种方向导电的现象称为这种只有一种方向导电的现象称为PN结的单向导电性。结的单向导电性。载流子更难通过，因而不能导电。载流子更难通过，因而不能导电。则内电场得到加强，空间电荷区加宽，
17、则内电场得到加强，空间电荷区加宽，则内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，则内建电场受到削弱，空间电荷区变窄，载流子易于载流子易于 通过，因而产生导电现象。通过，因而产生导电现象。本讲稿第二十六页，共八十页PN结面接触型面接触型引线外壳线触丝线基片点接触型点接触型二、二、半导体二极管半导体二极管1、基本结构、基本结构 半半导导体体二二极极管管内内部部就就是是一一个个PN结结，将将其其封封装装并并接接出出两两个个引引出出端端，从从P区区引引出出的的端端称称为为阳阳极极（正正极极），从从N区引出的端称为阴极（负极）。区引出的端称为阴极（负极）。本讲稿第二十七页，共八十页它的电路符号如图：它的电路符号如
18、图：半导体二极管用符号半导体二极管用符号V表示，（也常用表示，（也常用D表示）表示）根据根据PN结的单向导电性，二极管只有当阳极电位高结的单向导电性，二极管只有当阳极电位高于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。于阴极电位时，才能按箭头方向导通电流。二极管极性接错，轻则电路无法正常工作，重则烧二极管极性接错，轻则电路无法正常工作，重则烧坏二极管及电路中其他元件。坏二极管及电路中其他元件。为了防止使用时极性接错，管壳上标有为了防止使用时极性接错，管壳上标有“”符号或色点，符号箭头指示方向为正，色点则符号或色点，符号箭头指示方向为正，色点则表示该端为正极。或黑圈侧为负极。表示该端为正极。或黑圈侧为负
19、极。阳极阳极阴极阴极DPN本讲稿第二十八页，共八十页DiDuD伏安特性是二极管上所加电压和流过管子电流之间的关系。伏安特性是二极管上所加电压和流过管子电流之间的关系。uDiD0正向导通正向导通反向截止反向截止击穿击穿0.5锗锗 硅硅0.21）正向特性）正向特性外加正向电压时，正向特性的外加正向电压时，正向特性的起始部分，正向电流几乎为零。起始部分，正向电流几乎为零。这一段称为这一段称为“死区死区”。对应于二。对应于二极管开始导通时的外加电压称为极管开始导通时的外加电压称为“死区电压死区电压”。锗管约为。锗管约为0.2V,硅管约硅管约0.5V。2）反向特性）反向特性外加反向电压不超过一定范围时通
20、过二极管的电流是少数载流子漂移运外加反向电压不超过一定范围时通过二极管的电流是少数载流子漂移运动所形成的很小的反向电流，称为动所形成的很小的反向电流，称为反向饱和电流反向饱和电流或或漏电流漏电流。该电流受。该电流受温度影响很大。温度影响很大。2、伏安特性、伏安特性 正常工作时，电流变电压基本维持不变，正常工作时，电流变电压基本维持不变，称为称为正向导通压降正向导通压降。硅管硅管0.60.60.70.7V,V,锗管锗管0.30.3V V。本讲稿第二十九页，共八十页UI死区电压死区电压 硅硅管管0.50.5V,V,锗管锗管0.20.2V V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.70.60.7V,V
21、,锗管锗管0.30.3V V。反向击穿反向击穿电压电压U UBRBR3）击穿特性）击穿特性外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种显现称外加反向电压超过某一数值时，反向电流会突然增大，这种显现称为击穿（击穿时，二极管失去单向导电性）。为击穿（击穿时，二极管失去单向导电性）。对应的电压称为对应的电压称为击穿击穿电压电压。本讲稿第三十页，共八十页3、主要参数、主要参数（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二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。由均电流。由PN结结面积和散热条件决定，超过此值工作可结结面积和散热条件决定，超过此值
22、工作可能导致过热而损坏。能导致过热而损坏。（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。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手册上给出的最高反向工作电压URWM一般是一般是UBR的一的一半。半。本讲稿第三十一页，共八十页（3）反向电流）反向电流 IRM指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好
23、。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。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硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。倍。以上均是二极管的直流参数，下面介绍两个交流参数。以上均是二极管的直流参数，下面介绍两个交流参数。本讲稿第三十二页，共八十页（4）微变电阻）微变电阻 rDiDvDIDVDQ iD vDrD是二极管特性曲线工作是二极管特性曲线工作点点Q附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微附近的微小变化量的电阻。小变化量的电阻。本讲稿第三十三页，共八十页（5
24、）二极管的极间电容）二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。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的综合效应rd 二极管的应用是主要利用它的二极管的应用是主要利用它的单向导电性单向导电性，起起整流、限幅、保护整流、限幅、保护等作用。等作用。本讲稿第三十四页，共八十页在实际电路分析、设计中，常使用二极管的电路模型：在实际电路分析、设计中，常使用二极管的电路模型：（1）带导通电压的电路模型：）带导通电压的电路模型：iDuD0UD导通电压导通电压UD与二极
25、管材料有关：与二极管材料有关：硅管为硅管为0.60.7V，锗管为锗管为0.20.3V（2）忽略导通电压的电路模型）忽略导通电压的电路模型 （理想二极管）：（理想二极管）：iDuD0本讲稿第三十五页，共八十页理想二极管应用电路实例理想二极管应用电路实例1、限幅电路、限幅电路uiuoRDE输入电压为一正弦波：输入电压为一正弦波：电池电压：电池电压：E=4V08t输出电压如图输出电压如图04t截截止止截截止止导导通通导导通通 当当输输入入电电压压小小于于电电池池电电压压时时，二二极极管管两两端端电电压压处处于于反反向向偏偏置置，截截止止，没没有有电电流流流流过过，所以输出电压跟随输入电压变化。所以输
26、出电压跟随输入电压变化。当当输输入入电电压压大大于于电电池池电电压压时时，二二极极管管两两端端电电压压处处于于正正向向偏偏置置，导导通通，二二极极管管两两端端电电压压为为0，所所以以输输出出电电压压与与电电池池电电压压相相同同，为为4V。如如果果考考虑虑二二极极管管导导通通电电压压，则则此此时时输输出出电电压压应应为为4.7V。该电路的作用就是该电路的作用就是限制过高的输入电压限制过高的输入电压。仿真仿真4本讲稿第三十六页，共八十页理想二极管应用电路实例理想二极管应用电路实例2、或门电路、或门电路D1D2R-12VVAVBVF假假定定二二极极管管导导通通电电压压忽忽略略不不计计，我我们们用用列
27、列表表的的方方法法来来分分析析输输入入信信号号VA，VB和和输输出信号出信号VF的关系：的关系：VAVBVFD2D13V3V3V3V0V0V0V0V导通导通导通导通 导通导通导通导通导通导通导通导通截止截止截止截止3V0V3V3V如果定义如果定义 3V电平为逻辑电平为逻辑 1，0V电平为逻辑电平为逻辑 0，则，则，该电路实现逻辑该电路实现逻辑“或或”的功能：的功能：VF=VA+VB共阴极接法：阳极电位高的共阴极接法：阳极电位高的 优先导通。优先导通。共阳极接法：阴极电位低的共阳极接法：阴极电位低的 优先导通。优先导通。仿真本讲稿第三十七页，共八十页例：例：u ui iu uo oRD D1 1
28、5 5V V D D2 25 5V Vo oo oo oo o1 1）当）当二极管电路如图，二极管电路如图，D D1 1、D D2 2为理想二极管，试画出为理想二极管，试画出范围内的电压传输特性曲线范围内的电压传输特性曲线。解：解：D D1 1管截止，管截止，D D2 2管导通。管导通。u u 0 0=-5V5V-50+5+10-10ui(V)+5-5uo2 2）当）当D D1 1管截止，管截止，D D2 2管截止。管截止。u u 0 0=u=ui i3 3）当）当D D1 1管导通，管导通，D D2 2管截止。管截止。u u 0 0=+5V=+5V本讲稿第三十八页，共八十页例：二极管的应用：
29、例：二极管的应用：RRLuiuRuotttuiuRuo本讲稿第三十九页，共八十页本讲稿第四十页，共八十页整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化
30、的影响,保持输出电保持输出电压压u0的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能本讲稿第四十一页，共八十页 整流电路的任务整流电路的任务是把交流电压转变为直流脉动的电压。是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、桥式常见的小功率整流电路，有单相半波、桥式和倍压、全波整流等。下面主要介绍前两种。和倍压、全波整流等。下面主要介绍前两种。为分析简单起见，我们把二极管当作为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。为零，反向电阻为无穷大。整流电路整流电路本讲稿第四十二页，共
31、八十页一、一、单相半波整流电路单相半波整流电路u20时，二极管导通。时，二极管导通。二极管导通i0u1u2aTbDRLu0忽略二极管正向压降：忽略二极管正向压降：u0=u2输出电压波形：输出电压波形：uou21、工作原理工作原理本讲稿第四十三页，共八十页u20 0 时时D D1 1,D,D3 3导通导通D D2 2,D,D4 4截止截止电流通路电流通路:由由+经经D D1 1R RL LD D3 3-u u2 20 0 时时D D2 2,D,D4 4导通导通D D1 1,D,D3 3截止截止电流通路电流通路:由由-经经D D2 2R RL LD D4 4+输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流
32、电压！u2uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0+-桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形（3）本讲稿第四十九页，共八十页a、整流输出电压平均值（整流输出电压平均值（U0）负载电压负载电压 U0的平均值为的平均值为:负载上的负载上的(平均平均)电流电流:b、注意：注意：Uom=?U2m U2mu2uoUom电路的主要参数电路的主要参数（4）本讲稿第五十页，共八十页平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(URM)是选择整流管是选择整流管的主要依据。的主要依据。例如，例如，在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导在桥式整流电路
33、中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平是负载平均电流的一半。均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压：整流电路中整流管的选择整流电路中整流管的选择c、选管时要满足：选管时要满足：本讲稿第五十一页，共八十页几种常见的硅整流桥几种常见的硅整流桥+-+-本讲稿第五十二页，共八十页 整流电路如图所示，二极管为理想元件，已知负载电阻整流电路如图所示，二极管为理想元件，已知负载电阻 ，试求：试求：(1)直流电压表直流电压表(V)和直流电流表和直流电流表(A)的读数的读数(设电压表内阻为
34、无设电压表内阻为无穷大，电流表的内阻为零穷大，电流表的内阻为零);(2)在下表中选出合适型号的二极管。在下表中选出合适型号的二极管。解：解：(1)(V)的读数为的读数为例例(A)的读数为的读数为0.135A本讲稿第五十三页，共八十页（2）选管：）选管：可选用：可选用：2CP12本讲稿第五十四页，共八十页本讲稿第五十五页，共八十页 电源滤波电路电源滤波电路滤波原理滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，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。滤波电路利用储其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过
35、电感电感中的电流中的电流)不能突变不能突变的特性的特性,将将电容电容与负载与负载RL并联并联(或将或将电感电感与负载与负载RL串联串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，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。达到平滑输出电压波形的目的。本讲稿第五十六页，共八十页一、一、电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SC以单相桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如以单相桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。图所示。1、滤波原理滤波原理本讲稿第五十七页，共八十页u1u2u1a
36、bD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时u2tu0t忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小于在整流电路电压小于电容电压时，二极管电容电压时，二极管截止，整流电路不为截止，整流电路不为电容充电，电容充电，u0会逐渐会逐渐下降。下降。本讲稿第五十八页，共八十页u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入时未接入时u2tu0t设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻没有电容时的输出波形本讲稿第五十九页，共八十页u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t忽略整流电路
37、内阻忽略整流电路内阻只有整流电路输出电只有整流电路输出电压大于压大于u0的时间区的时间区间，才有充电电流。间，才有充电电流。因此整流电路的输因此整流电路的输出电流是脉冲波。出电流是脉冲波。整流电路的输出电流RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时充电充电放电放电本讲稿第六十页，共八十页u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻电容充电时，电容电容充电时，电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的输出电流RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时RLC越小，输出越小，输出电压越低电压越低本讲稿第六十一页，共八十页一般取一般取(T:电源电压的周期电源电
38、压的周期)近似估算近似估算:U0=1.2U2（全波）全波）（满载时）（满载时）U0=1.0U2（半波）。半波）。(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时间越短整流管导电时间越短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2、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，滤波电容选取原则滤波电容选取原则空载时，空载时，Uo均为均为1.414U2本讲稿第六十二页，共
39、八十页输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻RL或或C的变化而改变的变化而改变,U0也随之改变。也随之改变。如如:RL愈小愈小(I0越大越大),U0下降愈多。下降愈多。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结论本讲稿第六十三页，共八十页 整整流流滤滤波波电电路路如如图图所所示示，负负载载电电阻阻 ，电电容容 ，变变压压器器副副边边电电压压有有效效值值 ，二二极极管管为为理理想想元元件件，试试求求：
40、输输出出电电压压 和和输出电流的平均值输出电流的平均值 ，及二极管承受的最高反向电压，及二极管承受的最高反向电压 。例例解：解：本讲稿第六十四页，共八十页 整流滤波电路如图所示，二极管是理想元件，电容整流滤波电路如图所示，二极管是理想元件，电容 ，负载电阻负载电阻 ，开关开关 闭合、闭合、断开时，直流电压表断开时，直流电压表(V)的读数为的读数为 141.4V，求求 (1)开关开关 闭合、闭合、断开时直流电流表的读数断开时直流电流表的读数;(2)开关开关 断开、断开、闭合时，直流电流表的读数闭合时，直流电流表的读数;(3)开关开关 、均闭合时，直流电流表的读数。均闭合时，直流电流表的读数。(设
41、电流表内阻为零，电设电流表内阻为零，电压表内阻为无穷大压表内阻为无穷大)。例例解：解：(1)开关开关 闭合、闭合、断开时断开时:A 的读数为零。的读数为零。本讲稿第六十五页，共八十页(2)开关开关 断开、断开、闭合时，闭合时，(3)开关开关 、均闭合时，均闭合时，A的读数为的读数为:A的读数为的读数为:本讲稿第六十六页，共八十页本讲稿第六十七页，共八十页稳压二极管稳压二极管UIUZIZ+-工作在反向击穿区的二极管工作在反向击穿区的二极管1、结构特点：、结构特点：1）掺入杂质多，）掺入杂质多，PN结易于击穿。结易于击穿。反向击穿电压反向击穿电压50V以下。以下。2）PN结体积大，散热好，结体积大
42、，散热好，使反向击穿是可逆的。使反向击穿是可逆的。当反向电压降低后，管子当反向电压降低后，管子仍可恢复原来状态。仍可恢复原来状态。普通二极管普通二极管PN结体积小，一次结体积小，一次击穿后，由于散热慢，温度过击穿后，由于散热慢，温度过高而将高而将PN结烧毁。这叫结烧毁。这叫热击穿热击穿。热击穿是不可逆的。热击穿是不可逆的。本讲稿第六十八页，共八十页2、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（3）动态电阻）动态电阻IUZ UZ IZ稳压误差（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。如：如：U U=0.09%/
43、=0.09%/o oC,C,即温度每升高即温度每升高1 1o oC,C,稳压值将增加稳压值将增加0.09%0.09%。r rZ Z越小，稳压性能越好越小，稳压性能越好UZU(BR)本讲稿第六十九页，共八十页（4）稳定电流）稳定电流IZ、最大稳定电流最大稳定电流IZM （5）最大允许功耗）最大允许功耗稳定电流稳定电流IZ:稳定性能最佳的工作电流值。稳定性能最佳的工作电流值。最大稳定电流最大稳定电流IZM：允许通过稳压管的最大电流值。允许通过稳压管的最大电流值。稳压管正常工作时，耗散的最大功率。超过时会稳压管正常工作时，耗散的最大功率。超过时会发生热击穿，损坏管子。发生热击穿，损坏管子。本讲稿第七
44、十页，共八十页例例已知稳压管的参数是：已知稳压管的参数是：Uz=8V，Iz=10mA，Izm=29mA。现用现用600、1/8W的电阻的电阻R作限流电阻，是否合适？作限流电阻，是否合适？+20VRDzI解解虽然虽然但但 1/8W0.24W所以所以 不合适！不合适！本讲稿第七十一页，共八十页本讲稿第七十二页，共八十页 稳压电路稳压电路稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路串联型串联型稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路、在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路、串联型稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳压
45、管稳压电串联型稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比作为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论稳压较多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论稳压管稳压电路管稳压电路。本讲稿第七十三页，共八十页一、稳压管稳压电路一、稳压管稳压电路整整流流输输出出电电压压虽虽然然经经过过电电容容滤滤波波减减小小了了波波动动，可可以以得得到到波波动动较较小小的的输输出出直直流流电电压压，但但是是，如如果果
46、输输入入交交流流电电源源电电压压发发生生波波动动，或或负负载载电电流流发发生生变变动动（这这种种情情况况经经常常出出现现），输输出出直直流流电电压压都都可可能能产产生生变变化化。如如何何保保证证在在输输入入交交流流电电源源电电压压波波动动、负负载载变变化化时时，输输出出直直流流电电压压保保持持恒定，这就是稳压电路的功能。恒定，这就是稳压电路的功能。稳稳压压电电路路稳稳定定输输出出直直流流电电压压的的基基本本思思想想是是在在输输出出直直流流电电压压时时，在在电电路路中中设设置置一一个个吸吸收收波波动动成成分分的的元元件件（调调整整元元件件），当当市市电电或或负负载载波波动动时时，调调整整元元件件
47、将将根根据据输输出出直直流流电电压压的的变变动动情情况况，确确定定调调整整方方向向和和大大小，以保证输出的直流电压不发生变化。小，以保证输出的直流电压不发生变化。最最简简单单的的稳稳压压电电路路是是利利用用稳稳压压二二极极管管在在反反向向击击穿穿情情况况下下的的稳稳压压特特性性，将将负负载载并并联联在在稳稳压压管管两两端端，只只要要保保证证稳稳压压管管处处于于反反向向击击穿穿稳稳压压状状态态又又不不损损坏坏，在在负负载载两端就能够得到稳定的直流电压。两端就能够得到稳定的直流电压。本讲稿第七十四页，共八十页1、电路、电路调整元件：调整元件：R整整流流滤滤波波输输出出电电压压被被分分成成两两部部分
48、分：一一部部分分是是负负载载得得到到的的直直流流输输出出电压电压Uo，另一部分则是降在调整元件上的电压另一部分则是降在调整元件上的电压uRuR2、稳压过程：、稳压过程：当电源电压波动时当电源电压波动时基本不变基本不变基本不变基本不变当负载变化时：当负载变化时：本讲稿第七十五页，共八十页uR综上所述：综上所述：a)稳压管要反接稳压管要反接b)串了串了R才有稳压作用。才有稳压作用。稳压管在稳压中起电流控制作用，使输出电压很小的变化，稳压管在稳压中起电流控制作用，使输出电压很小的变化，产生产生Iz很大的变化，并通过串联电阻很大的变化，并通过串联电阻R调压的作用达到稳压调压的作用达到稳压的作用。的作用
49、。如如果果电电阻阻R取取值值太太小小，则则稳稳压压管管中中的的电电流流将将可可能能太太大大而而损损坏坏器件，所以，该电阻又称为限流电阻。器件，所以，该电阻又称为限流电阻。输输出出电电压压的的数数值值直直接接由由稳稳压压管管的的参参数数确确定定（Uz）。构构造造电电路路时时要根据需要选择稳压管，另外要确定限流电阻的阻值。要根据需要选择稳压管，另外要确定限流电阻的阻值。本讲稿第七十六页，共八十页3、稳压管稳压电路的限流电阻、稳压管稳压电路的限流电阻izuz0UZIZIZM 稳压管的特性如图，要使稳压管正常稳压管的特性如图，要使稳压管正常工作，则其电流必须在工作，则其电流必须在IZ IZM之间。之间
50、。如果负载电流的变化范围为如果负载电流的变化范围为ILm ILM 电源电压波动使滤波输出电压电源电压波动使滤波输出电压 Uo在在Uomin Uomax之间变化。之间变化。则，当则，当IL=ILM，Uo=Uomin时稳压管时稳压管中流过的电流最小，但要求大于中流过的电流最小，但要求大于IZ即：即：当当IL=ILm，Uo=Uomax时稳压管中流过的电流最大，但要求小于时稳压管中流过的电流最大，但要求小于IZM，即，即因此，限流电阻的取值范围为：因此，限流电阻的取值范围为：如果此范围不存在，则说明稳压管稳压电路不能满足要求，需要采如果此范围不存在，则说明稳压管稳压电路不能满足要求，需要采用其它类型的