第01章晶体二极管及整流电路.

HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编1第一章晶体二极管及整流电路半导体的问世是在1948年，其核心是具有单向导电性的PN结。在实际应用中的二极管种类很多，用途也十分广泛，掌握二极管的特性和应用常识是本章的重点。在功率变换中，二极管的主要用途是构成整流器，将交流电变换为直流电。半导体的主要特性晶体二极管整流电路滤波电路特种二极管及应用本章小结HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编2第一节半导体的主要特性一、什么是半导体导体容易传导电流的物质，如电缆的线芯所使用的铜、铝等金属。绝缘体能够可靠地隔绝电流的物质，如电缆的包皮所使用的橡胶、塑料等。半导体导电能力介于导体与绝缘体之间的物质，硅（Si）、锗（Ge）是最常见的用于制造各种半导体器件的材料。二、电子技术的核心是半导体掺杂性在纯净的半导体中掺入极其微量的杂质元素，则它的导电能力将大大增强。应用掺杂技术可以制造出各种半导体元器件。热敏性温度升高，将使半导体的导电能力大大增强。光敏性对半导体施于光线照射，光照越强，导电能力越强。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编3半导体材料硅有四个价电子，通过共价键结合起来，如图所示。在常温下，大多数的价电子均被束缚在原子周围，不易自由移动，所以导电能力也较弱。半导体受热或用光进行照射时，部分价电子获得足够的能量，得以挣脱共价键的束缚而成为自由电子和空穴，这就是半导体具有热敏性和光敏性的原因。半导体晶体结构示意图三、P型半导体和N型半导体1．P型半导体P型半导体是在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素。这类掺杂后导体的特点是：空穴数量多，自由电子数量少，故又称为空穴半导体。2．N型半导体N型半导体是在纯净半导体硅或锗中掺入微量磷、砷等5价元素，这类杂质半导体特点是：自由电子数量多，空穴数量少，故又称为电子半导体。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编4第二节晶体二极管一、二极管的结构与电路符号用于电视机、收音机、电源装置等电子产品中的各种不同外形的二极管如下图所示。二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区别正负电极。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编5二极管的结构如下图所示，在P型与N型半导体的交界面会形成一个具有特殊电性能的薄层，称为PN结。从P区引出的电极作为正极，从N区引出的电极作为负极。二极管基本结构二极管图形符号二、二极管的导电特性1.观察二极管的导电特性图（a）图（b）按图（a）连接电路，此时小灯泡亮，表示二极管加正向电压而导通。按图（b）连接电路，此时小灯泡不亮，表示二极管加反向电压而截止。通过观察以上实验证实，二极管具有单向导电性。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编62.二极管主要特性曲线二极管的电流iD与加在二极管两端的电压vD的关系曲线，称为二极管伏安特性曲线。（1）正向特性死区当二极管外加正向电压较小时，正向电流几乎为零。正向导通区当二极管正向电压大于死区电压Vth时，电流随电压增加，二极管处于导通状态。导通电压硅二极管约为0.7V，锗二极管约为0.3V。（2）反向特性反向截止区当二极管承受的反向电压未达到击穿电压V（BR）时，二极管呈现很大电阻。反向击穿区当二极管承受的反向电压已达到击穿电压V（BR）时，反向电流急剧增加，该现象称为二极管反向击穿。二极管伏安特性曲线HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编72AP1二极管N型锗材料普通管器件序号二极管型号的读识三、二极管器件手册的使用1．二极管型号国产二极管的型号由五部分组成。第一部分是数字“2”，表示二极管。第二部分是用拼音字母表示管子的材料。A——N型锗材料，B——P型锗材料，C——N型硅材料，D——P型硅材料。第三部分是用拼音字母表示管子的类型。第四部分用数字表示器件的序号。第五部分用拼音字母表示规格号。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编82.二极管的主要参数最大整流电流IFM：是管子长期运行时允许通过的最大正向平均电流。最高反向工作电压VRM：又称额定工作电压，它是保证二极管不至于反向击穿而规定的最高反向电压。反向饱和电流IR：它指管子未进入击穿区的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。最高工作频率fM：是保证管子正常工作的最高频率。实际工作中一般从两个方面使用二极管器件手册：●已知二极管的型号查找其器件用途和主要参数，这常用于对已知型号的二极管进行分析，看是否满足电路要求。●根据使用的要求，选用二极管型号。例如当设备中的二极管坏了，如没有同型号的管子更换，应查看手册，选用三项主要参数IFM、VRM、fM满足要求的其它型号二极管代用。用工程应HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编93．二极管的选用按材料分类，二极管主要有锗二极管和硅二极管两大类。前者内部多为点接触型结构，允许的工作温度较低，只能在100℃以下工作；后者内部多为面接触型或平面型结构，允许的工作温度较高，有的可达150~200℃。普通二极管（如2AP等系列）的IFM较小，fM一般较高，主要用于信号检测、取样、小电流整流等。整流二极管（2CZ、2DZ等系列）的IFM较大，fM很低，广泛使用在各种电源设备中作整流元件。稳压二极管（2CW、2DW）用在各种稳压电源和晶闸管电路中。开关二极管（2AK、2CK等系列）一般IFM较小，fM较高，用于数字电路和控制电路中。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编104．二极管的简易测量将万用表拨到电阻挡的R×100或R×1k，，将万用表的红、黑表笔分别接在二极管两端，若测得电阻比较小(几千欧以下)，再将红、黑表笔对调后连接在二极管两端，而测得的电阻比较大(几百千欧)，说明二极管具有单向导电性，质量良好。测得电阻小的那一次黑表笔接的是二极管的正极。测量正向电阻测量反向电阻如果测得二极管的正、反向电阻都很小，甚至为零，表示管子内部已短路。如果测得二极管的正、反向电阻都很大，则表示管子内部已断路。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编11第三节整流电路整流电路的功能是将交流电转换成脉动直流电。一、半波整流电路单相半波整流电路由整流二极管、电源变压器和负载RL构成。半波整流原理电路图1．整流原理当v2为正半周时，二极管V承受正向电压而导通，在负载RL上获得上正下负电压vL。当v2为负半周时，二极管V承受反向电压而截止，负载RL上的电压vL=0。半波整流电路波形HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编122．负载上的直流电压和电流负载上的直流电压：VL=0.9V2负载上的直流电流：●半波整流电路的变压器选用：次级电压V2=VL/0.45，额定功率P应大于负载功率。●半波整流二极管的选用：最高反向工作电压VRM不低于输入交流电的峰值电压V2，额定电流不低于负载上的直流电流IL。●半波整流电路的优点是电路简单，使用的元件少。但它的明显缺点是输出电压脉动很大，效率低，所以只能应用在对直流电压波动要求不高的场合，如蓄电池的充电等。LRVV2L9.0用工程应HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编13二、桥式整流电路1．电路结构单相桥式整流电路由电源变压器T、整流二极管Vl～V4和负载RL组成。桥式整流原理电路图2．整流原理v2为正半周时，Vl和V3正偏导通，V2、V4受到反向电压而截止。单向脉动电流的流向为：A端→V1→RL→V3→B端，RL上的脉动电压极性为上正下负。v2为负半周时，V2、V4正偏导通，V1、V3受到反向电压而截止。单向脉动电流的电流流向为：B端→V2→RL→V4→A端，RL上的脉动电压极性仍为上正下负。输出电压波形输入电压波形HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编143．负载上的直流电压和电流负载上的直流电压：VL=0.9V2负载上的直流电流：●桥式整流电路变压器的选用：次级电压V2=VL/0.9，额定功率P应大于负载功率。●桥式整流二极管的选用：最高反向工作电压VRM不低于输入交流电的峰值电压V2，最大整流电流IFM不低于负载上的直流电流IL。●桥式整流电路中的二极管极性不允许接错，否则会造成二极管或变压器过电流而损坏。●要获得负极性的直流脉动电源，只要将4个二极管的极性都对调即可。LRVV2L9.0用工程应HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编154．整流桥堆的应用将若干只整流二极管用绝缘瓷、环氧树脂等外壳封装成一体就制成整流堆，常见的有半桥和全桥整流堆。整流桥堆整流桥堆的实际接线图整流硅堆的主要参数是最高反向电压和最大整流电流，在选用硅堆时，也主要是根据电路具体要求来选择这二个参数。HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编16第四节滤波电路将脉动直流电中的交流成分滤除掉，这一过程称为滤波。一、电容滤波器电容滤波器是在负载的两端并联一个电容构成的。半波整流接滤波电容桥式整流接滤波电容HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文稿中等职业教育国家规划教材第一章晶体二极管及整流电路陈振源主编171．观测电容滤波情况在未接滤波电容C时，负载RL上的电压波形如图中的虚线所示。当在负载RL的两端并联滤波电容C后，输出波形就如图中的实线所示。显然，加上滤波器后的输出电压脉动程度明显减小了。2．滤波原理（以半波整流电路为例）（1）在输入电压上升超过电容端电压时，整流二极管V正向导通，向滤波电容C迅速充电(同时向负载供电)，电容C两端电压vc与v2同步上升，并达到v2的峰值。（2）在输入电压下降到低于电容两端电压时，整流二极管V反向截止。电容放电维持了负载RL的电流。由于RL的阻值远大于二极管的正向内阻，所以放电很慢，电容C两端电压VC下降缓慢。半波整流电容滤波的输出波形桥式整流电容滤波的输出波形HEPPowerpointDesignbyChenZhenyuan《电子技术基础》教学演示文