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第1章晶体二极管和二极管整流电路教学重点1.了解半导体的基本知识本征半导体、掺杂半导体;掌握PN结的基本特性2.理解半导体二极管的伏安特性和主要参数3.了解几种常用的二极管硅稳压二极管、变容二极管、发光二极管、光电二极管等4.掌握单相半波、桥式全波整流电路的电路组成、工作原理与性能特点;了解电容滤波电路的工作原理5.了解硅稳压管的稳压特性及稳压电路的稳压原理教学难点1.PN结的单向导电特性2.整流电路和滤波电路的工作原理3.硅稳压管稳压电路的稳压过程学时分配序号内容学时
11.1晶体二极管
221.2晶体二极管整流电路
231.3滤波器和稳压器34实验二稳压二极管伏安特性曲线的测绘25本章小结与习题6本章总学时
91.1晶体二极管晶体二极管的单向导电特性1.晶体二极管1外形如图a所示,晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成管体外壳的标记通常表示正极2图形、文字符号如图b所示,晶体二极管的图形由三角形和竖杠所组成其中,三角形表示正极,竖杠表示负极V为晶体二极管的文字符号2.晶体二极管的单向导电性动画晶体二极管的单向导电性1正极电位>负极电位,二极管导通;2正极电位<负极电位,二极管截止即二极管正偏导通,反偏截止这一导电特性称为二极管的单向导电性[例]
1、H2两个指示灯,哪一个可能发光?解由电路图可知,开关S闭合后,只有二极管V1正极电位高于负极电位,即处于正向导通状态,所以H1指示灯发光PN结二极管由半导体材料制成动画PN结1.半导体导电能力介于导体与绝缘体之间的一种物质如硅Si或锗Ge半导体半导体中,能够运载电荷的的粒子有两种载流子在电场的作用下定向__的自由电子和空穴,统称载流子如图所示2.本征半导体不加杂质的纯净半导体晶体如本征硅或本征锗本征半导体电导率低,为提高导电性能,需掺杂,形成杂质半导体3.杂质半导体为了提高半导体的导电性能,在本征半导体4价中掺入硼或磷等杂质所形成的半导体根据掺杂的物质不同,可分两种1P型半导体本征硅或锗中掺入少量硼元素3价所形成的半导体,如P型硅其中,多数载流子为空穴,少数载流子为电子2N型半导体本征硅或锗中掺入少量磷元素5价所形成的半导体,如N型硅其中,多数载流子为电子,少数载流子为空穴将P型半导体和N型半导体使用特殊工艺连在一起,形成PN结4.PN结N型和P型半导体之间的特殊薄层叫做PN结PN结是各种半导体器件的核心如图所示PN结具有单向导电特性即P区接电源正极,N区接电源负极,PN结导通;反之,PN结截止晶体二极管之所以具有单向导电性,其原因是内部具有PN结其正、负极对应于PN结的P型和N型半导体,如图所示二极管的伏安特性动画二极管的伏安特性1.定义二极管两端的电压和流过的电流之间的关系曲线叫作二极管的伏安特性2.测试电路如图所示3.伏安特性曲线如图所示4.特点1正向特性
①正向电压VF小于门坎电压VT时,二极管V截止,正向电流IF=0;其中,门槛电压
②VFVT时,V导通,IF急剧增大导通后V两端电压基本恒定结论正偏时电阻小,具有非线性2反向特性反向电压VRVRM反向击穿电压时,反向电流IR很小,且近似为常数,称为反向饱和电流VRVRM时,IR剧增,此现象称为反向电击穿对应的电压VRM称为反向击穿电压结论反偏电阻大,存在电击穿现象二极管的简单测试用万用表检测二极管如图所示1.判别正负极性万用表测试条件R100或R1k;将红、黑表笔分别接二极管两端所测电阻小时,黑表笔接触处为正极,红表笔接触处为负极2.判别好坏万用表测试条件R1k1若正反向电阻均为零,二极管短路;2若正反向电阻非常大,二极管开路3若正向电阻约几千欧姆,反向电阻非常大,二极管正常二极管的分类、型号和参数1.分类1按材料分硅管、锗管;2按PN结__点接触型电流小,高频应用、面接触型电流大,用于整流;3按用途如图所示,例如利用单向导电性把交流电变成直流电的整流二极管;利用反向击穿特性进行稳压的稳压二极管;利用反向偏压改变PN结电容量的变容二极管;利用磷化镓把电能转变成光能的发光二极管;将光__转变为电__的光电二极管2.型号举例如下整流二极管——2CZ82B稳压二极管——2__50变容二极管——2AC1等等3.主要参数1普通整流二极管
①最大整流电流IFM二极管允许通过的最大正向工作电流平均值
②最高反向工作电压VRM二极管允许承受的反向工作电压峰值
③反向漏电流IR规定的反向电压和环境温度下,二极管反向电流值2稳压二极管主要参数稳定电压VZ、稳定电流IZ、最大工作电流IZM、最大耗散功率PZM、动态电阻rZ等
1.2晶体二极管整流电路整流把交流电变成直流电的过程二极管单相整流电路把单相交流电变成直流电的电路整流原理利用二极管的单向导电特性,将交流电变成脉动的直流电单相半波整流电路动画单相半波整流电路1.电路如图a所示V整流二极管,把交流电变成脉动直流电;T电源变压器,把v1变成整流电路所需的电压v22.工作原理设v2为正弦波,波形如图b所示1v2正半周时,A点电位高于B点电位,二极管V正偏导通,则vLv2;2v2负半周时,A点电位低于B点电位,二极管V反偏截止,则vL由波形可见,v2一周期内,负载只有单方向的半个波形,这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电上述过程说明,利用二极管单向导电性可把交流电v2变成脉动直流电vL由于电路仅利用v2的半个波形,故称为半波整流电路3.负载和整流二极管上的电压和电流1负载电压VL
0.45V22负载电流3二极管正向电流和负载电流4二极管反向峰值电压选管条件1二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压;2二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流电路缺点电源利用率低,纹波成分大解决办法全波整流单相全波整流电路
一、变压器中心抽头式单相全波整流电路1.电路图变压器中心抽头式单相全波整流电路如图所示V
1、V2为性能相同的整流二极管;T为电源变压器,作用是产生大小相等而相位相反的v2a和v2b2.工作原理1v1正半周时,T次级A点电位高于B点电位,在v2a作用下,V1导通V2截止,iV1自上而下流过RL;2v1负半周时,T次级A点电位低于B点电位,在v2b的作用下,V2导通V1截止,iV2自上而下流过RL;可见,在v1一周期内,流过二极管的电流iV
1、iV2叠加形成全波脉动直流电流iL,于是RL两端产生全波脉动直流电压vL故电路称为全波整流电路3.负载和整流二极管上的电压和电流1负载电压2负载电流3二极管的平均电流4二极管承受反向峰值电压缺点单管承受的反向峰值压比半波整流高一倍,变压器T需中心抽头
二、单相桥式全波整流电路动画桥式全波整流电路1.电路图单相桥式全波整流电路如图所示V1V4为整流二极管,电路为桥式结构2.工作原理1v2正半周时,如图a所示,A点电位高于B点电位,则V
1、V3导通V
2、V4截止,i1自上而下流过负载RL;2v2负半周时,如图b所示,A点电位低于B点电位,则V
2、V4导通V
1、V3截止,i2自上而下流过负载RL;由波形图可见,v2一周期内,两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i1和i2叠加形成了iL于是负载得到全波脉动直流电压vL3.负载和整流二极管上的电压和电流1负载电压2负载电流3二极管的平均电流4如图所示,二极管承受反向峰值电压为优点输出电压高,纹波小,VRM较低,应用广泛桥式整流电路简化画法如图所示..\\flash\\1\\
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7.swf图桥式整流二极管承受的反向峰值电压图桥式整流电路简化画法[例]有一直流负载,需要直流电压VL60V,直流电流IL4A若采用桥式整流电路,求电源变压器次级电压V2,并选择整流二极管解因为所以流过二极管的平均电流二极管承受的反向峰值电压查晶体管手册,可选用整流电流为3A,额定反向工作电压为100V的整流二极管2CZ12A3A/100V四只整流元件组合件称为整流堆,常见的有半桥2CQ型,如图ab所示优点电路组成简单、可靠
1.3滤波器和稳压器滤波器作用滤除脉动直流电中脉动成分种类电容滤波器、电感滤波器、__滤波器
一、电容滤波器动画电容滤波电路1.电路特点电容器与负载并联2.工作原理利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出电压在0t1期间,因v2的作用,V正偏导通,电容C充电,波形如图b中OA所示;在t1t2期间,因v2vC,V反偏截止,电容C通过负载放电,波形如图b中AB所示;在t2t3期间,因vCv2,V正偏导通,电容再次充电,波形如图b中BC重复上述过程,可得近于平滑波形这说明,通过电容的充放电,输出直流电压中的脉动成分大为减小全波整流电容滤波输出波形如图所示工作原理与半波整流电路相同,不同点是v2正、负半周内,V
1、V2轮流导通,对电容C充电两次,缩短了电容C向负载的放电时间,从而使输出电压更加平滑输出电压的估算公式为VL
1.2V2应用小功率电源
二、电感滤波器1.电路电感滤波器如图所示特点电感与负载串联2.工作原理利用流过电感电流不能突变原理平滑输出电流当电路电流增加时,电感存储能量;当电流减小时,电感释放能量使负载电流比较平滑,从而得到比较平滑的直流电压应用较大功率电源缺点体积大、重量大
三、__滤波器结构特点电容与负载并联,电感与负载串联性能特点滤波效果好1.L型滤波器1电路如图所示2原理整流输出的脉动直流经过电感L,交流成分被削弱,再经过电容C滤波,就可在负载上获得更加平滑的直流电压3应用较大功率电源中图
1.
3.4带L型滤波器的桥式整流电路图型滤波器桥式整流电路2.型滤波器1电路如图所示2原理整流输出的脉动直流经过电容C1滤波后,再经电感L和电容C2滤波,使脉动成分大大降低,在负载上可获得平滑的直流电压3应用小功率电源中硅稳压二极管稳压电路硅稳压管的伏安特性及符号如图所示滤波电路将脉动的直流电变成平滑的直流电稳压电路抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化,将平滑的直流电变成稳定的直流电1.硅稳压二极管的特性1稳压管工作在反向击穿状态2当工作电流满足条件时,稳压管两端电压几乎不变2.稳压二极管的主要参数1稳定电压——稳压管在规定电流下的反向击穿电压2稳定电流IZ——稳压管在稳定电压下的工作电流3最大稳定电流IZ__x——稳压管允许__通过的最大反向电流4动态电阻rZ——稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值,即rZVZ/IZ此值越小,管子稳压性能越好3.稳压管稳压电路的工作原理1电路图稳压管稳压电路如图所示V为稳压管,起电流调整作用;R为限流电阻,起电压调整作用2电路的稳压过程VO↓→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑3应用小功率场合本章小结1.半导体中有两种载流子电子和空穴N型半导体中电子是多数载流子,P型半导体中空穴是多数载流子PN结具有单向导电特性2.二极管内有一个PN结,因此,具有单向导电特性二极管因伏安特性、是非线性,所以是非线性器件二极管的门槛电压,硅管约
0.5V,锗管约
0.2V;导通时正向压降硅管约
0.7V,锗管约
0.3V3.利用二极管的单向导电特性可以组成把交流电变成直流电的整流电路,常见的有半波整流、变压器中心抽头式全波整流和桥式全波整流4.滤波电路的作用是使脉动的直流电压变换为较平滑的直流电压常见的滤波器有电容滤波器、电感滤波器和__滤波器5.稳压电路的作用是保持输出电压的稳定,不受电网电压和负载变化的影响最简单的稳压电路是带有稳压管的稳压电路图
1.
1.1晶体二极管的外形和符号图
1.
1.3[例
1.
1.1]电路图图
1.
1.4半导体的两种载流子图
1.
1.5PN结图
1.
1.6测试二极管伏安特性电路图
1.
1.7二极管伏安特性曲线图
1.
1.8万用表检测二极管图
1.
1.9二极管图形符号图
1.
2.1单相半波整流电路图
1.
2.2变压器中心抽头式全波整流电路图
1.
2.3桥式整流电路图
1.
2.4桥式整流电路工作过程图
1.
2.5桥式整流电路工作波形图图
1.
2.8半桥和全桥整流堆图
1.
3.1电容滤波电路图
1.
3.2电容滤波输出波形图
1.
3.3带电感滤波器的全波整流电路图
1.
3.6硅稳压管的伏安特性及符号图
1.
3.7硅稳压管整流稳压电路。