飛電2 二極管與整流電路

1、飛機電子基礎 南航新員工培訓1目錄第一章 半導體的基礎知識第二章 二極管與整流電路第三章 三極管與放大器第四章 集成運算放大器及其應用電路第五章 數(shù)制及其轉換第六章 模擬信號與數(shù)字信號的轉換第七章 數(shù)字電路第八章 計算機基礎知識第九章 計算機網(wǎng)絡的基本概念第十章 ARINC429數(shù)字數(shù)據(jù)總線2第二章 二極管與整流電路 2.1 二極管的結構 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 32.1二極管的結構二極管的結構外形及在電路中的文字符號如圖2-1所示,在圖2-1(b)所示電路符號中,箭頭指向為正向導通電流方向。圖2-1 二極管結構

2、、符號及外形舉例 (a)結構； (b)符號； (c)外形 4類型：(1)按材料分:有硅二極管，鍺二極管和砷化鎵二極管等。 (2）按結構分:根據(jù)PN結面積大小,有點接觸型、面接觸型二極管。(3）按用途分:有整流、穩(wěn)壓、開關、發(fā)光、光電、變容、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以鍺二極管的伏安特性為例加以說明：6一

3、、正向特性對應于圖2-3的第段為正向特性, 此時加于二極管的正向電壓只有零點幾伏,但相對來說流過管子的電流卻很大,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)出一個大電阻，好象有一個門坎。硅管的門坎電壓約為0.50.8伏,鍺管的門坎電壓約為0.10.3伏,當正向電壓大于門坎電壓時,電流增長很快。7二、反向特性P型半導體中的少數(shù)載流子電子和N型半導體中的少數(shù)載流子空穴，在反向電壓作用下很容易通過PN結，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、反向擊穿特性當增加反向電

4、壓時，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有多大變化，當反向電壓增加到一定的大小時，反向電流急劇增加，叫做二極管的反向擊穿，對應于圖2-3的第3段，其原因和PN結擊穿相同。92.3 二極管整流電路整流電路的任務是將交流電變換成直流電。完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的關鍵元件。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）負載電阻RL。設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具有單向導電性，只當它的陽極電位高于陰極電位時才能導通。在變壓器副邊電壓的正半周時，其極性為上正下負（圖2-4），即a點的電位高于b點，二極管因承受正向電壓而導通。這時負載電阻RL上的電壓為，通過的電流為。在電壓的負半周時，a點的電位低于b點，二極管因承受反向電壓而截止，負載電阻RL上沒有電壓。因此，在負載電阻RL上得到的是半波整流電壓。在導通時，二極管的正向電壓降很小，可以忽略不計。因此，可以認為的這半個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是只利用了電源的半個周期，同時

6、整流電壓的脈動較大。為了克服這些缺點，常采用全波整流電路，其中最常用的是單相橋式整流電路。它是由四個二極管接成電橋的形式構成的，如圖2-6(a)所示，圖2-6(b)是其簡化畫法。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，其極性為上正下負（圖2-6），即a點的電位高于b點，二極管D1和D3導通，D2和D4截止，電流的通路是aD1RLD3b。這時，負載電阻RL上得到一個半波電壓，如圖2-7 (b)中的0段所示。在電壓的負半周時，變壓器副邊的極性為上負下正，即a點的電位低于b點，二極管D1和D3截止，D2和D4導通，電流的通路是b D2RLD

7、4 a。同樣在負載電阻RL上得到一個半波波電壓，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，它是一種常用來作硅整流器的四層結構器件，但其導通與否卻是由柵極控制的。當在陰極和陽極之間加正向電壓并串聯(lián)一外接負載時，負載中無任何明顯的負載電流流過，除非作用一柵電流。可控硅在保持導通狀態(tài)時通常叫做“觸發(fā)”，除非柵極電流下降低于某一特定值(稱作保持電流)，此時的可控硅處于一種高電阻的關斷狀態(tài)。其電流電壓(IV)特性如圖2-8所示。圖2-8 硅控整流管(a)結構圖 (b)符號 (c)伏安特性152.5 特殊用途的二極管一、穩(wěn)壓二極管二、變容二極管 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反向電壓不隨反向電流變化這一特點進行穩(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。172穩(wěn)壓二極管的分類穩(wěn)壓二極管根據(jù)其封裝形式、電流容量、內部結構的不同可以分為多種類型。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型和表面封裝兩種類型。電流容量大功率（2A以上）和小功率（1.5A以下）。內部結構單穩(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)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管,它的特性曲線和符號如圖2-9所示。 圖2-9穩(wěn)壓二極管的特性曲線和符號(a)伏安特性曲線；(b)符號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)時流過的電流。當穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流小于最小穩(wěn)定電流Izmin時,沒有穩(wěn)定作用;大于最大穩(wěn)定電流Izmax時,管子因過流而損壞。（ 3）最大耗散功率PZM和最大工作電流IZM。（4）動態(tài)電阻rZ。（5）電壓溫度系數(shù)CTV。205、穩(wěn)壓二極管的應用電路圖4-16是單穩(wěn)壓二極管的應用電路21二、變容二極管由于耗盡層中的分離電荷，反向偏置結的勢壘電壓可

10、使該結用作一個電容。最重要的是，結電容的值可通過反向電壓來控制。當耗盡層的厚度通過改變電壓V而變寬或變窄時，結電容C的值隨著發(fā)生變化。我們把這一用途的二極管作成變容二極管，它通常用于電視接收機電子調諧。22三、光敏二極管光敏二極管又叫光電二極管，通常用作光電探測器。光電二極管工作在反偏狀態(tài),它的管殼上有一個玻璃窗口，以便接受光照。光電二極管的檢測方法和普通二極管的一樣,通常正向電阻為幾千歐,反向電阻為無窮大。否則光電二極管質量變差或損壞。當受到光線照射時,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結構成的,同樣具有單向導電性,但在正向導通時能發(fā)光,所以它是一種把電能轉換成光能的半導體器件。電路符號如圖2-11所示。圖2-11 發(fā)光二極管電路符號24練習題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，按結的結構特