晶体二极管和二极管整流电路--课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第,1,章晶体二极管和二极管整流电路,本章学习目标,1.1,晶体二极管,1.2,晶体二极管整流电路,1.3,滤波器和硅稳压管稳压电路,本章小结,1,ppt课件,第 1 章晶体二极管和二极管整流电路本章学习目标1.1晶,本章学习目标,理解半导体的基本常识，掌握,PN,结的单向导电性。,熟悉晶体二极管的外形、图形符号、文字符号。,掌握晶体二极管的伏安特性和参数，会用万用表检测二极管。,2,ppt课件,本章学习目标理解半导体的基本常识，掌握 PN 结的单向导电性,4.,理解整流的含义，清楚典型的整流电路类型，能分析其工作原理，能进行相应的计算。,理解滤波的概念，能清楚整流滤波器件和常用的滤波方式，掌握滤波的电路形式，理解电容滤波及电感滤波的工作原理，了解选择滤波电容的选择要求。,熟悉稳压二极管的工作特性和参数，理解硅稳压二极管稳压电路的工作原理。,3,ppt课件,4. 理解整流的含义，清楚典型的整流电路类型，能分析其工作原,1.1,晶体二极管,1.1.1,晶体二极管的单向导电特性,1.1.2,PN,结,1.1.3,二极管的伏安特性,1.1.4,二极管的简单测试,1.1.5,二极管的分类、型号和参数,工程应用,4,ppt课件,1.1晶体二极管1.1.1晶体二极管的单向导电特性1.1,1.1.1,晶体二极管的单向导电特性,(,1,),外形：,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。如图所示；,(,2,),符号：,三角形,正极，,竖杠,负极，,V,二极管的文字符号。,1,晶体二极管,5,ppt课件,1.1.1晶体二极管的单向导电特性(1)外形：由密封的,2,晶体二极管的单向导电性：,动画,PN,结,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。,6,ppt课件,2晶体二极管的单向导电性：动画PN 结的单向导电性(1),例,1.1.1,如图所示电路中，当开关,S,闭合后，,H,1,、,H,2,两个指示灯，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,V,1,正极电位高于负极电位，即处于正向导通状态，所以,H,1,指示灯发光。,7,ppt课件,例 1.1.1如图所示电路中，当开关 S 闭合后，,1.1.2,PN,结,PN,结的形成,二极管由半导体材料制成。,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：,自由电子：带负电,空穴：带与自由电子等量的正电,均可运载电荷,载流子,8,ppt课件,1.1.2PN 结PN 结的形成二极管由半导体材料制成。,载流子,：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流子，如图 所示。,半导体的两种载流子,动画两种载流子,9,ppt课件,载流子：在电场的作用下定向移动的自由电子和空穴，统称载流,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：,(,1,),P,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。多数载流子为空穴，少数载流子为电子。,(,2,),N,型半导体：,在本征,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。,10,ppt课件,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,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称为,PN,结,。,PN,结是各种半导体器件的核心。,如图所示。,PN,结,晶体二极管之所以具有单向导电性，其原因是内部具有一个,PN,结。其正、负极对应于,PN,结的,P,型和,N,型半导体。,P,区接电源正极，,N,区接电源负极，,PN,结导通；反之，,PN,结截止。,PN,结具有单向导电特性。即：,动画,PN,结的形成,11,ppt课件,将 P 型半导体和 N 型半导体使用特殊工艺连在一起，形,1.1.3,二极管的伏安特性,测试二极管伏安特性电路,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。,12,ppt课件,1.1.3二极管的伏安特性测试二极管伏安特性电路 1,3,伏安特性曲线：,如图所示。,13,ppt课件,3伏安特性曲线：如图所示。13ppt课件,4,特点：,结论：正偏时电阻小，具有非线性。,导通后,V,两端电压基本恒定：,V,F,V,T,时，,V,导通，,I,F,急剧增大。,正向电压,V,F,小于门坎电压,V,T,时，二极管,V,截止，正向电流,I,F,= 0,；,其中，门坎电压,(,1,),正向特性,14,ppt课件,4特点：结论：正偏时电阻小，具有非线性。导通后 V 两端电,(,2,),反向特性,V,R,V,RM,时，,I,R,剧增，此现象称为反向电击穿。,对应的电压,V,RM,称为反向击穿电压。,反向电压,V,R,V,RM,(,反向击穿电压,),时，反向电流,I,R,很小，且近似为常数，称为反向饱和电流。,结论：,反偏电阻大，存在电击穿现象。,15,ppt课件,(2)反向特性VR VRM 时，IR 剧增，此现象称,1.1.4,二极管的简单测试,万用表检测二极管,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。,1,判别正负极性,用万用表检测二极管如图所示。,万用表测试条件：,R,100,或,R,1 k,挡；,16,ppt课件,1.1.4二极管的简单测试万用表检测二极管将红、黑表笔,2,判别好坏,万用表检测二极管,万用表测试条件：,R,1k,。,(,3,),若正向电阻约几千欧，反向电阻非常大，二极管正常。,(,2,),若正反向电阻非常大，二极管开路。,(,1,),若正反向电阻均为零，二极管短路；,17,ppt课件,2判别好坏万用表检测二极管万用表测试条件：R 1k。(,1.1.5,二极管的分类、型号和参数,1,分类,(,1,),按材料分：,硅管、锗管,(,2,),按,PN,结面积：,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。,二极管图形符号,18,ppt课件,1.1.5二极管的分类、型号和参数1分类(1)按材料,整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管。,稳压二极管：利用反向击穿特性进行稳压的二极管。,发光二极管：利用磷化镓把电能转变成光能的二极管。,光电二极管：将光信号转变为电信号的二极管。,变容二极管：利用反向偏压,改变,PN,结,电容量的二极管,2,型号举例如下：,整流二极管,2CZ82B,稳压二极管,2CW50,变容二极管,2AC1,等等。,19,ppt课件, 整流二极管：利用单向导电性把交流电变成直流电的二极管,3,主要参数,主要参数：,稳定电压,V,Z,、稳定电流,I,Z,、最大工作电流,I,ZM,、最大耗散功率,P,ZM,、动态电阻,r,Z,等。,(,2,),稳压二极管,反向漏电流,I,R,：,规定的反向电压和环境温度下，二极管反向电流值。,最高反向工作电压,V,RM,：,二极管允许承受的反向工作电压峰值。,最大整流电流,I,FM,：,二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。,(,1,),普通整流二极管,20,ppt课件,3主要参数主要参数：稳定电压 VZ、稳定电流 IZ、最,工程应用,发光二极管和光电二极管的检测,发光二极管的检测与普通二极管的检测方法基本相似，但由于发光二极管的正向导通电压一般在,1.5 V,以上，故检测时必须用万用表的,R,10k,挡，正向电阻小于,50 k,，反相电阻大于,200 k,时发光二极管为正常。,由于光电二极管工作时应加反向电压，故检测时着重观察反向电阻在有无光照时的变化，用万用表的,R,1k,挡，当有光照时，反向电阻小，无光照时，反向电阻大为正常，当无光照时电阻差别很小，表明光电二极管的质量不好。,21,ppt课件,工程应用发光二极管和光电二极管的检测发光二极管的检测与普通二,1.2,晶体二极管整流电路,1.2.1,单相半波整流电路,1.2.2,单相桥式整流电路,22,ppt课件,1.2晶体二极管整流电路1.2.1单相半波整流电路1.2,1.2,晶体二极管整流电路,整流：,把交流电变成直流电的过程。,整流原理：,二极管的单向导电特性,二极管单相整流电路：,把单相交流电变成直流电的电路。,半波整流,桥式整流,倍压整流,单相整流电路种类,23,ppt课件,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。整,1.2.1,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,v,1,变成整流电路所需的电压值,v,2,。,24,ppt课件,1.2.1单相半波整流电路1电路 如图(a)所示,2.,工作原理,设,v,2,为正弦波，波形如前页图,(,b,),所示。,(,1,),v,2,正半周时，,A,点电位高于,B,点电位，二极管,V,正偏导通，则,v,L,v,2,；,(,2,),v,2,负半周时，,A,点电位低于,B,点电位，二极管,V,反偏截止，则,v,L,0,。,由波形可见，,v,2,一周期内，负载只用单方向的半个波形，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,v,2,变成脉动直流电,v,L,。由于电路仅利用,v,2,的半个波形，故称为半波整流电路。,25,ppt课件,2.工作原理设 v2 为正弦波，波形如前页图 (b) 所示,3,负载和整流二极管上的电压和电流,(,1,),负载电压,V,L,V,L,= 0.45,V,2,(,1.2.1,),(,2,),负载电流,I,L,(,1.2.2,),(,3,),二极管正向电流,I,V,和负载电流,I,Z,(,1.2.3,),(,4,),二极管反向峰值电压,V,RM,(,1.2.4,),26,ppt课件,3负载和整流二极管上的电压和电流(1)负载电压 VL (2,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。,27,ppt课件,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,1.2.2,单相桥式整流电路,1,电路如图,V,1, V,4,为整流二极管，电路为桥式结构,28,ppt课件,1.2.2单相桥式整流电路1电路如图V1 V4 为整,(,2,),v,2,负半周时，如图,(,b,),所示，,A,点电位低于,B,点电位，则,V,2,、,V,4,导通,(,V,1,、,V,3,截止,),，,i,2,自上而下流过负载,R,L,。,桥式整流电路工作过程,2,工作原理,(,1,),v,2,正半周时，如图,(,a,),所示，,A,点电位高于,B,点电位，则,V,1,、,V,3,导通,(,V,2,、,V,4,截止,),，,i,1,自上而下流过负载,R,L,；,29,ppt课件,(2)v2 负半周时，如图(b)所示，A 点电位低于 B,由波形图可见，,v,2,一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流,i,1,和,i,2,叠加形成了,i,L,。于是负载得到全波脉动直流电压,v,L,。,桥式整流电路工作波形图,30,ppt课件,由波形图可见，v2 一周期内，两组整流二极管轮流导通产生,3,负载和整流二极管上的电压和电流,(,1,),负载电压,V,L,(,1.2.9,),(,2,),负载电流,I,L,(,1.2.10,),(,3,),二极管的平均电流,I,V,(,1.2.11,),(,4,),二极管承受反向峰值电压,V,RM,(,1.2.12,),优点：,输出电压高，纹波小，,V,RM,较低，应用广泛。,31,ppt课件,3负载和整流二极管上的电压和电流(1)负载电压 VL(2),4,桥式稳流电路的简化画法,32,ppt课件,4桥式稳流电路的简化画法32ppt课件,例,1.2.1,有一直流负载，需要直流电压,V,L,= 60 V,，直流电流,I,L,= 4 A,。若采用桥式整流电路，求电源变压器二次电压,V,2,选择整流二极管。,解,因为,V,L,= 0.9,V,2,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,3,安培，额定反向工作电压为,100 V,的整流二极管,2CZ12A,(,3 A/100 V,),4,只。,33,ppt课件,例1.2.1有一直流负载，需要直流电压 VL= 6,半桥和全桥整流堆,整流元件组合件称为,整流堆,，常见的有：,(,1,),半桥：,2CQ,型，如图,(,a,),所示；,(,2,),全桥：,QL,型，如图,(,b,),所示。,优点：,电路组成简单、可靠。,34,ppt课件,半桥和全桥整流堆 整流元件组合件称为整流堆，常见的有：(1),1.3,滤波器和稳压器,1.3.1,滤波器,1.3.2,硅稳压二极管稳压电路,35,ppt课件,1.3滤波器和稳压器1.3.1滤波器1.3.2硅稳压二,1.3.1,滤波器,特点：,电容器与负载并联。,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、复式滤波器,1,电路,一、电容滤波器,36,ppt课件,1.3.1滤波器特点：电容器与负载并联。 作用：滤除,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,0,t,1,期间，,因,v,2,的作用，,V,正偏导通，电容,C,充电，波形如图,(,b,),中,OA,所示；,在,t,1,t,2,期间，,因,v,2,v,2,，,V,正偏导通，电容再次充电，波形如图,(,b,),中,BC,。,具有电容滤波器的,半波整流电路,37,ppt课件,2工作原理： 利用电容器两端电压不能突变原理平滑输出,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：,v,2,正、负半周内，,V,1,、,V,2,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。,输出电压估算公式为,V,L, 1.2,V,2,应用：,小功率电源。,全波整流电路电容滤波输出波形,38,ppt课件,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,工程应用,一、电容滤波的直流电压输出及整流管与滤波电容的选择,电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择,I,L,1.2,V,2,V,2,桥式整流电路,I,L,V,2,V,2,半波整流电路,通过的,电流,最大反,向电压,带负载时的电压,(,估算值,),负载开路时的电压,二极管的电压与电流,整流电路的输出电压,输入交流,电压,(,有效值,),整流电路的类型,1,电容滤波的整流电路输出电压与整流管的选择,39,ppt课件,工程应用一、电容滤波的直流电压输出及整流管与滤波电容的选择电,2.,滤波电容的选择,电容的选择从电容耐压和容量两个方面考虑：,(,1,),耐压：在电路中电容耐压值要大于负载开路时整流电路的输出电压。,(,2,),电容容量：滤波电容器,C,的容量选择与电路中的负载电流,I,L,有关，当负载电流加大后，要相应的增加电容量。表 列出的数据供选用时参考,滤波电容容量表,注：此为全波整流电容滤波在,V,L,= 12 36 V,时的参考值。,40,ppt课件,2. 滤波电容的选择电容的选择从电容耐压和容量两个方面考,缺点：,体积大、重量大。,带电感滤波器,二、电感滤波器,1,电路,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。,41,ppt课件,缺点：体积大、重量大。带电感滤波器 二、电感滤波器1电,三、复式滤波器,(,3,),应用：,较大功率电源中。,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：,(,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。,L,型滤波器桥式整流电路,42,ppt课件,三、复式滤波器(3)应用：较大功率电源中。结构特点：电容与负,2,型滤波器,型滤波器桥式整流电路,(,3,),应用：,小功率电源中。,(,2,),原理：,整流输出的脉动直流经过电容,C,1,滤波后，再经电感,L,和电容,C,2,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。,(,1,),电路：,43,ppt课件,2 型滤波器 型滤波器桥式整流电路(3)应用：小功率电,1.3.2,硅稳压二极管稳压电路,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。,硅稳压管的伏安特性及符号,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,I,Z,满足条件,I,A,I,Z,I,B,时，稳压管两端电压,V,Z,几乎不变。,44,ppt课件,1.3.2硅稳压二极管稳压电路 滤波电路：将脉动的直,2,稳压二极管的主要参数,(,1,),稳定电压,V,Z,稳压管在规定电流下的反向击穿电压。,(,2,),稳定电流,I,Z,-,稳压管在稳定电压下的工作电流。,(,3,),最大稳定电流,I,Zmax,稳压管允许长期通过的最大反向电流。,(,4,),动态电阻,r,Z,稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值，即,r,Z,=,V,Z,/,I,Z,。此值越小，管子稳压性能越好。,45,ppt课件,2稳压二极管的主要参数(1)稳定电压 VZ 稳压管,3,稳压管稳压电路的工作原理,硅稳压管整流稳压电路,(,1,),电路：,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：,V,O,I,Z,I,R,V,R,V,O,(,3,),应用：,小功率场合。,46,ppt课件,3稳压管稳压电路的工作原理硅稳压管整流稳压电路(1)电,本章小结,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。,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,0.5 V,，锗管约,0.2 V,；导通时正向压降硅管约,0.7 V,，锗管约,0.3 V,。,47,ppt课件,本章小结半导体中有两种载流子：电子和空穴。N 型半导体中电子,本章小结,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，常见的有半波整流和桥式全波整流。,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、,电感滤波器和复式滤波器。,稳压电路的作用是保持输出电压的稳定，减少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。,48,ppt课件,本章小结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,本章重点,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。,理解半导体二极管的伏安特性和主要参数。,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。,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。,了解硅稳压管的稳压特性及稳压电路的稳压原理。,49,ppt课件,本章重点了解半导体的基本知识:本征半导体、掺杂半导体；掌握,本章难点,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。,50,ppt课件,本章难点1PN 结的单向导电特性。2整流电路和滤波电路的,学时分配,51,ppt课件,学时分配51ppt课件,