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1、二极管的应用第1页，共50页，编辑于2022年，星期四第第1章章 半导体二极管及其应用半导体二极管及其应用本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：一、理解一、理解PN结的单向导电性。结的单向导电性。二、了解二极管、稳压管的基本构造、工二、了解二极管、稳压管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义。作原理和特性曲线，理解主要参数的意义。作原理和特性曲线，理解主要参数的意义。作原理和特性曲线，理解主要参数的意义。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。三、会分析含有二极管的电路。四、了解四、了解四、了解四、了解桥式整流电路、滤波电路及稳压管稳
2、桥式整流电路、滤波电路及稳压管稳桥式整流电路、滤波电路及稳压管稳桥式整流电路、滤波电路及稳压管稳 压电路压电路压电路压电路 的工作原理及其应用的工作原理及其应用的工作原理及其应用的工作原理及其应用 。.第2页，共50页，编辑于2022年，星期四 学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器学会用工程观点分析问题，就是根据实际情况，对器件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便件的数学模型和电路的工作条件进行合理的近似，以便用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。用简便的分析方法获得具有实际意义的结果。对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，就对电路进行分析计算时，只要能满足技术指标，
3、就不要过分追究精确的数值。不要过分追究精确的数值。器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、器件是非线性的、特性有分散性、RC 的值有误差、工程的值有误差、工程的值有误差、工程的值有误差、工程上允许一定的误差、采用合理估算的方法。上允许一定的误差、采用合理估算的方法。上允许一定的误差、采用合理估算的方法。上允许一定的误差、采用合理估算的方法。对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正对于元器件，重点放在特性、参数、技术指标和正确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的确使用方法，不要过分追究其内部机理。讨论器件的目的在于应用。目的在于应用。
4、第3页，共50页，编辑于2022年，星期四1.1 PN 1 PN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：半导体的导电特性：半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电 能力明显改变能力明显改变(可做成各种不同用途的半导可做成各种不同用途的半导 体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。光敏性：光敏性：光敏性：光敏性：当受到光照时，导电能力
5、明显变化当受到光照时，导电能力明显变化(可做可做可做可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等管、光敏三极管等)。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强当环境温度升高时，导电能力显著增强第4页，共50页，编辑于2022年，星期四1.1.1 本征半导体本征半导体 完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。体。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构
6、硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子第5页，共50页，编辑于2022年，星期四 Si Si Si Si价电子价电子 价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为可挣脱原子核的束缚，成为自自自自由电子由电子由电子由电子（带负电），同时共（
7、带负电），同时共价键中留下一个空位，称为价键中留下一个空位，称为空穴空穴（带正电）（带正电）（带正电）（带正电）。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴 温度愈高，晶体中产温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。生的自由电子便愈多。自由电子自由电子 在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动而
8、在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。（相当于正电荷的移动）。（相当于正电荷的移动）。（相当于正电荷的移动）。第6页，共50页，编辑于2022年，星期四本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流分电流分电流分电流 (1)自由电子作定向运动自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流
9、 (2)(2)价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴价电子递补空穴 空穴电流空穴电流注意：注意：注意：注意：(1)(1)本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；其导电性能很差；(2)(2)温度愈高，温度愈高，载流子的数目愈多载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就半导体的导电性能也就愈好。愈好。愈好。愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影响很大。所以，温度对半导体器件性能影
10、响很大。自由电子和自由电子和自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。导体中载流子便维持一定的数目。第7页，共50页，编辑于2022年，星期四1.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后自由电子数目大掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电为这种半导体的主要导电方式，称
11、为电子半导体或方式，称为电子半导体或N型半导体。型半导体。掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂形成杂形成杂形成杂质半导体。质半导体。质半导体。质半导体。在在N 型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子。子。动画动画第8页，共50页，编辑于2
12、022年，星期四1.1.2 N型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体 掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称导体的主要导电方式，称为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或为空穴半导体或 P P型半导型半导体。体。掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在 P 型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数载流子，自由电子是少数载流载流子，自由电子是少数载流子。子。B
13、硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴动画动画无论无论无论无论N型或型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。第9页，共50页，编辑于2022年，星期四 1.1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。2.2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 （a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。温度）有关。温度）有
14、关。3.3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 （a.a.减少、减少、减少、减少、b.不变、不变、c.增多）。增多）。ab bc c 4.在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流型半导体中的电流主要是主要是主要是主要是 ，N N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.a.电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流）b ba第10页，共50页，编辑于2022年，星期四1.1.3 PN PN结的形成结的形成载流子的两种运动载流子的
15、两种运动扩散运动和漂移运动扩散运动和漂移运动扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓扩散运动：电中性的半导体中，载流子从浓 度高的区域向浓度较低区域的运动。度高的区域向浓度较低区域的运动。漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的漂移运动：在电场作用下，载流子有规则的 定向运动。定向运动。第11页，共50页，编辑于2022年，星期四PNPN结的形成结的形成多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差P P 型半导体型半导体型半导体型半导体N N 型半导体型半导体型半导体型半导体 内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运内电场越强，漂移运动越强，而漂移
16、使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间动越强，而漂移使空间电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。电荷区变薄。扩散的结果使空扩散的结果使空间电荷区变宽。间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这扩散和漂移这一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动一对相反的运动最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平最终达到动态平衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区衡，空间电荷区的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。的厚度固定不变。+动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区第12页，共50页，编辑于2022年，星期四1.1.4 PN结的单向导
17、电性结的单向导电性 1.PN 结加正向电压结加正向电压（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）（正向偏置）PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF 内电场被内电场被削弱，多子削弱，多子的扩散加强，的扩散加强，形成较大的形成较大的扩散电流。扩散电流。PN PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，正向电阻较小，PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。内电场内电场PN+动画动画+第13页，共50页，编辑于2022年，星期四2.PN 2.PN 结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 P接负、
18、接负、接负、接负、N N接正接正 内电场内电场内电场内电场P PN N+动画动画+第14页，共50页，编辑于2022年，星期四PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽2.PN 结加反向电压结加反向电压结加反向电压结加反向电压（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）（反向偏置）外电场外电场外电场外电场 内电场被加强，内电场被加强，少子的漂移加强，少子的漂移加强，由于少子数量很由于少子数量很少，形成很小的少，形成很小的反向电流。反向电流。IR P接负、接负、N N接正接正接正接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。动画动画+PN PN 结加反向电压
19、时，结加反向电压时，结加反向电压时，结加反向电压时，PNPN结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，阻较大，阻较大，阻较大，PN结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。结处于截止状态。内电场内电场内电场内电场P PN N+第15页，共50页，编辑于2022年，星期四二极管二极管的单向导电性的单向导电性1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负负负负 ）时，）时，）时，）
20、时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。较小，正向电流较大。较小，正向电流较大。较小，正向电流较大。2.2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正 ）时，时，时，时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反二极管处于反向
21、截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。向电流很小。向电流很小。向电流很小。3.3.3.3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。向导电性。4.4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。向电流愈大。第16页，共50页，编辑于2022年，星期四1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.1 基本结构基本结构(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结面积小、结面积小、结面积小、结电容小、正结电容小、正结电容小、正结电容小、正向电流小。用向
22、电流小。用向电流小。用向电流小。用于检波和变频于检波和变频于检波和变频于检波和变频等高频电路。等高频电路。等高频电路。等高频电路。结面积大、结面积大、正向电流大、正向电流大、结电容大，用结电容大，用于工频大电流于工频大电流整流电路。整流电路。(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。第17页，共50页，编辑于2022年，星期四阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧
23、化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型图图 1 12 半导体二极管的结构和符号半导体二极管的结构和符号 二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图二极管的结构示意图阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D第18页，共50页，编辑于2022年，星期四1.2.2 伏安特性伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V,锗锗锗锗管管管管0.1V.1V。反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通
24、压降导通压降 外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电外加电压大于死区电压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。压二极管才能导通。外加电压大于反向击外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。失去单向导电性。正向特性正向特性正向特性正向特性反向特性反向特性特点：非线性特点：非线性特点：非线性特点：非线性硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V锗锗0.2.20.3VUI死区电压死区电压PN+PN+反向电流反向电流反向电流反向电流在一定电压在一定电压在一定电压在一定电压范围内保持范围内保持范围内保持范围内保持常数。常数。常数。常数。第19页，共5
25、0页，编辑于2022年，星期四1.2.3 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均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。流。流。流。2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压二极管反向击
26、穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.反向峰值电流反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向指二极管加最高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，电流大，说明管子的单向导电性差，I IRM受温度的影响，受温度的影响，受温度的影响，受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流
27、较小温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。电流较大，为硅管的几十到几百倍。第20页，共50页，编辑于2022年，星期四1.2.41.2.4二极管的应用二极管的应用二极管的应用二极管的应用(二极管电路分析举例二极管电路分析举例)定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分
28、析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压U UD的正负。的正负。的正负。的正负。若若 V V阳阳 VV阴阴阴阴或或或或 UD为正为正(正向偏置正向偏置)，二极管导通，二极管导通若若 V V阳阳阳阳 VVV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，UABAB=6V6V否则，否则，否则，否则，UABAB低于低于低于低于6V一个管压降，为一个管压降，为6.3或或或或6.7V例例1：取取取取 B B 点作参考点，断开点作参考点，断开点作参考点，断开点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极管阳极二极管，分析二极
29、管阳极二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。和阴极的电位。和阴极的电位。和阴极的电位。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+第22页，共50页，编辑于2022年，星期四两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起两个二极管的阴极接在一起取取 B B 点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。分析二极管阳极和阴极的电位。V V1阳阳=6 V
30、6 V，V V2 2阳阳=0 V，V1阴阴=V2 2阴阴阴阴=12 VUD1D1=6V=6V，UD2D2=12V=12V UD2 U UD1D1 D2 2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D D1 1截止。截止。截止。截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UAB=0 V=0 V例例2:D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：U UABAB 在这里，在这里，D2 起钳起钳位作用，位作用，D D1起隔离起隔离作用。作用。BD16V12V3k AD2UAB
31、+第23页，共50页，编辑于2022年，星期四u ui 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 uo=8V=8V u ui i VVb，二极管二极管D导通；导通；导通；导通；3)工作波形工作波形工作波形工作波形 u 负半周，负半周，VaVb，二二极管极管 D D1 1、D D3 3 导通，导通，导通，导通，D2 2、D D4 截止截止。3)3)工作波形工作波形uD2uD41)1)电路结构电路结构电路结构电路结构 uouD t tRLuiouo1234ab+动画动画u第32页，共50页，编辑于2022年，星期四4)参数计算参数计算(1
32、)(1)整流电压平均值整流电压平均值 Uo(2)(2)整流电流平值整流电流平值 I Io o(负载电流的平均值负载电流的平均值)(3)(3)流过每管电流平均值流过每管电流平均值 I ID D ID D=IO/2=0.45 U U2/R L L(4)每管承受的最高反向电压每管承受的最高反向电压 UDRMDRM(5)(5)变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值 I I I2=U2/R L L=IO/0.9=1.11 IOI IO=U=UO/R L L=0.9 U U2 2/R L 第33页，共50页，编辑于2022年，星期四例例1：单相桥式整流电路，已知交
33、流电网电压为单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻，负载电阻 RL=50，负载电压，负载电压Uo=110V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。试求变压器的变比和容量，并选择二极管。I=1.11 Io=2 1.11=2.2 A 变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器容量变压器容量 S=U I=122 2.2=207.8 V A变压器副边电压变压器副边电压 U 122 V 可选用二极管可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为，其最大整流电流为1A，反向，反向工作峰值电压为工作峰值电压为300V。第34页，共50页，编辑于2022年，星期四例例2 2 2 2：试分析
34、图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管D D2 2 或或D4 断开断开断开断开时负载电压的波形。时负载电压的波形。时负载电压的波形。时负载电压的波形。如果如果如果如果D D2 或或或或D D4 接反，后果如何？接反，后果如何？如果如果如果如果D2 2 或或或或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？uo+_u+_RLD2D4 D1D3解：解：当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导通，负导通，负载中有电流载中有电
35、流过，负载电压过，负载电压uo o=u；负半周时，；负半周时，D1和和D3截止，截止，负载中无电流通负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压，uo o=0=0。uo u 2 34twtw234oo第35页，共50页，编辑于2022年，星期四 如果如果如果如果D2 2或或D D4 4接反接反接反接反 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流经导通，电流经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或或D2、D3将被烧坏。将被烧坏。如果如果如果如果D2或或D D4因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而
36、短路 则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似，电源及接反类似，电源及D1或或D3也也将因电流过大而烧坏。将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3第36页，共50页，编辑于2022年，星期四1.3.2 1.3.2 滤波器滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波原理：滤波原理：滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或或通过电感中的电流通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流电路输出
37、电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。波形的目的。方法：方法：将电容与负载将电容与负载RL并联并联(或将电感与负载或将电感与负载RL串联串联)。第37页，共50页，编辑于2022年，星期四 1.电容滤波器电容滤波器 1)电路结构电路结构2)2)工作原理工作原理工作原理工作原理 u uC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的同时也供电的同时也给电容充电，给电容充电，uC 增加，增加，uo=uC。u uC时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载R RL 放电，放电，
38、u uC按按按按指数规律下降，指数规律下降，指数规律下降，指数规律下降，u uo=u uC。+Cici +aDuoubRLio=uC 3)3)工作波形工作波形工作波形工作波形二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。动画动画uou tO tO第38页，共50页，编辑于2022年，星期四4)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(T 电源电压的周期电源电压的周期)(1)(1)输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。R RL LC 越大越大 电容器放电越慢电容器放电越慢电容器放电越慢电容
39、器放电越慢 输出电压的平均值输出电压的平均值Uo o 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。近似估算取：近似估算取：Uo=1.2 U (桥式、全波）桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）半波）当负载当负载R RL L 开路时，开路时，开路时，开路时，U UOO 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压第39页，共50页，编辑于2022年，星期四(2)(2)外特性曲线外特性曲线外特性曲线外特性曲线有电容有电容滤波滤波1.41.4U U 无电容滤波无电容滤波0.45.45U U UooIO 结论结论 采用电容滤波时，输出电压受采用电容滤波时，输出电压受采用电容滤波时，输出电压受采用电容滤波
40、时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能负载变化影响较大，即带负载能负载变化影响较大，即带负载能负载变化影响较大，即带负载能力较差。力较差。力较差。力较差。因此电容滤波适合于要求输出因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。变化较小的场合。(3)(3)流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：选管时一般取：I IOM=2=2 ID D RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越大越大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。的峰值电流越大。iD
41、tuo tOO第40页，共50页，编辑于2022年，星期四例：例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL=200，要求直流输出电压，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值 uRLuo+C解：解：1.选择整流二极管选择
42、整流二极管可选用二极管可选用二极管2CP11IOM=100mA UDRM=50V 第41页，共50页，编辑于2022年，星期四例：例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL=200，要求直流输出电压，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。取取 RLC=5 T/2已知已知RL=50 uRLuo+C解：解：2.选择滤波电容器选择滤波电容器可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器第42页，共50页，编辑于2022年，星期四2.电感电容
43、滤波器电感电容滤波器1)电路结构电路结构L uRLuo+C2)滤波原理滤波原理滤波原理滤波原理 对直流分量对直流分量对直流分量对直流分量:X XL=0=0=0=0，L L L L相当于短路相当于短路相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在电压大部分降在电压大部分降在R RL L上。上。上。上。对谐波分量对谐波分量对谐波分量对谐波分量:f 越高越高,XL L越大越大越大越大,电压大部分降在电压大部分降在电压大部分降在电压大部分降在L L上。上。上。上。因此因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压
44、。当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。使负载电流和电压的脉动减小。LCLC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。场合，用于高频时更为合适。第43页，共50页，编辑于2022年，星期四3.形形滤波器滤波器 形形 LC LC 滤波器滤波器 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好，但滤波器更好，但二极管的冲击电二极管的冲击电流较大。流较大。比比 形形 LC 滤滤波器的体积小、波器的体积小、成本低。成本低。L uRLuo+
45、C2+C1 形形 RC 滤波器滤波器滤波器滤波器R uRLuo+C2+C1 R 愈大，愈大，C2 2愈大，愈大，滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但R 大将使直流大将使直流大将使直流大将使直流压降增加，压降增加，压降增加，压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压主要适用于负载电流较小而又要求输出电压主要适用于负载电流较小而又要求输出电压主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。脉动很小的场合。脉动很小的场合。脉动很小的场合。第44页，共50页，编辑于2022年，星期四N1N3C20.047 FD2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000 F/50V+C124VFU11A
46、直流直流24V交流交流220V交直流收扩两用机电源交直流收扩两用机电源第45页，共50页，编辑于2022年，星期四1.4.2 1.4.2 稳压管稳压电源稳压管稳压电源 稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。压的一种电子设备。压的一种电子设备。压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的环境温度的变化无关。理想的稳
47、压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。个独立的电子部件。个独立的电子部件。个独立的电子部件。第46页，共50页，编辑于2022年，星期四1)稳压管稳压电路稳压管稳压电路(2)(2)工作原理工作原理工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR 设设UI一定，
48、负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR(IRR)基本不变基本不变 UO(UZ)IZ(1)电路电路电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路第47页，共50页，编辑于2022年，星期四19.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路2.工作原理工作原理工作原理工作原理UO=UZ IR=IO+IZUIUZUI UZ 设负载设负载R RL L一定，一定，U UI I 变化变化变化变化 UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR 1.电路电路电路电路+UIRL+CIOUO+uIRRDZIz第48页，共50页，编辑于2022年，星期四3.参数的选择参数的选
49、择参数的选择参数的选择(1)UZ=UO(2)IZM=(1.5 3)ICM(3)UI=(2 3)UO(4)为保证稳压为保证稳压为保证稳压为保证稳压管安全工作管安全工作管安全工作管安全工作为保证稳压为保证稳压为保证稳压为保证稳压管正常工作管正常工作管正常工作管正常工作 适用于输出电压固定、适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变输出电流不大、且负载变动不大的场合。动不大的场合。第49页，共50页，编辑于2022年，星期四 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，有如下稳压过程：升高时，有如下稳压过程：2.2.稳压过程稳压过程稳压过程稳压过程 由电路图可知由电路图可知UO Uf UB UO IC UCE 由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。UITR2UZRLUO+R3+UB+DZ+Uf+R1第50页，共50页，编辑于2022年，星期四