電工-半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源

第2章半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源1第2章半導(dǎo)體二極管及直流穩(wěn)壓電源2.1半導(dǎo)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(yīng)用及直流穩(wěn)壓電源2.4半導(dǎo)體器件型號命名及方法1、半導(dǎo)體材料及PN結(jié)在電子元器件中，用得最多的材料是硅Si、鍺Ge，均為四價(jià)元素。硅、鍺屬于半導(dǎo)體——導(dǎo)電特性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。2.1半導(dǎo)體二極管的外部特性一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)磷（P）一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)硼（B）N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。小功率二極管大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管

一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。點(diǎn)接觸型金銻合金面接觸型N型鍺正極引線負(fù)極引線PN結(jié)底座鋁合金小球引線觸絲N型鍺外殼

一、半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。二極管的伏安特性的測試電路UmAVDRRW（a）測正向特性UμAVDRRW（b）測反向特性二、二極管的伏安特性加反向電壓，簡稱反偏。正向電壓，簡稱正偏二、二極管的伏安特性開啟電壓Uth:硅管0.5V，鍺管0.1V導(dǎo)通電壓（管壓降）UD（on）

硅管0.6~0.8V,鍺管0.1~0.3V反向擊穿電壓UBRuD（V）i（mA）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(dāng)0＜uD

＜Uth時(shí)，正向電流為零，Uth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。當(dāng)uD＞0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：當(dāng)uD

＞Uth時(shí)，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(dāng)uD＜0時(shí)，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個(gè)區(qū)域：當(dāng)UBR＜uD＜0時(shí)，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時(shí)的反向電流也稱反向飽和電流IS

。當(dāng)uD≥UBR時(shí)，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(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA二極管伏安特性特征參數(shù)11(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓UBR和最大反向工作電壓UR

二極管反向電流急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。為安全計(jì)，在實(shí)際工作時(shí)，最大反向工作電壓URM一般只按反向擊穿電壓UBR的一半計(jì)算。二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。2.1.3二極管的主要參數(shù)12(3)反向電流IR

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。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。即IS(4)最高工作頻率fM(5)極間電容CJ2.1.3二極管的主要參數(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。理想開關(guān)導(dǎo)通時(shí)uD＝0截止時(shí)IS＝0理想二極管(1)理想模型2.2.1晶體二極管的模型2.2晶體二極管電路的分析方法【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)>0UD2>UD1∴VD2先導(dǎo)通由圖(b)重求UD1UD1=?5(V)<0∴VD1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）理想模型當(dāng)uD<0，即ui<UREF時(shí)，二極管截止，

當(dāng)uD>0，即ui>UREF時(shí)，二極管導(dǎo)通，例：電路如圖所示R=1kΩ,UREF=3V為直流參考電壓源。當(dāng)ui=6sinωt(V)試分別用理想模型和恒壓降模型分析該電路，畫出相應(yīng)的輸出電壓uo的波形。uo=uiuo=UREF=3V二極管限幅電路分析uD+-

(b)

理想模型時(shí)的波形理想模型ui<UREFui>UREFuo=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）恒壓降模型當(dāng)uD<0，即ui<UREF+UD(on)時(shí)，二極管截止，當(dāng)uD>0，即ui>UREF+UD(on)時(shí)，二極管導(dǎo)通，uo=uiuo=UREF+UD(on)=3.7V(c)

恒壓降模型恒壓降模型波形如圖(d)所示(d)

恒壓降模型時(shí)的波形ui<UREF+UD(on)ui>UREF+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(dòng)的直流減小脈動(dòng)直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉(zhuǎn)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(fù)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(shí)要特別考慮的兩個(gè)問題：允許電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％，且負(fù)載有一定的變化范圍。2.3晶體二極管的應(yīng)用及直流穩(wěn)壓電源21（1）

工作原理u2的正半周，D導(dǎo)通，A→D→RL→B，uO=u2

。u2的負(fù)半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。1．半波整流電路2.3.2.小功率整流濾波電路22(2)UO（AV）和IO（AV）的估算

已知變壓器副邊電壓有效值為U21．半波整流電路23(2)輸出電壓和電流平均值的估算2、單相橋式整流電路24考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：與半波整流電路對二極管的要求相同(3)

二極管的選擇2、單相橋式整流電路電容充電電容放電二極管導(dǎo)通時(shí)給電容充電，二極管截止時(shí)電容向負(fù)載放電。（1）工作原理RLD1D4D3D2iOC~+uO=uC+u23、電容濾波電路

[例]

有一單相橋式電容濾波整流電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓UO=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。[解](1)選擇整流二極管流過二極管的電流取UO=1.2U2，所以變壓器二次電壓的有效值3、電容濾波電路二極管所承受的最高反向電壓

因此可選用2CZ52B型二極管，其最大整流電流為100mA，反向工作峰值電壓為50V。(2)選擇濾波電容器選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器。3、電容濾波電路使Co不通過穩(wěn)壓器放電抵銷長線電感效應(yīng)，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(fù)載電阻。（2）基本應(yīng)用消除高頻噪聲1、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器IW為幾mA(常可忽略)，U'O與三端穩(wěn)壓器參數(shù)有關(guān)。調(diào)節(jié)R2，則能調(diào)節(jié)輸出電壓UO。（3）輸出電壓擴(kuò)展電路W78132

Ci

CO

DZ+UO+UI

+U

+UZ輸出電壓UO=U+UZ1、固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器隔離作用（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~24V~24V~220VW7815W7915132321++CC1000F1000F

Ci0.33F

Ci0.33F

CO1F

CO1F+15V15V（5）具有正、負(fù)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UREF＝1.25V，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(fù)輸出有CW137（軍用）、CW237（工業(yè)用）、CW337（民用）2.基準(zhǔn)電壓源三端可調(diào)式穩(wěn)壓器W117（1）簡介33減小紋波電壓保護(hù)穩(wěn)壓器（2）基本應(yīng)用2.基準(zhǔn)電壓源三端可調(diào)式穩(wěn)壓器W1171.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IOmin兩種情況：1.已知UI2.自己選取UI決定于W117的輸出討論：W117的應(yīng)用4.UOmax＝30V，選取R1、R2；5.已知電網(wǎng)電壓波動(dòng)±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(shí)，