電工-半導體二極管及直流穩(wěn)壓電源.

1、第2章 半導體二極管及直流穩(wěn)壓電源1第第2章章 半導體二極管及直流穩(wěn)壓電源半導體二極管及直流穩(wěn)壓電源2.1 半導體二極管的外部特性2.2 晶體二極管電路的分析方法 2.3 晶體二極管的應用及直流穩(wěn)壓電源2.4 半導體器件型號命名及方法 1、半導體材料及PN結在電子元器件中，用得最多的材料是在電子元器件中，用得最多的材料是硅硅Si、鍺鍺Ge，均為均為四四價元素。價元素。 硅、鍺屬于硅、鍺屬于半導體半導體導電特性介于導體和導電特性介于導體和絕緣體之間。絕緣體之間。2.1 半導體二極管的外部特性一、一、半導體二極管的基本結構半導體二極管的基本結構5磷（磷（P）一、半導體二極管的基本結構硼（硼（B）3

2、N型半導體P型半導體將PN結封裝，引出兩個電極，就構成了二極管。小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管 一、半導體二極管的基本結構按結構分，有點接觸型和面接觸型兩類。按結構分，有點接觸型和面接觸型兩類。點接觸型點接觸型金銻合金金銻合金面接觸型面接觸型N型鍺型鍺 正極引線正極引線負極引線負極引線 PN 結結底座底座鋁合金小球鋁合金小球引線引線觸絲觸絲N 型鍺型鍺外殼外殼 一、半導體二極管的基本結構 PN結面積小，結面積小，結電容小，用于結電容小，用于檢波和變頻等高檢波和變頻等高頻電路。頻電路。PN結面積大，用于工結面積大，用于工頻大電流整流電路。

3、頻大電流整流電路。二極管的伏安特性的測試電路UmAVDRRW（a）測正向特性）測正向特性UAVDRRW（b）測反向特性）測反向特性二、二極管的伏安特性加反向電壓，簡稱反偏。加反向電壓，簡稱反偏。正向電壓，簡稱正偏正向電壓，簡稱正偏二、二極管的二、二極管的伏安特性伏安特性開啟電壓開啟電壓Uth:硅管硅管0.5V，鍺管鍺管0.1V導通電壓（導通電壓（管管壓降）壓降）UD（on） 硅管硅管0.60.8V,鍺鍺管管0.10.3V反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBRuD（V）i（mA）死區(qū)電壓死區(qū)電壓低電阻, 大的正向電流高電阻, 很小的反向電流當0uD Uth時，正向電流為零，Uth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。

4、當uD0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：當uD Uth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。開啟電壓二、二極管的伏安特性1.二極管的正向特性當uD0時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：當UBRuD0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS 。當uDUBR時，反向電流急劇增加，UBR稱為反向擊穿電壓 。 鍺二極管2AP15的伏安特性 擊穿電壓 二、二極管的伏安特性2.二極管的反向特性 二、二極管的伏安特性材料開啟電壓導通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.50.8V1A以下鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A二極管伏安特性特征參數(shù)11(1)

5、 最大整流電流最大整流電流IF(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR和最大反向工作電壓和最大反向工作電壓UR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時對應的反向急劇增加時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。 為安全計，在實際為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓工作時，最大反向工作電壓URM一般只按反向擊穿電壓一般只按反向擊穿電壓UBR的一半計算。的一半計算。二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二作時，允許通過二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。 2.1.3 二極管的主要參數(shù)12(3) 反向電流反向電流IR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下

6、，一在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下，一般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的般是最大反向工作電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安級；鍺二極管在微安( A)級。級。即即IS(4)最高工作頻率最高工作頻率fM(5) 極間電容極間電容CJ 2.1.3 二極管的主要參數(shù)13將二極管特性曲線分段線性化，得到二極管特性的等效模型。將二極管特性曲線分段線性化，得到二極管特性的等效模型。理想開關理想開關導通時導通時uD0截止時截止時IS0理想理想二極管二極管(1)理想模型理想模型2.2.1 晶體二極管的模型晶體二極管的模型2.2 晶體二極管電路的分

7、析方法【例】 電路如圖(a)所示，理想二極管，求輸出電壓Uo。解：UD2=1+5=6(V)0UD1=1(V)0UD2UD1VD2先先導通由圖(b)重求UD1UD1=5(V)0VD1截止為什么不是UD1=1(V)？Uab=5(V)二極管電路分析舉例斷開二極管- UD1+- UD2+解：（1）理想模型）理想模型當uD0，即ui0，即uiUREF時，二極管導通 ，例：電路如圖所示R=1k,UREF=3V為直流參考電壓源。當 ui=6sint(V)試分別用理想模型和恒壓降模型分析該電路，畫出相應的輸出電壓uo的波形。REFiDUuu uo=uiuo=UREF=3V二極管限幅電路分析uD+- (b) 理

8、想模型時的波形理想模型理想模型uiUREFuo=uiuo=UREF=3V波形如圖(b)所示二極管限幅電路分析二極管限幅電路分析解：（2）恒壓降模型）恒壓降模型當uD0，即ui0，即uiUREF+UD(on)時，二極管導通 ，uo=uiuo=UREF+UD(on)=3.7V(c) 恒壓降模型DiREFD(on)uuUU恒壓降模型恒壓降模型波形如圖(d)所示 (d) 恒壓降模型時的波形uiUREF+UD(on)uo=uiuo=UREF+UD(on)=3.7V二極管限幅電路分析雙向限幅電路二極管限幅電路分析改變電壓值通常為降壓交流變脈動的直流減小脈動 直流電源是能量轉換電路，將220V（或380V）

9、50Hz的交流電轉換為直流電。直流電源的組成及各部分的作用穩(wěn)定輸出電壓1) 負載變化輸出電壓基本不變；2) 電網(wǎng)電壓變化輸出電壓基本不變。在分析電源電路時要特別考慮的兩個問題：允許電網(wǎng)電壓波動10，且負載有一定的變化范圍。2.3 晶體二極管的應用及直流穩(wěn)壓電源晶體二極管的應用及直流穩(wěn)壓電源21（1） 工作原理u2的正半周，的正半周，D導通，導通， ADRLB，uO= u2 。 2uu2的負半周，的負半周，D截止，承受反向電壓，為截止，承受反向電壓，為u2； uO=0。2u1半波整流電路半波整流電路2.3.2. 小功率整流濾波電路22(2) UO（AV）和和 IO（AV）的估算的估算 已知變壓器

10、副邊電壓有效值為已知變壓器副邊電壓有效值為U2 O(AV)2 012sin d( )2UUtt 2O(AV)220.45UUUO(AV)2O(AV)LL0.45UUIRR1半波整流電路23(2) 輸出電壓和電流平均值的估算輸出電壓和電流平均值的估算 O(AV)2 012sin d( )UUtt LLO(AV)2L(AV)0.9UUIRR2O(AV)22 20.9UUU2、單相橋式整流電路24D(RM)22UU 2D(AV)O(AV)L0.45UIIR 考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為10，二極管的極限參數(shù)應滿足：，二極管的極限參數(shù)應滿足： 與半波整流電路對二極管的要求相同2FL

11、DR20.451.1 1.1 2UIRUU (3) 二極管的選擇2、單相橋式整流電路電容電容充電充電電容電容放電放電二極管導通時給電容充電二極管導通時給電容充電，二極管截止時電容向二極管截止時電容向負載放電負載放電。（1）工作原理）工作原理RLD1D4D3D2iOC+ uO= uC +u2 3、電容濾波電路 例例 有一有一單相橋式單相橋式電容濾波電容濾波整流電路，已知交流電整流電路，已知交流電源頻率源頻率 f = 50 Hz，負載電阻負載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電要求直流輸出電壓壓 UO = 30 V，選擇選擇整流二極管整流二極管及及濾波電容器。濾波電容器。 解解 ( (1) )

12、選擇選擇整流二極管整流二極管流過二極管的電流流過二極管的電流mA75A0.075A20030212121LOOD RUII取取 UO = 1.2U2，所以變壓器二次電壓的有效值所以變壓器二次電壓的有效值O230V25 V1.21.2UU 3、電容濾波電路二極管所承受的最高反向電壓二極管所承受的最高反向電壓因此可選用因此可選用 2CZ52B 型二極管，其型二極管，其最大整流電流最大整流電流為為 100 mA，反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓為為 50 V。( (2) )選擇濾波電容器選擇濾波電容器所以所以取取25LTCR s0.05s21/505L CR選用選用 C = 250 F ，耐壓為，耐

13、壓為 50 V 的極性電容器。的極性電容器。6L0.050.05F250 10F250 F200CR 3、電容濾波電路DRM22225 V35 VUU使使Co不通過穩(wěn)壓器放電不通過穩(wěn)壓器放電抵銷長線電感效應，抵銷長線電感效應，消除自激振蕩消除自激振蕩 將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負載電阻。（2）基本應用消除高頻噪聲消除高頻噪聲1、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器2WO12O)1(RIURRU IW為幾mA(?？珊雎?，UO與三端穩(wěn)壓器參數(shù)有關。調(diào)節(jié)R2，則能調(diào)節(jié)輸出電壓UO。（3）輸出電壓擴展電路W78132 Ci CO DZ+UO +UI +U +UZ 輸出電壓輸出電壓 UO = U +

14、 UZ1、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器隔離作用隔離作用123omax1RRRUUR123omin12RRRUURR （4）輸出電壓可調(diào)的電路1、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器24V24V220 VW7815W7915132321+CC1000 F 1000 F Ci0.33 F Ci0.33 F CO1 F CO1 F+15 V 15 V（5）具有正、負兩路輸出的穩(wěn)壓電路 1、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓UREF1.25V，調(diào)整端電流只有幾微安。正輸出集成穩(wěn)壓器系列CW117（軍用）、CW217（工業(yè)用）、CW317（民用）負輸出有CW137（軍用）、CW237（工業(yè)用）、CW337（民用） 2.

15、基準電壓源三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 W117 （1）簡介）簡介33REF12O)1(URRU 減小紋波電壓減小紋波電壓保護保護穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器（2）基本應用2. 基準電壓源三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 W117 A5 . 1mA3V40V3OOI IUU 1. R1的上限值為多少？2. UO可能的最大值為多少？3. 輸出電壓最小值為多少？決定于決定于IOmin兩種情況：兩種情況：1.已知已知UI 2.自己選取自己選取UI決定于決定于W117的輸出的輸出討論：W117的應用A5 . 1mA3V40V3OOI IUU 4. UOmax30V，選取R1、 R2；5. 已知電網(wǎng)電壓波動10，輸出電壓最大值為30V， UI至少取多少伏？輸入電壓最低、輸出電壓最高時，輸入電壓最低、輸出電壓最高時，UIminUOmax3V。根據(jù)輸出電壓表達式根據(jù)輸出電壓表達式討論：W117的應用36【例例】 電路如圖所示，集