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1、第五半导体二极管及其应用电路第1页，此课件共67页哦第五章第五章 半导体二极管及其应用电路半导体二极管及其应用电路5.1 5.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 5.2 5.2 半导体二极管半导体二极管 5.3 5.3 单向整流滤波电路单向整流滤波电路 5.4 5.4 稳压二极管及其稳压电路稳压二极管及其稳压电路 第2页，此课件共67页哦导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般都，金属一般都是导体。是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、陶，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。瓷、塑料和石英。半导体：半
2、导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。氧化物等。5.1 半导体的基本知识半导体的基本知识第3页，此课件共67页哦半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于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。例如：其它物质的特点。例如：当当受外界热和光的作用受外界热和光的作用时，它的导电能时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中往纯净的半导体中掺入某些杂质掺入某些杂质，会使，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力
3、明显改变。第4页，此课件共67页哦本征半导体本征半导体本征半导体的结构特点GeSi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。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最现代电子学中，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。外层电子（价电子）都是四个。第5页，此课件共67页哦本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶原子都处在正四
4、面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：第6页，此课件共67页哦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第7页，此课件共67页哦共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束束缚电子缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电自由电子子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体，因此本征半导体中的自由电子很
5、少，所以本征半导体的导电能力很弱。的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。排列，形成晶体。+4+4+4+4第8页，此课件共67页哦本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,价电子完全价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即子（即载流子载流子），它的导电能力为），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在
6、常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能在常温下，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，成为量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上留下，同时共价键上留下一个空位，称为一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴第9页，此课件共67页哦+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子第10页，此课件共67页哦在本征半导体中不断地进行着激发与复合两种相反的在本征半导体中不断地进行着激发与复合两种相反的过程，当温度一定时，两种状态达到动态平衡，即本征激发过程，当温度一定时，两种状态达到动态平衡，即本征激发产生的电子产生的电子-空穴对，与复
7、合的电子空穴对，与复合的电子-空穴对数目相等，这空穴对数目相等，这种状态称为种状态称为热平衡状态热平衡状态。由于本征半导体在室温下每产生一个自由电子必然由于本征半导体在室温下每产生一个自由电子必然会有一个空穴出现，即电子与空穴成对产生，称之为会有一个空穴出现，即电子与空穴成对产生，称之为电电子子-空穴对空穴对。热平衡载流子的浓度热平衡载流子的浓度第11页，此课件共67页哦2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的空穴的迁移，而空穴的迁移相
8、当于正电荷的移迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴动，因此可以认为空穴是载流子。是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自自由电子由电子和和空穴空穴。第12页，此课件共67页哦 温度越高，载流子的浓度越高。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导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。因素，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。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电
9、流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。第13页，此课件共67页哦杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中在本征半导体中掺入某些微量的杂质掺入某些微量的杂质，就会使半导体，就会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大增加。子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（为（空穴半导体空穴半导体）。）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也自由电子浓度大大增加的杂
10、质半导体，也称为（称为（电子半导体电子半导体）。）。第14页，此课件共67页哦N 型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷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（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个能
11、移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为电子，称为施主原子施主原子。第15页，此课件共67页哦+4+4+5+4多余电子磷原子N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。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浓度，所以，自由电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度。自由电子称为子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为，空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）
12、。）。第16页，此课件共67页哦P 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质（或铟），晶体点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，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所由于硼原子接受电子，所以称为以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴硼
13、原子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。第17页，此课件共67页哦杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。多子与杂质浓度相等。第18页，此课件共67页哦PN 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 型半导体和型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形型半导体，经过载流子的
14、扩散，在它们的交界面处就形成了成了PN 结。结。1.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管半导体器件的核心是半导体器件的核心是PN结。结。半导体二极管是单个半导体二极管是单个PN结；半导体三极管具有两个结；半导体三极管具有两个PN结；场效应管的基本结；场效应管的基本结构也是结构也是PN结。结。第19页，此课件共67页哦P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。第20页，此课件共67页哦漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半
15、导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E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。第21页，此课件共67页哦+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV0第22页，此课件共67页哦1.1.空间电荷区中没有载流子。空间电荷区中没有载流子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴中的空穴.N区区 中的中的电子（电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3.3.P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少子都是少子），数量），数量有限，因此由它们形成的电
16、流很小。有限，因此由它们形成的电流很小。注意注意:第23页，此课件共67页哦PNPN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是的意思都是：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都是：的意思都是：P区加负、区加负、N 区加正电压。区加正电压。第24页，此课件共67页哦+RE一、一、PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。第25页，此课件共67页哦二、二、PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电
17、场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE第26页，此课件共67页哦PNPN结的温度特性结的温度特性实验证明，在室温下，温度每升高实验证明，在室温下，温度每升高1，在同一正向，在同一正向电流下，电流下，PN结正向压降减小结正向压降减小22.5 mV；温度每升高；温度每升高10，反向饱和电流大约增加，反向饱和电流大约增加 1 倍。倍。所以当温度升高时，少数载流子的数目增多，反所以当温度升高时，少数载流子的数目增多，反向饱和电流随之增大。向饱和电流随之增大。PN结的正向特性曲线向左移动，结的正向特性曲线向左移动，反向特性曲线向下移
18、动。反向特性曲线向下移动。第27页，此课件共67页哦当当PN结外加反向电压时，流过结外加反向电压时，流过PN结的反向电流很小，结的反向电流很小，但当反向电压不断增大，超过某一电压值时，但当反向电压不断增大，超过某一电压值时，反向电流将反向电流将急剧增加，这种现象称为急剧增加，这种现象称为PN结的反向击穿结的反向击穿。反向电流急剧增加时所对应的反向电压反向电流急剧增加时所对应的反向电压U(BR)称为称为反反向击穿电压向击穿电压。PNPN结的击穿特性结的击穿特性 PN结产生反向击穿有两种类型：结产生反向击穿有两种类型：雪崩击穿雪崩击穿和和齐纳击穿齐纳击穿。第28页，此课件共67页哦在掺杂浓度较低的
19、在掺杂浓度较低的PN结中，随着反向电压逐渐增大，结中，随着反向电压逐渐增大，空间电荷区（即阻挡层）变宽，内电场加强，使参加漂移空间电荷区（即阻挡层）变宽，内电场加强，使参加漂移运动的载流子加速，动能加大。当反向电压增大到一定数运动的载流子加速，动能加大。当反向电压增大到一定数值时，载流子获得的动能足以把束缚在共价键中的价电子值时，载流子获得的动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生电子碰撞出来，产生电子-空穴对。空穴对。新产生的载流子被电场加速后，又碰撞其它中性原子，新产生的载流子被电场加速后，又碰撞其它中性原子，又产生新的电子又产生新的电子-空穴对。如此连锁反应，造成载流子急剧增多，空
20、穴对。如此连锁反应，造成载流子急剧增多，使反向电流使反向电流“滚雪球滚雪球”般地骤增，通常将这种反向击穿称为般地骤增，通常将这种反向击穿称为雪崩击穿雪崩击穿。雪崩击穿雪崩击穿的击穿电压较高，其值随掺杂浓度的降低而增大。雪崩击穿的击穿电压较高，其值随掺杂浓度的降低而增大。第29页，此课件共67页哦当当PN结两边的掺杂浓度很高时，阻挡层将变得很薄。这结两边的掺杂浓度很高时，阻挡层将变得很薄。这时只要加上不大的反向电压（如时只要加上不大的反向电压（如4 V以下），阻挡层就可能获得以下），阻挡层就可能获得2106 V/cm以上的电场强度，以上的电场强度，该场强足以直接破坏共价该场强足以直接破坏共价键，
21、把价电子从共价键中拉出来，从而获得大量的电子键，把价电子从共价键中拉出来，从而获得大量的电子-空空穴对，引起穴对，引起PN结中的反向电流急剧增大，这种反向击穿结中的反向电流急剧增大，这种反向击穿现象称为现象称为齐纳击穿齐纳击穿。齐纳击穿齐纳击穿的反向击穿电压较低，且随着掺杂浓度的齐纳击穿的反向击穿电压较低，且随着掺杂浓度的增高而减小。增高而减小。第30页，此课件共67页哦通常情况下，反向击穿电压在通常情况下，反向击穿电压在7 V以上属于雪崩击以上属于雪崩击穿，穿，4V以下属于齐纳击穿，在以下属于齐纳击穿，在47 V之间的击穿则两种情之间的击穿则两种情况都有。况都有。无论哪种击穿，只要无论哪种击
22、穿，只要PN结不因电流过大而产生过热结不因电流过大而产生过热损坏，当反向电压降到击穿电压以下（均指绝对值）时，损坏，当反向电压降到击穿电压以下（均指绝对值）时，其性能又可恢复到击穿前的情况。其性能又可恢复到击穿前的情况。当击穿电流超过一定的范围，使当击穿电流超过一定的范围，使PN结上的耗散功率结上的耗散功率超过其额定耗散功率时，超过其额定耗散功率时，PN结将会烧毁，这种现象称结将会烧毁，这种现象称为为热击穿热击穿。第31页，此课件共67页哦当当PN结正偏时，结正偏时，PN结导通，电阻很小；结导通，电阻很小；当当PN结反偏时，结反偏时，PN结截至，电阻较大，结截至，电阻较大，PN结表现出结表现出
23、非线性电阻特性非线性电阻特性。PNPN结的电阻特性结的电阻特性热击穿前发生的击穿称为热击穿前发生的击穿称为电击穿电击穿，齐纳击穿和雪，齐纳击穿和雪崩击穿都属于电击穿。崩击穿都属于电击穿。电击穿是可逆的，但热击穿是不可逆的。电击穿是可逆的，但热击穿是不可逆的。第32页，此课件共67页哦二极管的电容特性二极管的电容特性二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。势垒电容：势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所
24、表现出的电容会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是是势垒电容势垒电容。扩散电容：扩散电容：为了形成正向电流（扩散为了形成正向电流（扩散电流），注入电流），注入P 区的少子（电子）在区的少子（电子）在P 区有浓度差，越靠近区有浓度差，越靠近PN结浓度越结浓度越大，即在大，即在P 区有电子的积累。同理，区有电子的积累。同理，在在N区有空穴的积累。正向电流大，区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容就是扩散电容CD。P+-N第33页，此课件共67页哦PN结的结电容结的结电容Cj为势垒电容为势垒电容Cb和扩散电容和扩散电容C
25、d之和，即之和，即 当当PN结结正向偏置正向偏置时，时，PN结结电容结结电容以扩散电容为主以扩散电容为主，CjCd，其值为几十皮法到几千皮法；其值为几十皮法到几千皮法；当当PN结结反向偏置反向偏置时，时，PN结结电容结结电容以势垒电容为主以势垒电容为主，CjCb，其值为几皮法到几十皮法。，其值为几皮法到几十皮法。第34页，此课件共67页哦当当PN结反偏时，结电阻较结反偏时，结电阻较大，大，PN结本应不导通；若作结本应不导通；若作用于用于PN结的交变电压频率高到结的交变电压频率高到一定程度，使：一定程度，使：PNPN结的高频等效电路及最高工作频率结的高频等效电路及最高工作频率PN结高频小信号时的
26、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则则PN结即使反偏也导通，即单向导电性被破坏。结即使反偏也导通，即单向导电性被破坏。第35页，此课件共67页哦5.2 半导体二极管半导体二极管基本结构基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线外壳线触丝线基片点接触型点接触型PN结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：第36页，此课件共67页哦半导体二极管实物图片第37页，此课件共67页哦第38页，此课件共67页哦第39页，此课件共67页哦UI导通压降导通压降:硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。
27、反向击穿反向击穿电压电压UBR死区电压 硅管0.5V,锗管0.1V伏安特性伏安特性第40页，此课件共67页哦第41页，此课件共67页哦主要参数主要参数1.1.正向特性与最大整流电流正向特性与最大整流电流 I IFMFM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。2.2.反向特性与反向电流反向特性与反向电流 I IR R 二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。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。越小越好。反向电流受温度的影响，温
28、度越高反向电流越大。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，锗管的反向电流要比硅管大几十到硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。几百倍。第42页，此课件共67页哦3.3.反向击穿特性与最大工作电压反向击穿特性与最大工作电压U URMRM以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利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，主要应用于用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等整流、限幅、保护等等。二极管反向击穿时的电压值称为二极管反向击穿时的电压值称为击穿电压击穿电压。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚击穿时反
29、向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。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URM一般是一般是UBR的一的一半：半：第43页，此课件共67页哦半导体二极管的等效电路半导体二极管的等效电路1.1.理想二极管等效电路理想二极管等效电路理想模型(a)U-I特性；(b)代表符号 第44页，此课件共67页哦2.2.考虑正向压降的等效电路考虑正向压降的等效电路考虑正向压降模型(a)U-I特性；(b)代表符号 二极管：二极管：死区电压死区电压=0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管)理想理想二极管：二极管：死区电压死区电压=0，正向压降，正向
30、压降=0 第45页，此课件共67页哦5.3 单相整流滤波电路单相整流滤波电路单相半波整流电路单相半波整流电路二极管导通，忽略二极二极管导通，忽略二极管正向压降，管正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo 为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止二极管截止,uo=0+io+u2 0 时时:u2 IOURM 22U承受的最高反向电压承受的最高反向电压:第49页，此课件共67页哦单相桥式整流电路单相桥式整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuo组成：由四
31、个二极管组成桥路组成：由四个二极管组成桥路u2uo第50页，此课件共67页哦+u1u2TD4D2D1D3RLuou2正半周时电流通路正半周时电流通路D1、D3导通，导通，D2、D4截止截止第51页，此课件共67页哦-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路负半周时电流通路D2、D4 导通，导通，D1、D3截止截止第52页，此课件共67页哦u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:a D1RLD3bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:b D2RLD4a单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形单相桥式整流电路输出波形及二极管上
32、电压波形u2D4D2D1D3RLuoab整流输出电压平均值：整流输出电压平均值：Uo=0.9U2负载电流平均值负载电流平均值:Io=Uo/RL=0.9 U2/RL 二极管平均电流：二极管平均电流：I ID D=I=Io o/2/2二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo第53页，此课件共67页哦几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+-+-u2uo+第54页，此课件共67页哦滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或电并联，或电感与负载感与负载RL串联。串联。交流电压脉动直流电压整流整
33、流滤波滤波直流电压RLLRLC第55页，此课件共67页哦电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。电路如图所示。电容滤波原理电容滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC第56页，此课件共67页哦RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形第57页，此课件共67页哦为了得到较好的滤波效果，为了得到较好的滤波效果，C应满足：应满足：(T:电源电压的周
34、期电源电压的周期)优点：优点：电路简单、负载直流电压较高、纹波较小电路简单、负载直流电压较高、纹波较小。缺点：缺点：输出特性较差且存在浪涌电流，故适用于负载电压输出特性较差且存在浪涌电流，故适用于负载电压较高、负载变动不大的场合较高、负载变动不大的场合。电容滤波：电容滤波：第58页，此课件共67页哦电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构就构成了电感滤波电路。成了电感滤波电路。u2u1RLLuo第59页，此课件共67页哦电感滤波原理电感滤波原理对谐波分量对谐波分量:f f 越高，越高，X XLL越大越大,电压大部分降在电压
35、大部分降在X XL L上。上。因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上第60页，此课件共67页哦稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。5.4 稳压二极管及其稳压电路稳压二极管及其稳压电路第61页，此课件共67页哦（4）稳定电流稳定电流I
36、Z、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗）最大允许功耗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（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。（3）动态电阻）动态电阻第62页，此课件共67页哦稳压管稳压电路稳压管稳压电路 第63页，此课件共67页哦负载电阻负载电阻 。稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解：解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax。方程方程1
37、要求要求当输入电压由正常值发生当输入电压由正常值发生 20%波动时，负载电压波动时，负载电压基本不变。基本不变。求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 ui 的正常值。的正常值。第64页，此课件共67页哦令输入电压降到下限时，令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为Izmin。方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：第65页，此课件共67页哦光电二极管光电二极管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。IU照度增加照度增加第66页，此课件共67页哦发光二极管发光二极管有正向电流流过时，有正向电流流过时，发出一定波长范围的发出一定波长范围的光，目前的发光管可光，目前的发光管可以发出从红外到可见以发出从红外到可见波段的光，它的电特波段的光，它的电特性与一般二极管类似。性与一般二极管类似。第67页，此课件共67页哦