电工学讲义7-二极管稳压管及整流滤波稳压电路

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电子技术二极管及整流电路 三极管及放大电路 晶闸管及其应用 集成运算放大器

半导体二极管及整流电路

半 导 体导电能力介于导体和绝缘体之间。 导电能力介于导体和绝缘体之间。

硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物均为半导体。 硒及大多数金属氧化物和硫化物均为半导体。 纯净半导体导电能力不强，加入杂质后， 纯净半导体导电能力不强，加入杂质后，导电能力 增强。利用该特性，制成半导体二极管、三极管、 增强。利用该特性，制成半导体二极管、三极管、 晶闸管等。 晶闸管等。

PN结 结N型半导体 型半导体

半导体P型半导体 型半导体 通过一定的工艺，使半导体一部分是 型 通过一定的工艺，使半导体一部分是P型， 一部分N型 则中间交接面形成PN结 一部分 型，则中间交接面形成 结。PN结 结 P N

实验

PN结的单向导电性 结的单向导电性

PI

N

P RI≈ 0

N

+

+

R

PN结正向偏置时，导通电流大，电阻小，称导通 结正向偏置时，导通电流大，电阻小， 结正向偏置时 PN结反向偏置时，导通电流小，电阻大，称截止 结反向偏置时，导通电流小，电阻大， 结反向偏置时

二极管由PN结加上引出线和壳体构成， 二极管由 结加上引出线和壳体构成， 结加上引出线和壳体构成 P极引出线称正极，N极引出线称负极。符号为： 极引出线称正极， 极引出线称负极 符号为： 极引出线称负极。 极引出线称正极 +–

用万用表判别二极管的正负极 黑 ∞ 0

红

黑 ∞

0

红

+

–

–

+

半导体二极管基本结构(a) 点接触型 结面积小、 结面积小、 结电容小、 结电容小、正 向电流小。 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。 等高频电路。 (b)面接触型 (b)面接触型 结面积大、 结面积大、 正向电流大、 正向电流大、 结电容大， 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。 整流电路。

(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可 用于高频整流和开关电路中。 小，用于高频整流和开关电路中。

二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线指流过 二极管的电流与二极管两端的 电压之间的关系。 电压之间的关系。 不同二极管的伏安特性曲线 有差别，但形状相似： 有差别，但形状相似： -50 特点：非线性 特点：I (mA80 60 40 -25 20 0.4 -20 -40 -60 0.8

)

U(V) ( )

I (µ A )

I (mA80 60 40 -50 -25 20 死区 电压

)

当二极管正向偏置： 当二极管正向偏置： 死区: 当正向电压低于某一值， 死区 当正向电压低于某一值， 硅管约0.5V,锗管约0.1V,正向 ，锗管约 硅管约 ， 电流非常小,这一

电压称死区电压 电流非常小 这一电压称死区电压0.7

0.5 -20 -40 -60

U(V) ( )

I (µ A )

导通： 超过死区电压后, 导通： 超过死区电压后 电流在很大范围内变化， 电流在很大范围内变化，而电压 变化很小。硅管约0.6～ 变化很小。硅管约 ～0.7V, , 锗管约0.2～ 锗管约 ～0.3V

I (mA )80 60 40 -50 -25 20 0.4反向击穿电 -20 压U(BR)

当二极管反向偏置 关断： 关断： 当二极管反向偏置,反向 当二极管反向偏置 反向 电流很小,锗管约几十 锗管约几十µ 电流很小 锗管约几十µA, 小功率硅管小于1µ 小功率硅管小于 µA0.8

击穿： U(V) 击穿： 当反向电压加大到某一值， 当反向电压加大到某一值， 反向电流突然急剧增大， 反向电流突然急剧增大， 二极管击穿烧坏。 二极管击穿烧坏。

-40 -60

I (µ A )

伏安特性80 60 40 -50 -25 20

I (mA )

可见

死区 电压 0.4 0.8 U(V) ( )

–U 击穿

开关 断 关断 0 死区

开关 闭 导通

U

反向击穿电 -20 压U(BR)

-40 -60

I (µ A )

理想二极管

正向压降为0 正向压降为 反向电阻无穷大

二极管的命名规则： 二极管的命名规则： 2 C P 10 2: 二极管 ： C: N型硅材料 A: P型锗材料 型硅材料, : 型硅材料 型锗材料 P: 普通型，K: 开关管，Z:整流管 ：稳压管 ： 普通型， 开关管， :整流管,W: 10: 序号 ： 二极管的主要技术参数： 二极管的主要技术参数：如何选用二极管

1)最大整流电流ICM: )最大整流电流 二极管长期使用时,允许通过的 最大正向平均电流。 二极管长期使用时 允许通过的 最大正向平均电流。 2)反向工作峰值电压URWM: )反向工作峰值电压 保证二极管不击穿而给出的反向电压峰值， 保证二极管不击穿而给出的反向电压峰值， 一般为击穿电压的1/2。 一般为击穿电压的 。

例1: :6V

D 3k 12V – B + A

电路如图， 电路如图，求：UAB 取 B 点作参考点， 点作参考点， 断开二极管， 断开二极管，分析二 极管阳极和阴极的电 位。

UAB

V阳 =-6 V V阴 =-12 V V阳>V阴 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，UAB =- 6V 否则， 低于-6V一个管压降 一个管压降， 6.3V 否则， UAB低于-6V一个管压降，为-6.3V或-6.7V 在这里，二极管起钳位作用。 在这里，二极管起钳位作用。

例 2:+ ui –

R D 8V + uo –

已知：ui = 18sinω t V 已知： 二极管是理想的， 二极管是理想的，试画 波形。 出 uo 波形。

ui 18V 8V

参考点

ωt

二极管阴极电位为 8 V ui > 8V,二极管导通，可看作短路 uo = 8V 8V,二极管导通， ui < 8V,二极管截止，可看作开路 uo = ui 8V,二极管截止，

例3:

D2 D1 6V 3k 12V

求：UAB 两

个二极管的阴极接在一起 A + 点作参考点， 取 B 点作参考点，断开二极 UAB 管，分析二极管阳极和阴极 的电位。 – B 的电位。

V1阳 =-6 V,V2阳=0 V,V1阴 = V2阴= -12 V V, V, UD1 = 6V,UD2 =12V 6V, 优先导通， 截止。 ∵ UD2 >UD1 ∴ D2 优先导通， D1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，UAB = 0 V

12 流过 D2 的电流为 ID2 = 在这里， 在这里， D2 起 A = 4m 3 钳位作用， 钳位作用， D1起D1承受反向电压为-6 V 承受反向电压为- 隔离作用。 隔离作用。

二极管的用途整流、检波、限幅、 整流、检波、限幅、 钳位、开关、 钳位、开关、 元件保护、 元件保护、 温度补偿等。 温度补偿等。

二极管整流电路将交流电变为脉动的直流电的过程， 将交流电变为脉动的直流电的过程，称整流 利用二极管的单向导电性可实现整流 变压 整流u 0 t u 0 t

分析时可把二极管当作理想元件处理： 分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

单相半波整流电路1. 电路结构 D i 0 u1 + Tr u2 RL + u0 元器件： 元器件： u2 为正弦交流电源， 正弦交流电源， D 为二极管 R 为负载电阻 Tr 为变压器

图中电流、 图中电流、电压正方向为正弦交流电正半周的方向

2. 工作原理 3. 工作波形 Tr a + – u – + b u 正半周，Va>Vb, 正半周， 二极管D导通； 二极管D导通； u 负半周，Va< Vb, 负半周， 二极管D 二极管D 截止 。 D io RL + uo – u2UO

ωt

uo2U

uDO

O

ωtωt

2U

只有在交流的正半周， 只有在交流的正半周， 才有电流流过负载

4 负载上电压电流的计算通过半波整流，负载上得到大小变化的单极性电压，称脉动电压， 通过半波整流，负载上得到大小变化的单极性电压，称脉动电压， 常用一个周期内脉动电压的平均值来描述脉动电压的大小

1.半波整流电压的 半波整流电压的 平均值为： 平均值为：1 Uo = 2π = 2

2.半波整流电流的 半波整流电流的 平均值为： 平均值为：Uo U2 Io = = 0.45 RL RL

∫

π

0

2U 2 sin ωtd (ωt )

π

U 2 = 0.45U 2

u2U

0

T

ωt

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