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1、半导体二极管及直流稳压电源第一页，讲稿共六十页哦1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 半导体半导体它的导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、它的导电能力介于导体和绝缘体之间。如硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物等都是半导体。锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物等都是半导体。半导体的导电特性主要表现在其导电能力在不同条件下具半导体的导电特性主要表现在其导电能力在不同条件下具有很大的差别：有很大的差别：（1）有的半导体对温度的反映特别灵敏。环境温度增高时，其导电能力要增强很多。）有的半导体对温度的反映特别灵敏。环境温度增高时，其导电能力要增强很多。（2）有的半导体对光照的反映特别灵敏，当受到光照时
2、，其导电能力要增强很）有的半导体对光照的反映特别灵敏，当受到光照时，其导电能力要增强很多；当不受到光照时，又变得象绝缘体那样不导电。多；当不受到光照时，又变得象绝缘体那样不导电。（3）如果在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质，其导电能力要增强很多。）如果在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质，其导电能力要增强很多。半导体的导电特性，在不同条件下具有很大的差别，是半导体的导电特性，在不同条件下具有很大的差别，是由其内部结构的特殊性所决定的。由其内部结构的特殊性所决定的。第二页，讲稿共六十页哦1 本征半导体本征半导体 目前最常用的半导体材料是硅和锗，它们的原子最外层目前最常用的半导体材料是硅和锗，它们的
3、原子最外层都有四个价电子，都是四价元素。将硅和锗提纯（取掉无用都有四个价电子，都是四价元素。将硅和锗提纯（取掉无用杂质）并形成单晶体，即本征半导体。杂质）并形成单晶体，即本征半导体。GeSi第三页，讲稿共六十页哦SiSiSiSi 共价键 在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子相结合。结合方法是，每一个原子的一个价电子与相邻的在本征半导体的晶体结构中，每一个原子与相邻的四个原子相结合。结合方法是，每一个原子的一个价电子与相邻的另外一个原子的一个价电子组成一个电子对，称为共价键。由于共价键的形成，每一个原子的最外层实际上相当于有另外一个原子的一个价电子组成一个电子对，称为共价键。由于
4、共价键的形成，每一个原子的最外层实际上相当于有8个个价电子，在通常情况下，这价电子，在通常情况下，这8个价电子处于相对稳定的状态，但在获得一定能量后（温度升高或受光照）即可挣脱原子核的束缚个价电子处于相对稳定的状态，但在获得一定能量后（温度升高或受光照）即可挣脱原子核的束缚而成为自由电子。而成为自由电子。第四页，讲稿共六十页哦SiSiSiSi 共价键 在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为原子中出在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为原子中出现了带正电的空穴。带正电的
5、空穴要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价键中的价电子，来现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。第五页，讲稿共六十页哦SiSiSiSi 共价键 在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为原子中出现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸引相
6、邻的共价键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价原子中出现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。键中的价电子，来填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。第六页，讲稿共六十页哦SiSiSiSi 共价键 在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为原子中出在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为原子中出现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸
7、引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价键中的价电子，来现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。第七页，讲稿共六十页哦SiSiSiSi 共价键 在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为在价电子挣脱原子核的束缚而成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。这时原子带正电，也可以认为原子中出现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸引相邻的共价
8、键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价原子中出现了带正电的空穴。带正电的空穴要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴；新的空穴又要吸引相邻的共价键中的价电子，来填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。键中的价电子，来填补空穴。如此继续下去，就好象带正电的空穴在运动。第八页，讲稿共六十页哦 （1）半导体中存在自由电子和空穴两种载流子。本征）半导体中存在自由电子和空穴两种载流子。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断复半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断复合。在一定条件下（温度下）载流子的产生和复合达到动态合。在一定条件下（温度下）载流子的产生
9、和复合达到动态平衡，于是载流子便维持一定数目。温度越高或受光照越强，平衡，于是载流子便维持一定数目。温度越高或受光照越强，载流子数目越多，半导体的导电性能也就越好，所以温度或载流子数目越多，半导体的导电性能也就越好，所以温度或光照对半导体的导电性能影响很大。光照对半导体的导电性能影响很大。（2）当半导体两端加上电压后，半导体中将出现两部）当半导体两端加上电压后，半导体中将出现两部分电流。一部分是自由电子作定向运动所形成的电子电流，分电流。一部分是自由电子作定向运动所形成的电子电流，另一部分是价电子或自由电子填补空穴所形成的空穴电流。另一部分是价电子或自由电子填补空穴所形成的空穴电流。在半导体中
10、，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体的最大特点，也是半导体和导体导电的本质区别。的最大特点，也是半导体和导体导电的本质区别。结结 论论第九页，讲稿共六十页哦2 N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体 本征半导体中虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由本征半导体中虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少，所以导电能力很低。如果在本征半导体中掺入于数量极少，所以导电能力很低。如果在本征半导体中掺入微量的某种杂质（某种元素），将使掺杂后的半导体（杂质微量的某种杂质（某种元素），将使掺杂后的半导体（杂质半导体）的导电能力大大增强。由于掺入
11、的杂质不同，杂质半导体）的导电能力大大增强。由于掺入的杂质不同，杂质半导体可分为两类。半导体可分为两类。电子半导体（电子半导体（N型半导体）型半导体）空穴半导体（空穴半导体（P型半导体）型半导体）杂质半导体杂质半导体第十页，讲稿共六十页哦SiSiP+Si 电子半导体（电子半导体（N型半导体）是在硅或锗的晶体中掺入磷（或其它五价元素）。磷原子的最外层有五个价电子，型半导体）是在硅或锗的晶体中掺入磷（或其它五价元素）。磷原子的最外层有五个价电子，是五价元素。由于掺入硅或锗晶体中的磷原子数比硅或锗的原子数少得多，因此整个晶体结构不变，只是某些位置是五价元素。由于掺入硅或锗晶体中的磷原子数比硅或锗的原
12、子数少得多，因此整个晶体结构不变，只是某些位置上的硅或锗原子被磷原子所取代。磷原子参加共价键结构只需要四个价电子，多余的第五个价电子很容易挣脱原子上的硅或锗原子被磷原子所取代。磷原子参加共价键结构只需要四个价电子，多余的第五个价电子很容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子。于是这种半导体中自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方核的束缚而成为自由电子。于是这种半导体中自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式。在这种半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。式。在这种半导体中，自由电子是多数载流子，而空穴是少数载流子。P多余电子2.1 N型半导体型
13、半导体第十一页，讲稿共六十页哦 空穴半导体（空穴半导体（P型半导体）是在硅或锗的晶体中掺入硼（或其它三价元素）。硼原子的最外层有三个价电子，是三价元素。型半导体）是在硅或锗的晶体中掺入硼（或其它三价元素）。硼原子的最外层有三个价电子，是三价元素。由于掺入硅或锗晶体中的硼原子数比硅或锗的原子数少得多，因此整个晶体结构不变，只是某些位置上的硅或锗原子被硼原子所取由于掺入硅或锗晶体中的硼原子数比硅或锗的原子数少得多，因此整个晶体结构不变，只是某些位置上的硅或锗原子被硼原子所取代。硼原子在参加共价键结构时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴。于是这种半导体中空穴数目大量增加，空穴导电成为这种代。硼原子在
14、参加共价键结构时，将因缺少一个价电子而形成一个空穴。于是这种半导体中空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式。在这种半导体中，空穴是多数载流子，而自由电子是少数载流子。半导体的主要导电方式。在这种半导体中，空穴是多数载流子，而自由电子是少数载流子。B填补空穴空穴SiSiB-Si2.2 P型半导体型半导体第十二页，讲稿共六十页哦注意注意 不论不论 N型半导体还是型半导体还是P型半导体，虽型半导体，虽然它们都有一种载流子占多数，但整个晶然它们都有一种载流子占多数，但整个晶体结构都是不带电的。体结构都是不带电的。第十三页，讲稿共六十页哦1.2 PN结结 P型半导体或型半导体或N型半导体
15、的导电能力虽然型半导体的导电能力虽然比本征半导体的导电能力大大增强，但并不能比本征半导体的导电能力大大增强，但并不能直接用来制造半导体器件。通常是在一块晶片直接用来制造半导体器件。通常是在一块晶片上，采取一定的掺杂工艺措施，在晶片两边分上，采取一定的掺杂工艺措施，在晶片两边分别形成别形成P型半导体和型半导体和N型半导体，那么它们的交型半导体，那么它们的交接面就形成了接面就形成了PN结。结。PN结才是构成各种半导结才是构成各种半导体器件的基础。体器件的基础。第十四页，讲稿共六十页哦1 PN结的形成结的形成P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体 假设有一块晶片，两边分别形成了假设有一块晶片，
16、两边分别形成了P型半导体和型半导体和N型半导体。在型半导体。在P型半导体中，得到一个电子的三价杂质离子（型半导体中，得到一个电子的三价杂质离子（B离子）带负离子）带负电；在电；在N型半导体中，失去一个电子的五价杂质离子（型半导体中，失去一个电子的五价杂质离子（P离子）带正电。离子）带正电。由于由于P区有大量的空穴，而区有大量的空穴，而N区的空穴极少，因此空穴要从浓度大的区的空穴极少，因此空穴要从浓度大的P区向浓度小的区向浓度小的N区扩散；同样道理，由于区扩散；同样道理，由于N区有大量的自由电子，区有大量的自由电子，而而P区的自由电子极少，因此自由电子要从浓度大的区的自由电子极少，因此自由电子要
17、从浓度大的N区向浓度小的区向浓度小的P区扩散。双方的扩散首先在交接面附近进行，这样在交接面附近的区扩散。双方的扩散首先在交接面附近进行，这样在交接面附近的P区留下一些带负电的三价杂质离子，形成负空间电荷区；在交接面附近的区留下一些带负电的三价杂质离子，形成负空间电荷区；在交接面附近的N区留下一些带正电的五价杂质离子，形成正空间电荷区。区留下一些带正电的五价杂质离子，形成正空间电荷区。这里的正负空间电荷区就是这里的正负空间电荷区就是PN结。结。+第十五页，讲稿共六十页哦P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+假设有一块晶片，两边分别形成了假设有一块晶片，两边分别形成了P型半导体和型半导体和
18、N型半导体。在型半导体。在P型半导体中，得到一个电子的三价杂质离子（型半导体中，得到一个电子的三价杂质离子（B离子）带负离子）带负电；在电；在N型半导体中，失去一个电子的五价杂质离子（型半导体中，失去一个电子的五价杂质离子（P离子）带正电。离子）带正电。由于由于P区有大量的空穴，而区有大量的空穴，而N区的空穴极少，因此空穴要从浓度大的区的空穴极少，因此空穴要从浓度大的P区向浓度小的区向浓度小的N区扩散；同样道理，由于区扩散；同样道理，由于N区有大量的自由电子，区有大量的自由电子，而而P区的自由电子极少，因此自由电子要从浓度大的区的自由电子极少，因此自由电子要从浓度大的N区向浓度小的区向浓度小的
19、P区扩散。双方的扩散首先在交接面附近进行，这样在交区扩散。双方的扩散首先在交接面附近进行，这样在交接面附近的接面附近的P区留下一些带负电的三价杂质离子，形成负空间电荷区；在交接面附近的区留下一些带负电的三价杂质离子，形成负空间电荷区；在交接面附近的N区留下一些带正电的五价杂质离子，形成区留下一些带正电的五价杂质离子，形成正空间电荷区。这里的正负空间电荷区就是正空间电荷区。这里的正负空间电荷区就是PN结。结。PN结第十六页，讲稿共六十页哦 PN结中的正负离子虽然带电，但是它们不能移动，不参与导电，而在这个区域内，载流子数极少，所以空间电荷区的电阻率结中的正负离子虽然带电，但是它们不能移动，不参与
20、导电，而在这个区域内，载流子数极少，所以空间电荷区的电阻率很高。很高。+P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体空间电荷区的电阻率很高第十七页，讲稿共六十页哦 正负空间电荷在交接面两侧形成一个电场，称为内电场。内电场的方向由带正电的正负空间电荷在交接面两侧形成一个电场，称为内电场。内电场的方向由带正电的N区指向带负电的区指向带负电的P区。区。内电场对多数载流子（内电场对多数载流子（P区的空穴和区的空穴和N区的自由电子）的扩散运动起阻挡作用；对少数载流子（区的自由电子）的扩散运动起阻挡作用；对少数载流子（P区的自由电子区的自由电子和和N区的空穴）则起推动作用，即推动少数载流子越过空间电荷区而
21、进入对方，这种由少数载流子所形成的运动称为漂移运动。区的空穴）则起推动作用，即推动少数载流子越过空间电荷区而进入对方，这种由少数载流子所形成的运动称为漂移运动。+P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体漂移运动扩散运动内电场内电场第十八页，讲稿共六十页哦 扩散运动和漂移运动是相互联系，又是相互矛盾的。在开始形成空间电荷区时，多数载流子的扩散运动占优势。扩散运动和漂移运动是相互联系，又是相互矛盾的。在开始形成空间电荷区时，多数载流子的扩散运动占优势。随着扩散运动的进行，空间电荷区逐渐加宽，内电场逐渐加强。于是多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流随着扩散运动的进行，空间电荷区逐渐加宽，内电
22、场逐渐加强。于是多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动逐渐增强。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本确定下来，子的漂移运动逐渐增强。最后，扩散运动和漂移运动达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本确定下来，PN结也就结也就处于相对稳定的状态。处于相对稳定的状态。+P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体漂移运动扩散运动扩散运动使空间电荷区逐渐加宽，内电场逐渐加强。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移运动使空间电荷区变窄。内电场内电场第十九页，讲稿共六十页哦2 PN结的单向导电性结的单向导电性外电场外电场内电场内电场变窄变窄+P区区N区区RI+-由于内电场被削弱
23、，多数载流子的扩散运动得到加强，所以能够形成较大的扩散电流。第二十页，讲稿共六十页哦外电场外电场内电场内电场+P区区N区区RI0+-变宽变宽由于内电场被加强，少数载流子的漂移运动得到加强，但少数载流子数量有限，只能形成较小的反向电流。第二十一页，讲稿共六十页哦结论结论 PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。当当PN结加正向电压时，结加正向电压时，PN结电阻结电阻很低，正向电流较大，很低，正向电流较大，PN结处于导通状结处于导通状态。态。当当PN结加反向电压时，结加反向电压时，PN结电阻结电阻很高，反向电流很小，很高，反向电流很小，PN结处于截止结处于截止状态。状态。第二十二页，讲稿共六十页哦
24、1.3 半导体二极管半导体二极管1 基本结构基本结构将将PNPN结加上电极引线和管壳，就成为了半导体二极管。结加上电极引线和管壳，就成为了半导体二极管。P PN N+-阳极阳极阴极阴极图形符号文字符号D D第二十三页，讲稿共六十页哦按结构来分，半导体二极管按结构来分，半导体二极管点接触型点接触型面接触型面接触型 点接触型点接触型一般为锗管，它的一般为锗管，它的 PN结结面积很小（结电结结面积很小（结电容小），适用于小电流高频电路工作，也用于数字电路中的容小），适用于小电流高频电路工作，也用于数字电路中的开关元件。开关元件。面接触型面接触型一般为硅管，它的一般为硅管，它的 PN结结面积大（结电容
25、大）结结面积大（结电容大），可以通过较大电流，工作频率较低，适用于整流电路。，可以通过较大电流，工作频率较低，适用于整流电路。第二十四页，讲稿共六十页哦2 伏安特性伏安特性U UI I死区电压：硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。正向导通电压：硅管约为0.7V，锗管约为0.3V。（1 1）半导体二极管实际上是一个）半导体二极管实际上是一个PNPN结，所以具有单向导电性。结，所以具有单向导电性。（2 2）半导体二极管是非线性元件。）半导体二极管是非线性元件。反向击穿电压UBR第二十五页，讲稿共六十页哦3 主要参数主要参数（1 1）最大正向电流）最大正向电流I IFMFM指二极管长期工作时允许通过
26、的最大正向平均电流。点接触型二极管的最指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。点接触型二极管的最大正向电流在几十毫安以下；面接触型二极管的最大正向电流较大，如大正向电流在几十毫安以下；面接触型二极管的最大正向电流较大，如2CP102CP10型型硅二极管的这个电流为硅二极管的这个电流为100mA100mA。实际工作时，二极管通过的电流不应超过。实际工作时，二极管通过的电流不应超过这个数值，否则将因管子过热而损坏。这个数值，否则将因管子过热而损坏。（2 2）最高反向工作电压）最高反向工作电压U UDRMDRM 指二极管不被击穿所容许的最高反向电压。一般为反向击穿电压的指二极管不被击穿所容许的
27、最高反向电压。一般为反向击穿电压的1/21/22/32/3。如。如2CP102CP10型硅二极管的这个电压为型硅二极管的这个电压为25V25V，而反向击穿电压为，而反向击穿电压为50V50V。（3 3）最大反向电流）最大反向电流I IRMRM 指二极管在常温下承受最高反向工作电压时的反向漏电流，一般很小，指二极管在常温下承受最高反向工作电压时的反向漏电流，一般很小，但受温度影响较大。反向电流大，说明二极管的单向导电性能差。硅管但受温度影响较大。反向电流大，说明二极管的单向导电性能差。硅管的反向电流较小，一般在几个微安以下；锗管的反向电流较大，为硅管的反向电流较小，一般在几个微安以下；锗管的反向
28、电流较大，为硅管的几十到几百倍。的几十到几百倍。第二十六页，讲稿共六十页哦4 二极管的应用二极管的应用 二极管的应用范围很广，利用它的单向导电性，可二极管的应用范围很广，利用它的单向导电性，可组成整流、检波、限幅、嵌位等电路。还可构成其它元组成整流、检波、限幅、嵌位等电路。还可构成其它元件或电路的保护电路，以及在数字电路中作为开关元件件或电路的保护电路，以及在数字电路中作为开关元件等。等。在作电路分析时，一般将二极管视为理想元件，在作电路分析时，一般将二极管视为理想元件，即认为正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向即认为正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向电压忽略不计；反向电阻为无穷大，
29、反向截止时为开电压忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。路特性，反向漏电流忽略不计。第二十七页，讲稿共六十页哦R RD D1 1D D2 2+-+-uiuoUs1Us2i0 010105 5-5-5-10-10uit0 010105 5-5-5-10-10uit例：图示为一正负对称限幅电路，已知例：图示为一正负对称限幅电路，已知ui=10sin t V，Us1=Us2=5V，画出，画出u uo o的的波形。波形。解题思路：解题思路：（1 1）当当|ui|5V时，时，D D1 1处于正向偏置而导通，所以处于正向偏置而导通，所以uo=5V。（3)3)ui0时：时：二
30、极管二极管正向正向导通导通，io00u0时：时：D1、D3正向正向导通导通，D2、D4反向截止，反向截止，io0，uo=u0 D4D2D1D3RLabuTruoio+-第三十九页，讲稿共六十页哦u0，uo=-u0 D4D2D1D3RLabuTruoio-+第四十页，讲稿共六十页哦 t tu 2 3 uo、io的波形与平均值的波形与平均值 uoio第四十一页，讲稿共六十页哦D4D2D1D3RLabuTruoio二极管的平均电流二极管的最高反向电压第四十二页，讲稿共六十页哦例例已知负载电阻已知负载电阻RL=80，负载电压，负载电压Uo=110V，采用桥式，采用桥式整流电路，交流电源电压为整流电路，
31、交流电源电压为380V，如何选择整流二极，如何选择整流二极管？管？解解 可选用可选用2CZ11C2CZ11C型二极管，其最大整流电流为型二极管，其最大整流电流为1A1A，反向工作，反向工作峰值电压为峰值电压为300V300V。考虑到变压器副绕组及管子上的压降，变压器的副边考虑到变压器副绕组及管子上的压降，变压器的副边电压大约要比计算值高出电压大约要比计算值高出10%10%，所以，所以第四十三页，讲稿共六十页哦1.7 滤波电路滤波电路 交流电压经整流后输出的是单向脉动的直流电压，其中既含交流电压经整流后输出的是单向脉动的直流电压，其中既含有直流成分又含有交流成份。滤波电路的作用是利用有直流成分又
32、含有交流成份。滤波电路的作用是利用电容元件电容元件两两端电压不能跃变或端电压不能跃变或电感元件电感元件中电流不能跃变的特性中电流不能跃变的特性,将将电容元电容元件件与负载并联或将与负载并联或将电感元件电感元件与负载串联，滤掉整流输出电压中与负载串联，滤掉整流输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到输出电压平滑的目的。的交流成份，保留其直流成份，达到输出电压平滑的目的。第四十四页，讲稿共六十页哦1 单相半波带电容滤波的整单相半波带电容滤波的整流电路流电路uouaTrTrbDRLC+uC tu 2 3 D D导导通通D D截截止止 tuo第四十五页，讲稿共六十页哦D D截止截止C C放电放电 t
33、uoObcaD D导通导通C C充电充电d Oa段：段：D D导通，电源对导通，电源对C充电，充电，uo=uC=u；ab段：从段：从a点开始，点开始，u和和uC都开始下降，都开始下降，u按正弦规律下降，按正弦规律下降，uC按指数规律下降，开始按指数规律下降，开始uC下降速度大于下降速度大于u，所以，所以D D导通，导通，uo=uC=u；bc段：从段：从b点开始，点开始，u下降速度大于下降速度大于uC，所以，所以D D截止，截止，uo=uC，按指数规律变化，变化快慢决定于按指数规律变化，变化快慢决定于=RLC；cd段：段：u uC，D D又导通，又导通，uo=uC=u，重复上一周期。，重复上一周
34、期。uouaTrTrbDRLC+uC tu 2 3 第四十六页，讲稿共六十页哦 tuoO tuo无电容滤波带电容滤波 带电容滤波时，带电容滤波时，uo的脉的脉动大为减小，其平均值动大为减小，其平均值Uo增增大。大。uouaTrTrbDRLC+uC第四十七页，讲稿共六十页哦 tuoO tuo无电容滤波带电容滤波 在空载时：在空载时：随着负载的增大（随着负载的增大（RL ），放电时间常数），放电时间常数=RLC ，放电加快，所以，放电加快，所以Uo 。uouaTrTrbDRLC+uC通常规定：通常规定：单相半波带电容滤波单相半波带电容滤波的整流电路的整流电路单相全波带电容滤波单相全波带电容滤波的整
35、流电路的整流电路第四十八页，讲稿共六十页哦单相半波带电容滤波整流电路的特点单相半波带电容滤波整流电路的特点一般取一般取(T：电源电压的周期：电源电压的周期)(2)(2)流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大 =RLC愈大愈大Uo愈大愈大负载电流的平均值愈大负载电流的平均值愈大整流管整流管导通角愈小导通角愈小iD的峰值也就愈大。的峰值也就愈大。(1)(1)输出电压输出电压Uo与时间常数与时间常数 =RLC有关有关 =RLC愈大愈大电容电容C放电愈慢放电愈慢Uo(uo的平均值的平均值)愈大。愈大。第四十九页，讲稿共六十页哦(3)(3)二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压(4)
36、(4)、输出外特性、输出外特性Uo与与Io的关系曲线的关系曲线Uo带电容带电容滤波滤波1.4U0.45UIo无电容无电容滤波滤波 带电容滤波的整带电容滤波的整流电路，其外特性较流电路，其外特性较差，或者说带负载能差，或者说带负载能力较差。电容滤波电力较差。电容滤波电路适用于输出电压较路适用于输出电压较高，负载电流较小且高，负载电流较小且变化也较小的场合。变化也较小的场合。uouaTrTrbDRLC+uCio第五十页，讲稿共六十页哦2 电感滤波电路电感滤波电路电路结构：电路结构：在整流电路与负载之间串联一在整流电路与负载之间串联一个电感个电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。uouT
37、rTrbRLLau第五十一页，讲稿共六十页哦（1 1）滤波原理）滤波原理 对对u的的直流分量：直流分量：f=0，XL=0，相当于短路，电压大部分降相当于短路，电压大部分降在在RL上；对上；对u的的交流分量：交流分量：f越高，越高，XL越大，电压大部分降在越大，电压大部分降在XL上。上。因此，因此，uo主要是主要是u的直流成分，的直流成分，uo是比较平滑的直流电压。是比较平滑的直流电压。Uo=0.9U 当忽略当忽略L的直流电阻时，的直流电阻时，uo的平均值约为：的平均值约为：uouTrTrbRLLau第五十二页，讲稿共六十页哦LuouTrTrbRLau（2 2）电感滤波的特点）电感滤波的特点:整
38、流管导通角较大，峰值电流很小，输出外特性比较平整流管导通角较大，峰值电流很小，输出外特性比较平坦，适用于低电压大电流坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。，体积大，易引起电磁干扰。第五十三页，讲稿共六十页哦3 3 复合复合滤波电路滤波电路 单独使用电容或电感构成的单独使用电容或电感构成的滤波电路，滤波电路，滤波效果滤波效果不够理想，为了满足较高的滤波要求常采用电容和电不够理想，为了满足较高的滤波要求常采用电容和电感组成的感组成的LC、CLC-型型等复合滤波电路。等复合滤波电路。这两种滤波电路适用于负载电流较大，要求输
39、出电压脉动较小的场合。LC+C+C+L第五十四页，讲稿共六十页哦C+C+LC+C+R 在负载较轻时，常采用电阻代替笨重的电感，构在负载较轻时，常采用电阻代替笨重的电感，构成成CRC-型型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，所以只适压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，所以只适用于负载电流较小的场合。用于负载电流较小的场合。第五十五页，讲稿共六十页哦1.8 稳压电路稳压电路 经整流和滤波后的直流电压往往还会随交流电源电压的波经整流和滤波后的直流电压往往还会随交流电源电压的波动或负载的变化而变化。为了得到很稳定的直流
40、电压，直流稳动或负载的变化而变化。为了得到很稳定的直流电压，直流稳压电源还需在整流、滤波电路之后再加一级稳压电路。最简单压电源还需在整流、滤波电路之后再加一级稳压电路。最简单的稳压电路是采用稳压管和限流电阻组成。的稳压电路是采用稳压管和限流电阻组成。UoUiRRLDZIZIo稳压电路Ui是经整流和滤波后的电压第五十六页，讲稿共六十页哦UoUiRRLDZIZIo*当交流电源电压当交流电源电压波动而使波动而使Ui变化时变化时Uo=Ui-URIZURURUo=Ui-UR若若UiUo=Ui-URIZURUo=Ui-UR若若Ui第五十七页，讲稿共六十页哦UoUiRRLDZIZIoURURURUo=Ui-
41、URURUo=Ui-URIZURUo=Ui-URUo=Ui-URIZ*当交流电源电压不当交流电源电压不变而负载变化时变而负载变化时若若Io若若Io第五十八页，讲稿共六十页哦D4D2D1D3abuTrUoRRLDZIZIoC+uC一个完整的半导体直流稳压电源第五十九页，讲稿共六十页哦1.9 光电器件光电器件+-1 显示器件显示器件 半导体显示器件主要有发光二极管，它是一种将电能直接转换半导体显示器件主要有发光二极管，它是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称成光能的固体器件，简称LED。和普通二极管相似，也是由一个。和普通二极管相似，也是由一个PN结构成。结构成。LED多采用磷砷化镓制作多采用
42、磷砷化镓制作PN结，这钟半导体材料的结，这钟半导体材料的PN结，在正向导通时，由于空穴和电子的复合而放出能量，发结，在正向导通时，由于空穴和电子的复合而放出能量，发出一定波长的可见光。光的波长不同，颜色也不同，常见的出一定波长的可见光。光的波长不同，颜色也不同，常见的LED有红、绿、黄等颜色。有红、绿、黄等颜色。LED的的PN结封装在透明的塑料结封装在透明的塑料管壳内，外形有方形、矩形和圆形等。发光二极管的驱动管壳内，外形有方形、矩形和圆形等。发光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和抗冲击能力、电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点，广泛用于信体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点，广泛用于信号指示和传递中。号指示和传递中。LED的伏安特性和普通二极管相似，死区电压为的伏安特性和普通二极管相似，死区电压为0.91.1V，正向工作电压为正向工作电压为1.52.5V，工作电流为，工作电流为515mA。反向击穿电。反向击穿电压较低，一般小于压较低，一般小于10V。第六十页，讲稿共六十页哦