二極管整流電路工作原理二

項目六二極管及其在汽車中的應用第一頁，共七十五頁。學習目標：熟悉二極管的結(jié)構組成及種類；了解各種二極管的特性及應用；了解半波整流電路。第二頁，共七十五頁。半導體？第三頁，共七十五頁。N型半導體和P型半導體導體、半導體和絕緣體導體：自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體：另有一類物質(zhì)的導電特性處于導體和絕緣體之間，稱為半導體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。第四頁，共七十五頁。半導體的導電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：

當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。

往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導電能力明顯改變。第五頁，共七十五頁。

本征半導體一、本征半導體的結(jié)構特點GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導體制成晶體?，F(xiàn)代電子學中，用的最多的半導體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。第六頁，共七十五頁。本征半導體：完全純凈的、結(jié)構完整的半導體晶體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體結(jié)構：第七頁，共七十五頁。硅和鍺的共價鍵結(jié)構共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子第八頁，共七十五頁。共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結(jié)構。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4第九頁，共七十五頁。二、本征半導體的導電機理在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導電能力為0，相當于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴第十頁，共七十五頁。+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子第十一頁，共七十五頁。2.本征半導體的導電機理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。第十二頁，共七十五頁。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導體的導電能力越強，溫度是影響半導體性能的一個重要的外部因素，這是半導體的一大特點。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。本征半導體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動產(chǎn)生的電流。第十三頁，共七十五頁。雜質(zhì)半導體在本征半導體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導體的某種載流子濃度大大增加。P型半導體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導體，也稱為（空穴半導體）。N型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導體，也稱為（電子半導體）。第十四頁，共七十五頁。一、N型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。第十五頁，共七十五頁。+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導體中的載流子是什么？1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2、本征半導體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。第十六頁，共七十五頁。二、P型半導體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導體中空穴是多子，電子是少子。第十七頁，共七十五頁。三、雜質(zhì)半導體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體雜質(zhì)型半導體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關系，起導電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。第十八頁，共七十五頁。二、PN結(jié)

PN

結(jié)的形成在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。第十九頁，共七十五頁。P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E漂移運動擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。第二十頁，共七十五頁。漂移運動P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。第二十一頁，共七十五頁。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0第二十二頁，共七十五頁。1、空間電荷區(qū)中沒有載流子。2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P中的空穴、N區(qū)

中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\動（擴散運動）。3、P

區(qū)中的電子和N區(qū)中的空穴（都是少），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意:第二十三頁，共七十五頁。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P區(qū)加正、N區(qū)加負電壓。

PN結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是：

P區(qū)加負、N區(qū)加正電壓。第二十四頁，共七十五頁。－－－－++++RE二、PN結(jié)正向偏置內(nèi)電場外電場變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成較大的擴散電流。第二十五頁，共七十五頁。三、PN結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場外電場變厚NP+_內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。RE第二十六頁，共七十五頁。

四、晶體二極管1、基本結(jié)構PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導體二極管。引線外殼線觸絲線基片點接觸型PN結(jié)面接觸型PN二極管的電路符號：第二十七頁，共七十五頁。2、伏安特性UI死區(qū)電壓硅管0.6V,鍺管0.2V。導通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR第二十八頁，共七十五頁。3、主要參數(shù)1）.最大整流電流

IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2）.反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。第二十九頁，共七十五頁。3）.反向電流

IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應用是主要利用它的單向?qū)щ娦裕饕獞糜谡?、限幅、保護等等。下面介紹兩個交流參數(shù)。第三十頁，共七十五頁。二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降

0.7V(硅二極管)理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0RLuiuouiuott二極管的應用舉例1：二極管半波整流第三十一頁，共七十五頁。普通二極管第三十二頁，共七十五頁。發(fā)光二極管第三十三頁，共七十五頁。穩(wěn)壓二極管進入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流

由一個PN結(jié)組成，反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電壓。第三十四頁，共七十五頁。光電二極管又名光敏傳感器第三十五頁，共七十五頁。整流電路的任務：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。五、單相整流電路常見的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。第三十六頁，共七十五頁。uo(4)輸出電壓平均值（Uo）：(1)輸出電壓波形：u1u2aTbDRLuoiL(3)二極管上承受的最高電壓：(2)二極管上的平均電流：ID=IL第三十七頁，共七十五頁。單相半波整流電路的工作原理u2>0時，二極管導通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二極管正向壓降：

uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u2<0時，二極管截止,輸出電流為0。uo=0第三十八頁，共七十五頁。一、單相全波整流電路的工作原理u1u2aTbD1RLuoD2u2iL(4)uo平均值Uo：Uo=0.9U2(1)輸出電壓波形：(2)二極管上承受的最高電壓：uo(3)二極管上的平均電流：第三十九頁，共七十五頁。單相橋式整流電路的工作原理橋式整流電路+-u2正半周時電流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo第四十頁，共七十五頁。橋式整流電路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2負半周時電流通路第四十一頁，共七十五頁。u2>0時D1,D3導通D2,D4截止電流通路:A

D1

RL

D3Bu2<0時D2,D4導通D1,D3截止電流通路:B

D2

RL

D4A輸出是脈動的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoAB第四十二頁，共七十五頁。三、主要參數(shù)：輸出電壓平均值：Uo=0.9U2輸出電流平均值:Io=Uo/RL=0.9U2

/RL

流過二極管的平均電流：Iv=IL/2二極管承受的最大反向電壓：URM=22U++++41232+43VuuVVO21LVR-u2uO第四十三頁，共七十五頁。UUoIoUUoIoUUoUIo整流電壓平均值t0uot0uot0uo電路整流電壓波形二極管平均電流二極管反向電壓第四十四頁，共七十五頁。iDTrRab~uuoD例有一單相整流電路,負載電阻為750,變壓器副邊電壓為20V，試求Uo，Io及UDRM,并選用二極管。解查二極管參數(shù)，選用2AP4(16mA,50V)。為了使用安全此項參數(shù)選擇應比計算值大一倍左右。第四十五頁，共七十五頁。第四十六頁，共七十五頁。PPT內(nèi)容概述項目六。N型半導體和P型半導體。導體：自然界中很容易導電的物質(zhì)稱為導體，金屬一般都是導體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導體的導電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構成穩(wěn)定結(jié)構。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。溫度越高，載流子的濃度越高。P型半導體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導體，也稱為（空穴半導體）。N型半導體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導體，也稱為（電子半導體）。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。RLD4A第四十七頁，共七十五頁。第四十八頁，共七十五頁。UUoIo++++41232+43VuuVVO21LVR-第四十九頁，共七十五頁?！?/p>

三相橋式整流電路整流器件:二極管六個橋臂都是二極管,其中三個二極管組成共陰極的整流電路,陰極聯(lián)成一點d;另外三個二極管組成共陽極的不控整流電路,陽極聯(lián)成一點e。輸出電壓ud=ude式中U是輸入交流相電壓的有效值uduaubucVD1VD2VD3iVD1iVD2iVD3iVD4iVD5iVD6VD4VD5VD6ajbjcjRLde第五十頁，共七十五頁。一、工作原理（1）輪換導電情況：VD4,VD5,VD6連成共陰極的三相整流電路,陰極連到d點,，a點電位最高，VD4

導通，，b點電位最高，VD5導通，

，c點電位最高，VD6導通，每個二極管導電120o，d點電位為三相交流電的波頂連線。?共陰極二極管的導通規(guī)律:那個二極管的陽極電位高,它對應的二極管導通.uduaubucVD1VD2VD3iVD1iVD2iVD3iVD4iVD5iVD6VD4VD5VD6ajbjcjRLde第五十一頁，共七十五頁。

VD1、VD2、VD3構成共陽極的三相整流電路。

共陽極二極管的導電規(guī)律為：陰極電位最低的一個二極管導電。（120o期間），c點電位最低，VD3導通，（120o期間），a點電位最低，VD1導通，b點電位最高，VD2導通是二極管的自然換流點。故一周期內(nèi)，e點的電位為的負的波頂連線uduaubucVD1VD2VD3iVD1iVD2iVD3iVD4iVD5iVD6VD4VD5VD6ajbjcjRLde第五十二頁，共七十五頁。（2）整流電壓波形：以變壓器中點為0，整流后的輸出電壓：0～wta期間，最高，對應的二極管VD6導通,最低,對應的二極管VD2導通,電流方向：c—VD6—d—RL—e—VD2—b輸出電壓波形圖uduaubucVD1VD2VD3iVD1iVD2iVD3iVD4iVD5iVD6VD4VD5VD6ajbjcjRLde第五十三頁，共七十五頁。

wta~wtc’:最高,VD4導通;最底VD2導通;電流方向:a—VD4—d—RL—e—VD2—b

wtc’~wtb:最高,VD4導通;最低,VD3導通;電流方向:a—VD4—d—RL—e—VD3—c輸出電壓波形圖uduaubucVD1VD2VD3iVD1iVD2iVD3iVD4iVD5iVD6VD4VD5VD6ajbjcjRLde第五十四頁，共七十五頁。

wtb~wta’，最高,VD5導通;最低,VD3導通;電流方向:b—VD5—d—RL—e—VD3—cwta’~wtc:為最高，VD5導通;最低,VD1導通;電流方向:b—VD5—d—RL—e—VD1—a輸出電壓波形圖uduaubucVD1VD2VD3iVD1iVD2iVD3iVD4iVD5iVD6VD4VD5VD6ajbjcjRLde第五十五頁，共七十五頁。wtc~wtb’:為最高，VD6導通;最低,VD1導通;電流方向:c—VD6—d—RL—e—VD1—awtb’~wta:為最高，VD6導通;最低,VD2導通;電流方向:c—VD6—d—RL—e—VD2—b

uduaubucVD1VD2VD3iVD1iVD2iVD3iVD4iVD5iVD6VD4VD5VD6ajbjcjRLde第五十六頁，共七十五頁。Ul是輸入線電壓的有效值三相橋式整流的輸出電壓波形為三相線電壓波形的波頂連線輸出電壓波形圖輸出電壓的平均值:有效值與峰值的關系:U是相電壓的有效值第五十七頁，共七十五頁。幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-~+-~第五十八頁，共七十五頁。第五十九頁，共七十五頁。二、濾波電路濾波電路的結(jié)構特點:電容與負載RL并聯(lián)，或電感與負載RL串聯(lián)。交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。第六十頁，共七十五頁。濾波器

整流電路僅將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動的直流電壓。這種電壓對許多電子設備遠達不到要求，往往再加接濾波器以改善電壓的脈動程度。一、電容濾波器(C濾波器)TrDRLab~uC=uoCt0ut0uD截止D導通D導通D截止D導通電容濾波器的作用第六十一頁，共七十五頁。電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。一、濾波原理橋式整流電容濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–第六十二頁，共七十五頁。1.RL未接入時(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒有電容時的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–第六十三頁，共七十五頁。2.RL接入（且RLC較大）時(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時，二極管截止，整流電路不為電容充電，uo會逐漸下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–第六十四頁，共七十五頁。u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uo時，才有充電電流iD

。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。整流電路的輸出電流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+–iD第六十五頁，共七十五頁。第六十六頁，共七十五頁。

電感濾波（