电子技术课件第一章晶体二极管及整流电路.ppt

第一章 晶体二极管及 整流电路,湛江市第二技工学校,,,第一节 晶体二极管,一、晶体二极管的结构与电路符号 图1-1所示的是用于电视机、收音机等电子产品中的各种不同外形的晶体二极管二极管的内部结构？什么是PN结？,,掺杂工艺，使硅或锗晶体的一边形成P型半导体区域，另一边形成N型半导体区域，在P型与N型半导体的交界面会形成一个具有特殊电性能的薄层，称为PN结,,二极管是由PN结构成,从P区引出的电极作为正极， 从N区引出的电极作为负极,,箭头的一边代表正极，另一边代表负极，而箭头所指方向是正向电流的方向，通常用文字符号VD表示二、二极管的特性 1.单向导电特性（实验）,电源的正极加在二极管的正极，电源的负极加在二极管的负极时,指示灯L亮， 表明二极管导通， 允许电流由二极管的正极流向负极,,电源的正极加在二极管的负极，电源的负极加在二极管的正极时，指示灯L不亮，表明二极管不导通（截止），不允许电流从二极管的负极流向正极结论： （1）加正向电压时二极管导通 当二极管正极电位高于负极电位时，外加电压称为正向电压，二极管处于正向偏置，简称正偏二极管正偏时，内部呈现较小的电阻，可以有较大的电流通过，二极管的这种状态称为正向导通状态。

2）加反向电压时二极管截止 当二极管正极电位低于负极电位时，外加电压称为反向电压，二极管处于反向偏置，简称反偏二极管反偏时，内部呈现很大的电阻，几乎没有电流通过，二极管的这种状态称为反向截止状态二极管在加正向电压时导通， 加反向电压时截止， 二极管这一特性称为单向导电性2.二极管的特性曲线 加在二极管两端的电压UD和流过二极管的电流ID之间的关系曲线称为二极管的伏安特性曲线 （1）正向特性——指二极管正偏时电压电流的特性曲线如图1-4第一象限所示 （2）反向特性——指二极管反偏时电压电流的特性曲线如图1-4第三象限所示曲线OA（OA’）段称为死区,,使二极管开始导通的临界电压称为开启电压，又叫死区电压，一般硅二极管的开启电压约为0.5V，锗二极管的开启电压约为0.2V,,,,,AB（A’B’）段称为导通区,导通后二极管两端的正向电压称为正向压降 这个电压比较稳定，几乎不随流过的电流大 小而变化一般硅二极管的正向压降约为0.7V 锗二极管的正向压降约为0.3V,,,OC（OC’）段称反向截止区,,在起始的一段范围内（OC）（OC’）， 只有很小的反向电流，称反向饱和电流或反向漏电流,,,,一般硅二极管的反向电流在几十微安以下，锗管则可达几百微安。

在实际应用中，反向电流越小，二极管的质量越好当反向电压增大到超过某一值时（图中C点），反向电流急剧增大，这一现象称为反向击穿，C点所对应的电压称为反向击穿电压3.二极管的主要参数 （1）最大整流电流IFM IFM是指二极管长期工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流，通常称额定工作电流 实际工作时二极管的正向平均电流不得超过此值，否则二极管可能因过热而损坏,,（2）最高反向工作电压URM 二极管正常工作所允许外加的最高反向电压，通常称额定工作电压 为了确保二极管安全工作，晶体管手册中规定最高反向工作电压为反向击穿电压的1/2~1/33）反向饱和电流IR 反向饱和电流指二极管未击穿时的反向电流，又称反向漏电流此值越小，二极管的单向导电性能越好 随着温度的升高二极管会因反向饱和电流急剧增大而造成热击穿，所以使用二极管时要注意温度的影响4）最高工作频率fM 二极管的PN结具有结电容，随着工作频率的升高结电容的容抗减小，它将影响PN结单向导电特性，所以， fM是保证管子正常工作的最高频率 一般小电流二极管的fM高达几百兆赫，而大电流整流管的fM只有几千赫第二节 整 流 电 路,,电子设备中需要的是直流电源，而电网所提供的是交流电，怎样将交流电变为直流电？？？,,整流就是将交流电变为单一方向的直流电，利用二极管的单相导电性可实现单相整流或三相整流，本节仅介绍单相整流电路,一、单相半波整流电路,1.电路组成 半波整流电路由电源变压器、整流二极管和负载组成，见图1-11。

电源变压器T的作用是将交流市电U1(220V)降(升)压为合适的(交流)电U2,二极管VD整流成脉动直流电,,2.整流原理 当U2为正半周，即A端为正、B端为负时，二极管VD因承受正向电压而导通,+,-,,,,,,电流由A端→VD→C→RL→D→B端，输出电流(io)方向自上而下，输出电压(Uo)极性为上正下负 若忽略二极管的正向压降，此期间输出电压Uo＝U2，见图1-12的t0-t1段当U2为负半周，即A端为负，B端为正时，二极管VD因加承受反向电压而截止若忽略二极管的反向漏电流，此期间无电流通过负载RL，输出电压Uo＝0，见图1-12的t1-t2段 由上分析可知，虽然输入电压U2的方向是交变的，但是由于二极管单向导电特性的作用，流过负载RL的电流是单一方向的，负载RL即可得到半波脉动的直流电压和电流见图1-12正半周时，二极管导通，有电流流过，Uo≈U2 负半周时，二极管截止，没有电流流过，Uo=0,+,+,+,-,-,+,+,+,+,+,+,0,0,0,0,,3.负载上的直流电压 整流输出的电压大小是变化的，我们用其平均值来表示其大小 单相半波整流输出脉动电压的平均值可按下式计算： U0＝0.45U2,,4.整流二极管的选择 整流二极管的最大整流IFM和最高反向工作电压URM分别应满足： IFM ≥IO ＝ ＝ 0.45 URM≥ U2,,,,二、单相桥式整流电路,1.电路组成 单相桥式整流电路由电源变压器T 、四只整流二极管VD1～VD4和负载RL组成。

其中四只整流二极管组成桥式电路的四条臂，变压器次级绕组和负载分别接在桥式电路的两对角顶点2.整流原理 当U2为正半周，即A端为正、B端为负时，,+,-,,,,,,,,,,,,A,B,,二极管_________导通，__________截止,VD1、VD3,VD2、VD4,负载RL上电流方向由上向下 电压极性为上正下负,,当U2为负半周，即A端为负、B端为正时,A,B,+,-,,,,,,,,,,,二极管__________导通，_________截止,VD2、VD4,VD1、VD3,负载RL上电流方向__________ 电压极性为_______________,由上向下,上正下负,,由此可见，在U2的正、负半周，都有同一方向的电流流过RL，四只二极管中两只为一组，两组轮流导通，在负载上即可得到全波脉动的直流电压和电流，所以这种整流电路属于全波整流类型 图1-15所示为单相桥式整流电路电压的波形U2正半周时，VD1、VD3导通，电流方向上正下负，Uo=U2 U2负半周时， VD2、VD4导通，电流方向上正下负，,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,,3.负载上的直流电压 桥式整流电路中，交流电在一个周期内有两个半波电流以相同的方向通过负载，所以桥式整流电路输出脉动电压的平均值是半波整流电路的两倍，即 U0＝0.9U2,4.整流二极管的选择 整流二极管的最大整流IFM和最高反向工作电压URM分别应满足： IFM ≥0.5 IO＝0.5 ＝ 0.45 URM≥ U2,,,,,4.整流桥堆 将若干只整流二极管用绝缘瓷、环氧树脂等封装成一体就制成整流堆，通常称硅堆。

低压小电流硅整流堆是将整流二极管按半桥或全桥式组合，称半桥或全桥整流堆全桥整流堆的外形及内部电路见图1-16全桥整流堆有四个引脚,其中两个脚上标有“～”符号，与输入的交流电相连接，另两个脚分别标着“＋”、“－”是整流输出直流电压的正、负端第三节 滤 波 电 路,整流电路虽然能把交流电转换为直流电，但是输出的都是脉动直流电，其中仍含有很大的交流成分 为了得到平滑的直流电，必须把脉动直流电中的交流电成分滤除掉，这一过程称为滤波电容与电感都是储能元件，当电源电压变高时，它们把能量存储起来；当电源电压下降时，它又将能量释放出来，从而使电压波动减小 因此，滤波电路通常由电容器C和电感器L等元件组成通常有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路一、电容滤波电路,1. 电容滤波电路组成 在负载两端并联一个电容便组成了电容滤波电路,,图1-22(a),,,,,2. 工作原理 下面以图1-22(a)半波整流接电容滤波电路为例分析电容滤波原理 假设在接通电源前，电容C两端电压为零当接通电源的后，二极管VD正向导通，电容C迅速充电（同时也向负载供电），电容C两端电压随同步上升，并达到的峰值见图1-23的oa段。

在输入电压下降到低于电容两端电压时，整流二极管VD反向截止，于是电容C要通过RL放电，维持了负载RL的电流由于RL的阻值远大于二极管的正向内阻，所以放电很慢，电容C两端电压UC下降缓慢见图1-23的ab段在输入电压上升超过电容端电压时，整流二极管VD又导通，又向电容C迅速充电(同时向负载供电)，电容C两端电压C与U2同步上升，并达到U2的峰值见图1-23的bc段,,由于滤波电容的充放电作用，使负载上RL的电压UL的脉动程度大为减弱，波形相对平滑，达到了滤波的目的桥式整流的负半周也得到了利用，输出的是全波脉动直流电，经电容滤波后的波形更加平滑3. 电容滤波输出电压 由图1-23、图1-24可知，电容滤波后输出电压平均值提高了桥式整流电容滤波电路输出的直流电压可用下式估算： 接负载时：UL＝1.2 u2 负载开路时输出的直流电压为 UO＝ u24.元件选用 (1) 滤波电容选用： 耐压应大于 UCM＝ U2 (2) 二极管选用： 最高反向工作电压URM≥2 U2,,,,5. 电容滤波和特点 (1) RLC越大，电容C放电越慢，输出的直流电压就越大，滤波效果也越好；反之，则输出电压低且滤波效果差。

(2) 当滤波电容较大时，在接通电源瞬间会有很大的充电电流，称浪涌电流 电容滤波适用于负载电流较小且变化不大的场合二、电感滤波电路,1. 电感滤波电路组成 图1-25所示为桥式整流电感滤波电路它是利用通过电感的电流不能突变的特性来进行滤波的滤波电感与负载串联2. 滤波原理 电感也是一种储能元件当电流增加时，电感受线圈产生自感电动势阻止电流的增加，同时将一部分电能转化为磁场能量存储起来； 当电流减小时，感应电动势将阻止电流减小，同时将储存的能量释放出来所以，通过电感的电流(即通过负载的电流)的脉动程度大为减弱而变得平滑，其输出电压（电流）波形如图1-26所示一般情况下，电感越大，滤波效果越好但电感太大，体积变大，成本上升，且输出电压会下降，所以滤波电感常取几亨到几十亨3. 电感滤波电路的特点 电感滤波主要用于大电流负载或负载经常变化的场合由于电感体积大、笨重、成本高，在小功率的电子设备中很少使用三、复式滤波电路,1. LC型滤波电路 在电感滤波电路的基础上，再在RL上并联一个电容，变构成如图1-27所示的LC型滤波电路脉动直流电经过电感L，交流成分被削弱，再经过电容滤波，将交流成分进一步滤除，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。

LC型滤波电路带负载能力较强，在负载变化时，输出电压比较稳定由于滤波电容接于电感之后，因此可使整流二极管免受浪涌电流的冲击2.LC—π型滤波电路 在LC型滤波电路的输入端再并联一个电容，便构成LC—π型滤波电路，如图1-28所示,,,LC—π型滤波电路的输出电压比LC型滤波电路的高，波形也更加更滑但带负载能力较差，对整流二极管仍存在浪涌为了减小浪涌电流，一般取C1＜C23.RC—π型滤波电路 当负载电流较小时，常选用电阻R代替LC—π型滤波电路中的电感L，构成RC—π型滤波电路,,,脉动电压中交流分量在电阻。