飛電2 二極管與整流電路

1、飛機(jī)電子基礎(chǔ) 南航新員工培訓(xùn)1目錄第一章 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)第二章 二極管與整流電路第三章 三極管與放大器第四章 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用電路第五章 數(shù)制及其轉(zhuǎn)換第六章 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換第七章 數(shù)字電路第八章 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)第九章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的基本概念第十章 ARINC429數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)總線(xiàn)2第二章 二極管與整流電路 2.1 二極管的結(jié)構(gòu) 2.2 二極管的伏安特性 2.3 二極管整流電路 2.4 硅控整流管(SCR) 2.5 特殊用途的二極管 32.1二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu)外形及在電路中的文字符號(hào)如圖2-1所示,在圖2-1(b)所示電路符號(hào)中,箭頭指向?yàn)檎驅(qū)娏鞣较?。圖2-1 二極管結(jié)構(gòu)

2、、符號(hào)及外形舉例 (a)結(jié)構(gòu)； (b)符號(hào)； (c)外形 4類(lèi)型：(1)按材料分:有硅二極管，鍺二極管和砷化鎵二極管等。 (2）按結(jié)構(gòu)分:根據(jù)PN結(jié)面積大小,有點(diǎn)接觸型、面接觸型二極管。(3）按用途分:有整流、穩(wěn)壓、開(kāi)關(guān)、發(fā)光、光電、變?nèi)?、阻尼等二極管。(4）按封裝形式分:有塑封及金屬封等二極管。(5)按功率分:有大功率、中功率及小功率等二極管。52.2 二極管的伏安特性圖2-2 硅二極管2CP10的伏安特性圖2-3 鍺二極管2AP15的伏安特性由圖可以看出，二極管的伏安特性和PN結(jié)的理想伏安特性基本是相同的，一、正向特性二、反向特性三、反向擊穿特性下面對(duì)以鍺二極管的伏安特性為例加以說(shuō)明：6一

3、、正向特性對(duì)應(yīng)于圖2-3的第段為正向特性, 此時(shí)加于二極管的正向電壓只有零點(diǎn)幾伏,但相對(duì)來(lái)說(shuō)流過(guò)管子的電流卻很大,因此管子呈現(xiàn)的正向電阻很小。但是，在正向特性的起始部分，正向電流幾乎為零，二極管呈現(xiàn)出一個(gè)大電阻，好象有一個(gè)門(mén)坎。硅管的門(mén)坎電壓約為0.50.8伏,鍺管的門(mén)坎電壓約為0.10.3伏,當(dāng)正向電壓大于門(mén)坎電壓時(shí),電流增長(zhǎng)很快。7二、反向特性P型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子電子和N型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子空穴，在反向電壓作用下很容易通過(guò)PN結(jié)，形成反向飽和電流，但由于少數(shù)載流子的數(shù)目很少，所以反向電流是很小的, 如圖2-3的第2段所示，一般硅管的反向電流比鍺管小得多。8三、反向擊穿特性當(dāng)增加反向電

4、壓時(shí)，因在一定條件下，少數(shù)載流子數(shù)目有限，故起始一段反向電流沒(méi)有多大變化，當(dāng)反向電壓增加到一定的大小時(shí)，反向電流急劇增加，叫做二極管的反向擊穿，對(duì)應(yīng)于圖2-3的第3段，其原因和PN結(jié)擊穿相同。92.3 二極管整流電路整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電。完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。本節(jié)將分析單相半波整流電路和單相橋式整流電路。10一、單相半波整流電路圖2-4所示電路是一個(gè)典型的單相半波整流電路，整流變壓器Tr、整流元件D（晶體二極管）負(fù)載電阻RL。設(shè)整流變壓器副邊的電壓為其波形如圖2-5（a）所示。圖2-4 單相半波整流電路圖2-5 單相半波整

5、流電路的電壓與電流波形11圖2-5 單相半波整流電路的電壓與電流波形由于二極管D具有單向?qū)щ娦?，只?dāng)它的陽(yáng)極電位高于陰極電位時(shí)才能導(dǎo)通。在變壓器副邊電壓的正半周時(shí)，其極性為上正下負(fù)（圖2-4），即a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)，二極管因承受正向電壓而導(dǎo)通。這時(shí)負(fù)載電阻RL上的電壓為，通過(guò)的電流為。在電壓的負(fù)半周時(shí)，a點(diǎn)的電位低于b點(diǎn)，二極管因承受反向電壓而截止，負(fù)載電阻RL上沒(méi)有電壓。因此，在負(fù)載電阻RL上得到的是半波整流電壓。在導(dǎo)通時(shí)，二極管的正向電壓降很小，可以忽略不計(jì)。因此，可以認(rèn)為的這半個(gè)波和的正半波是相同的（圖2-5（b）。12二、單相橋式整流電器單相半波整流的缺點(diǎn)是只利用了電源的半個(gè)周期，同時(shí)

6、整流電壓的脈動(dòng)較大。為了克服這些缺點(diǎn)，常采用全波整流電路，其中最常用的是單相橋式整流電路。它是由四個(gè)二極管接成電橋的形式構(gòu)成的，如圖2-6(a)所示，圖2-6(b)是其簡(jiǎn)化畫(huà)法。圖2-6 單相橋式整流電路13圖2-7 單相橋式整流電路的電壓與電流波形在變壓器副邊電壓的正半周時(shí)，其極性為上正下負(fù)（圖2-6），即a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)，二極管D1和D3導(dǎo)通，D2和D4截止，電流的通路是aD1RLD3b。這時(shí)，負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)半波電壓，如圖2-7 (b)中的0段所示。在電壓的負(fù)半周時(shí)，變壓器副邊的極性為上負(fù)下正，即a點(diǎn)的電位低于b點(diǎn)，二極管D1和D3截止，D2和D4導(dǎo)通，電流的通路是b D2RLD

7、4 a。同樣在負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)半波波電壓，如圖2-7 (b)中的2段所示。142.4 硅控整流管(SCR)SCR也叫可控硅，它是一種常用來(lái)作硅整流器的四層結(jié)構(gòu)器件，但其導(dǎo)通與否卻是由柵極控制的。當(dāng)在陰極和陽(yáng)極之間加正向電壓并串聯(lián)一外接負(fù)載時(shí)，負(fù)載中無(wú)任何明顯的負(fù)載電流流過(guò)，除非作用一柵電流?？煽毓柙诒３謱?dǎo)通狀態(tài)時(shí)通常叫做“觸發(fā)”，除非柵極電流下降低于某一特定值(稱(chēng)作保持電流)，此時(shí)的可控硅處于一種高電阻的關(guān)斷狀態(tài)。其電流電壓(IV)特性如圖2-8所示。圖2-8 硅控整流管(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)符號(hào) (c)伏安特性152.5 特殊用途的二極管一、穩(wěn)壓二極管二、變?nèi)荻O管 三、光敏二極管 四、

8、發(fā)光二極管(LED) 16一、穩(wěn)壓二極管1穩(wěn)壓二極管的作用穩(wěn)壓二極管的作用穩(wěn)壓二極管也稱(chēng)齊納二極管或反向擊穿二極管，在電路中起穩(wěn)定電壓作用。它是利用二極管被反向擊穿后，在一定反向電流范圍內(nèi)反向電壓不隨反向電流變化這一特點(diǎn)進(jìn)行穩(wěn)壓的。 圖4-14是常用穩(wěn)壓二極管的外形圖與電路圖符號(hào)。172穩(wěn)壓二極管的分類(lèi)穩(wěn)壓二極管根據(jù)其封裝形式、電流容量、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同可以分為多種類(lèi)型。封裝形式金屬外殼封裝、玻璃封裝和塑料封裝。塑封穩(wěn)壓二極管又分為有引線(xiàn)型和表面封裝兩種類(lèi)型。電流容量大功率（2A以上）和小功率（1.5A以下）。內(nèi)部結(jié)構(gòu)單穩(wěn)壓二極管和雙穩(wěn)壓二極管（三電極穩(wěn)壓二極管）。183、穩(wěn)壓二極管的工作特性

9、穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓管,它的特性曲線(xiàn)和符號(hào)如圖2-9所示。 圖2-9穩(wěn)壓二極管的特性曲線(xiàn)和符號(hào)(a)伏安特性曲線(xiàn)；(b)符號(hào)194、穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UzZ。穩(wěn)定電壓Uz即反向擊穿電壓。 (2)穩(wěn)定電流Iz。穩(wěn)定電流Iz是指穩(wěn)壓管工作至穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)流過(guò)的電流。當(dāng)穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流小于最小穩(wěn)定電流Izmin時(shí),沒(méi)有穩(wěn)定作用;大于最大穩(wěn)定電流Izmax時(shí),管子因過(guò)流而損壞。（ 3）最大耗散功率PZM和最大工作電流IZM。（4）動(dòng)態(tài)電阻rZ。（5）電壓溫度系數(shù)CTV。205、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用電路圖4-16是單穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用電路21二、變?nèi)荻O管由于耗盡層中的分離電荷，反向偏置結(jié)的勢(shì)壘電壓可

10、使該結(jié)用作一個(gè)電容。最重要的是，結(jié)電容的值可通過(guò)反向電壓來(lái)控制。當(dāng)耗盡層的厚度通過(guò)改變電壓V而變寬或變窄時(shí)，結(jié)電容C的值隨著發(fā)生變化。我們把這一用途的二極管作成變?nèi)荻O管，它通常用于電視接收機(jī)電子調(diào)諧。22三、光敏二極管光敏二極管又叫光電二極管，通常用作光電探測(cè)器。光電二極管工作在反偏狀態(tài),它的管殼上有一個(gè)玻璃窗口，以便接受光照。光電二極管的檢測(cè)方法和普通二極管的一樣,通常正向電阻為幾千歐,反向電阻為無(wú)窮大。否則光電二極管質(zhì)量變差或損壞。當(dāng)受到光線(xiàn)照射時(shí),反向電阻顯著變化,正向電阻不變。圖2-10 光電二極管電路符號(hào)23四、發(fā)光二極管(LED)發(fā)光二極管與普通二極管一樣,也是由PN結(jié)構(gòu)成的,同樣具有單向?qū)щ娦?但在正向?qū)〞r(shí)能發(fā)光,所以它是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。電路符號(hào)如圖2-11所示。圖2-11 發(fā)光二極管電路符號(hào)24練習(xí)題1晶體二極管主要參數(shù)是 與 。2晶體二極管按所用的材料可分為 和 兩類(lèi)，按結(jié)的結(jié)構(gòu)特