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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,*,下篇,电子技术,二极管及整流电路,三极管及放大电路,晶闸管及其应用,集成运算放大器,下篇电子技术二极管及整流电路三极管及放大电路晶闸管及其应用集,1,半导体二极管及整流电路,半导体二极管及整流电路,2,导电能力介于导体和绝缘体之间。,硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物均为半导体。,纯净半导体导电能力不强，加入杂质后，导电能力增强。利用该特性，制成半导体二极管、三极管、晶闸管等。,半 导 体,导电能力介于导体和绝缘体之间。硅、锗、硒及大多数金属氧化物和,3,半导体,N型半导体,P型半导体,通过一定的工艺，使半导体一部分是P型，,一部分N型，则中间交接面形成PN结。,PN结,P,N,PN结,半导体N型半导体P型半导体通过一定的工艺，使半导体一部分是P,4,PN结的单向导电性,实验,P,N,+,R,I,P,N,+,R,I,0,PN结正向偏置时，导通电流大，电阻小，称,导通,PN结反向偏置时，导通电流小，电阻大，称,截止,PN结的单向导电性实验PN+RIPN+RI0PN结正向偏置,5,二极管由PN结加上引出线和壳体构成，,P极引出线称正极，N极引出线称负极。符号为：,+,用万用表判别二极管的正负极,+,黑,红,0,黑,红,0,+,二极管由PN结加上引出线和壳体构成，+用万用表判别二极管的,6,半导体二极管基本结构,(a) 点接触型,(b)面接触型,结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,(c) 平面型,用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,半导体二极管基本结构(a) 点接触型(b)面接触型,7,二极管的伏安特性曲线,二极管的伏安特性曲线指流过,二极管的电流与二极管两端的,电压之间的关系。,不同二极管的伏安特性曲线,有差别，但形状相似：,U（V）,0.4,0.8,-50,-25,-20,80,60,40,20,-40,-60,特点：非线性,二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线指流过不同二极管的伏,8,当二极管正向偏置：,死区:,硅管约0.5V，锗管约0.1V，正向,电流非常小,这一电压称死区电压,导通：,当正向电压低于某一值，,超过死区电压后,电流在很大范围内变化，而电压,变化很小。硅管约0.6,0.7,V，,锗管约0.2,0.3,V,死区,电压,U（V）,0.5,0.7,-50,-25,-20,80,60,40,20,-40,-60,当二极管正向偏置：死区:硅管约0.5V，锗管约0.1V，正向,9,当二极管反向偏置,关断：,当二极管反向偏置,反向,电流很小,锗管约几十,A,小功率硅管小于1A,击穿：,当反向电压加大到某一值，,反向电流突然急剧增大，,二极管击穿烧坏。,U(V),0.4,0.8,-50,-25,-20,80,60,40,20,-40,-60,反向击穿电压,U,(BR),当二极管反向偏置关断：当二极管反向偏置,反向击穿：当反向电压,10,伏安特性,死区,电压,反向击穿电压,U,(BR),U（V）,0.4,0.8,-50,-25,-20,80,60,40,20,-40,-60,可见,开关断,开关闭,0,导通,死区,关断,击穿,U,U,伏安特性死区反向击穿电压U(BR)U（V）0.40.8-50,11,正向压降为0,反向电阻无穷大,理想二极管,正向压降为0理想二极管,12,二极管的命名规则：,2 C P 10,如何选用二极管,二极管的主要技术参数：,1）,最大整流电流I,CM,：,二极管长期使用时,允许通过的 最大正向平均电流。,2）,反向工作峰值电压U,RWM,：,保证二极管不击穿而给出的反向电压峰值，,一般为击穿电压的1/2。,2： 二极管,C： N型硅材料, A: P型锗材料,P： 普通型，K: 开关管，Z：整流管,W：稳压管,10： 序号,二极管的命名规则：2 C P 10如何选用二极管二极管的主要,13,电路如图，求：,U,AB,V,阳,=6 V,V,阴,=12 V,V,阳,V,阴,二极管导通,若忽略管压降，二极管可看作短路，,U,AB,= 6V,否则，,U,AB,低于6V一个管压降，为6.3或6.7V,例1：,取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,在这里，二极管起钳位作用。,D,6V,12V,3k,B,A,U,AB,+,电路如图，求：UAB V阳 =6 V V,14,u,i, 8V，二极管导通，可看作短路,u,o,= 8V,u,i, 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V,15,两个二极管的阴极接在一起,取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,V,1阳,=6 V，,V,2阳,=0 V，,V,1阴,=,V,2阴,= 12 V,U,D1,= 6V，,U,D2,=12V,U,D2,U,D1,D,2,优先导通，,D,1,截止。,若忽略管压降，二极管可看作短路，,U,AB,= 0 V,例3:,D,1,承受反向电压为6 V,流过 D,2,的电流为,求：,U,AB,在这里，,D,2,起钳位作用，,D,1,起隔离作用。,B,D,1,6V,12V,3k,A,D,2,U,AB,+,两个二极管的阴极接在一起V1阳 =6 V，V2阳=0 V，,16,二极管的用途,整流、检波、限幅、,钳位、开关、,元件保护、,温度补偿等。,二极管的用途,17,二极管整流电路,将交流电变为脉动的直流电的过程，称,整流,利用二极管的单向导电性可实现整流,0,t,u,变压,u,t,0,整流,分析时可把二极管当作理想元件处理：,二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,二极管整流电路将交流电变为脉动的直流电的过程，称整流利用二极,18,元器件：,u,2,为,正弦交流电源，,D,为二极管,R,为负载电阻,Tr,为变压器,图中电流、电压正方向为正弦交流电正半周的方向,u,0,u,2,+,T,r,-,D,R,L,+,-,i,0,单相半波整流电路,u,1,1. 电路结构,元器件：u2 为正弦交流电源，图中电流、电压正方向为正弦交流,19,u,D,O,2. 工作原理,u,正半周，,V,a,V,b,，,二极管,D,导通；,3. 工作波形,+,+,a,Tr,D,u,o,u,b,R,L,i,o,u,t,O,u,o,O,u,负半周，V,a,Vb，3. 工作波形,20,通过半波整流，负载上得到大小变化的单极性电压，称脉动电压，常用一个周期内脉动电压的平均值来描述脉动电压的大小,4 负载上电压电流的计算,1.半波整流电压的平均值为：,2.半波整流电流的平均值为：,0,u,T,通过半波整流，负载上得到大小变化的单极性电压，称脉动电压，常,21,5 整流二极管的选择,二极管最大整流电流,I,OM,：,反向工作峰值电压,U,RWM,:,(流过二极管的电流与负载电流相等),(二极管承受的最高反向电压 = 二极管截止时端电压最大值),u,2,+,T,r,-,D,R,L,+,-,u,0,i,0,5 整流二极管的选择二极管最大整流电流 IOM ：反向工作峰,22,单相桥式全波整流电路,i,D1,= i,D3,=i,R,u,D1,= u,D3,=0,u,O,= u,2,u,D2,= u,D4,= -u,2,a,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,u,2,+,-,+,-,i,1,b,i,2,D,1,D,3导通,在,u,的正半周：,a,D,1,R,L,D,3,b,单相桥式全波整流电路iD1= iD3 =iRuD1= uD3,23,u,D2,= u,D4,=0,u,O,= u,2,u,D1,= u,D3,= -u,2,i,D2,= i,D4,=i,R,a,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,u,2,+,-,+,-,i,1,b,i,2,在,u,的负半周:,b,D,2,R,L,D,4,a,uD2= uD4 =0uO= u2uD1= uD3 = -u,24,a,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,u,2,+,-,i,1,b,i,2,u,0,a,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,+,-,i,1,b,i,2,u,2,u,0,0,i,1,u,o,u,o,i,o,i,2,i,1,i,2,2. 波形图,无论,u,正/负半周，负载上均有方向相同的电流通过，称:,全波整流,aD4D2D1D3RLu0u2+-i1bi2u0aD4D2,25,3. 负载上电压电流的计算,全波整流时，负载上的电压是半波时的两倍,u,0,0,i,1,u,o,u,o,i,o,i,2,i,1,i,2,1.全波整流电压的平均值为：,2.全波整流电流的平均值为：,3. 负载上电压电流的计算全波整流时，负载上的电压是半波时的,26,4. 整流二极管的选择,二极管最大整流电流：,反向工作峰值电压：,二极管承受的最高反向电压 = 二极管截止时端电压最大值,由于,D1D4,轮流导通，流过每个二极管的电流平均值只有负载电流的一半,a,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,u,2,+,-,+,-,i,1,b,i,2,4. 整流二极管的选择二极管最大整流电流：反向工作峰值电压,27,5. 桥式整流的其它画法,R,L,u,0,+,-,u,+,-,5. 桥式整流的其它画法RLu0+-u+-,28,举例,有一负载需直流电压,U,0,=,40,V，I,0,=,4,A,，计算采用半波和全波整流电路时，整流二极管的电流,I,D,和最高反向电压,U,DRM,及电源变压器次级电压,U,2,半波,I,D,=,I,0,=4A,U,0,=0.45,U,2,U,2,=40/0.45=89V,U,DRM,=,2U,2,=,126V,选择时，可选其最大整流电流5A，反向工作峰值电压200V,全波,I,D,=,(1/2),I,0,=,2A,U,0,=0.9,U,2,U,2,=40/0.9=44V,U,DRM,=,2,U,2,=63V,选择时，可选其最大整流电流3A，反向工作峰值电压100V,u,0,u,2,+,T,r,-,D,R,L,+,-,i,0,举例有一负载需直流电压U0=40V，I0=4A，计算采用半,29,例2：,试分析图示桥式整流电路中的二极管,D,2,或,D,4,断开时负载电压的波形。,如果,D,2,或,D,4,接反，后果如何？,如果,D,2,或,D,4,因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,u,o,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,解：,当,D,2,或,D,4,断开后,电路为单相半波整流电路。正半周时，,D,1,和,D,3,导通，负载中有电流,过，负载电压,u,o,=,u,；负半周时，,D,1,和,D,3,截止，负载中无电流通,过，负载两端无电压，,u,o,=0。,u,o,u,2,3,4,t,w,t,w,2,3,4,o,o,例2： 试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4,30,如果,D,2,或,D,4,接反,则正半周时，二极管,D,1,、,D,4,或,D,2,、,D,3,导通，电流经,D,1,、D,4,或,D,2,、,D,3,而造成电源短路，电流很大，因此变压器及,D,1,、,D,4,或,D,2,、,D,3,将被烧坏。,如果,D,2,或,D,4,因击穿烧坏而短路,则正半周时，情况与,D,2,或,D,4,接反类似，电源及,D,1,或,D,3,也将因电流过大而烧坏。,u,o,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,如果D2或D4接反如果D2或D4因击穿烧坏而短路uo+_u,31,滤波电路,交流电经整流后成为单向脉动电压，要将其变为较为,平滑的直流电，可通过滤波电路来改善其脉动性。,u,t,0,滤波,u,t,0,整流,滤波电路交流电经整流后成为单向脉动电压，要将其变为较为ut0,32,电容滤波电路,(忽略二极管压降),u,C,（u,0,）,跟随,u,2,变化,u,2,达最大,u,C,（u,0,）,也达最大,D,导通,u,2,对C充电,u,2,+,-,D,R,L,+,-,u,0,+,C,a,b,u,0,D导通,D截止,D导通,0,无电容滤波,u,0,0,D截止,D导通,电容,滤波,当,u,2,处于正半周：,电容滤波电路(忽略二极管压降)uC（u0）跟随u2变化,33,电容较慢放电 (放电回路时间常数大),u,2,按,正弦规律较快下降,当,u,2,由峰值下降：,当,u,2,u,C，,D,重新导通,u,2,+,-,D,R,L,+,-,u,0,+,C,a,b,u,0,D导通,D截止,D导通,0,无电容滤波,u,0,0,D截止,D导通,电容,滤波,电容较慢放电 (放电回路时间常数大)当u2由峰值下降：当u2,34,加入滤波后，,负载上得到的直流电压的脉动情况改善，,输出电压的平均值提高,u,o,u,t,O,t,O,加入滤波后，uoutOtO,35,电路元器件的选择,1 ) 滤波电容的选择,滤波电容越大，负载电阻,R,越大，放电时间常数,=,RC,越大，输出电压越平滑，直流电压越高。,一般取：,半波整流：,R,L,C=(35)T,全波整流：,R,L,C=(35)T/2,T,为交流电压,u,2,的周期；滤波电容一般取几十,uF,几千,uF,，,通常采用,电解电容,，使用时要注意正负极性，不能接反。,a,. 电容值的选择,电路元器件的选择1 ) 滤波电容的选择滤波电容越大，负载电阻,36,负载开路，在交流电压正半周，,D,导通，电容器上电压充至交流电压最大值,2U,2,，由于负载开路，电容器不能放电，随后,D,截止，导致该电压一直维持。,故电容耐压应大于此值.,一般取：,(1.52)U,2,b,. 滤波电容耐压值的选择：,u,2,+,-,D,R,L,+,-,u,0,+,C,a,b,负载开路，在交流电压正半周，D导通，电容器上电压充至交流电压,37,3）二极管的选择（考虑,U,DRM,）：,a.对单相半波带有电容滤波的整流电路，当,负载开路,时,在交流电压的负半周，,截止二极管上承受的反向电压为交流电压的 最大值2U,2,与,电容器上电压,2U,2,之和，即2 2U,2,在交流电压正半周，,电容器上电压充至交流电压最大值,2U,2,，由于负载开路，,电容器不能放电，该电压一直维持。,U,DRM,22U,2,I,OM,=I,O,2U,2,2U,2,u,D,u,2,D,R,L,+,-,u,0,+,C,a,b,-,+,-,3）二极管的选择（考虑UDRM）：a.对单相半波带有电容滤波,38,b.对单相桥式带有电容滤波的整流电路,当,负载开路,时,二极管截止时承受的最高反向电压,U,DRM,=,2U,2,a,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,0,u,2,+,-,+,-,i,1,b,U,DRM,不受电容C影响,b.对单相桥式带有电容滤波的整流电路, 当负载开路时二极管截,39,截止二极管上的最高反向电压,U,DRM,电路,无电容滤波,有电容滤波,单相半波整流,单相桥式整流,小 结,截止二极管上的最高反向电压UDRM电路无电容滤波有电容滤波单,40,负载上的直流电压,接入滤波电容后，负载直流电压升高，通常取：,U,0,=,U,2,(半波整流滤波),U,0,=1.2,U,2,(全波整流滤波),负载上的直流电压接入滤波电容后，负载直流电压升高，通常取：U,41,举例,半波整流电容滤波电路，,f,=50HZ, 要求输出直流电压,U,0,=30V,电流,I,0,=80mA ,估计整流二极管及电容滤波器参数。,二极管：,U,DRM,=,2,2U,0,=,85V,I,D,=,80mA,电容器：,取,R,L,C=,5,T,，则,C=,5/,R,L,f,，,又：,R,L,= U,0,/,I,0,C=,266uF,电容耐压为,(1.52)U,2,，取,50V,可选用最大整流电流100mA， 反向工作峰值电压100V 的二极管，电容为250uF，耐压50V的电解电容,举例半波整流电容滤波电路，f=50HZ, 要求输出直流电压二,42,例：,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率,f,=50Hz，负载电阻,R,L,= 200,，要求直流输出电压,U,o,=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,流过二极管的电流,二极管承受的最高反向电压,变压器副边电压的有效值,u,R,L,u,o,+,+,+,C,解：,1. 选择整流二极管,可选用二极管2CP11,I,OM,=100mA,U,DRM,=50V,例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频,43,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率,f,=50Hz，负载电阻,R,L,= 200,，要求直流输出电压,U,o,=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,取,R,L,C,= 5,T/2,已知,R,L,= 50,u,R,L,u,o,+,+,+,C,解：2. 选择滤波电容器,可选用,C,=250,F，耐压为50V的极性电容器,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负,44,电感滤波电路,当流过电感线圈的电流发生变化，电感两端将产生一个反电动势来阻止电流变化，负载电压和电流就比较平滑了。,桥式整流电感滤波电路,C,+,-,u,+,-,R,L,L,u,0,+,电感滤波电路当流过电感线圈的电流发生变化，电感两端将产生一个,45,滤波用线圈称为,扼流圈,。L越大，阻碍电流变化作用越 强，但成本增加，直流损耗增加。,一般取电感量为几 几十亨,电感滤波电路多用于单相全波整流电路及三相整流电路 中，忽略电感线圈电阻，,负载上直流电压为：,U,0,=0.9U,2,电感滤波输出的直流电压小于电容滤波，但负载变化时，,输出电压变化小，适用于负载变化大及负载电流大的场 合。,滤波用线圈称为扼流圈。L越大，阻碍电流变化作用越 强，,46,C,2,+,-,u,R,L,L,+,+,C,1,C,2,+,-,u,R,L,R,+,+,C,1,复式滤波电路,C2+-uRLL+C1C2+-uRLR+C1复式滤波电路,47,u,t,0,滤波,t,u,0,稳压,稳压管和稳压电路,整流滤波后，交流变为比较平滑 的直流,但直流电压/电流,的平均值受到电网电压波动及负载变动的影响。,为了得到稳定的直流电压，必须在整流和滤波后增加稳,定环节。,ut0滤波tu0稳压稳压管和稳压电路整流滤波后，交流变为比较,48,U(v),I(mA),稳压管,稳压管是特殊工艺制成的面接触型硅二极管。,普通二极管：,在反向电压达到击穿电压时,将击穿烧坏,+,-,U,Z,I,max,工作在反向击穿区，,具有稳压特性,稳压管：,反向工作时，当达到击穿电压，,只要击穿电流限制在,I,max,以内，,当电流有较大变化时，电压都,基本恒定在,U,Z,。,在,I,max,以内，稳压管的反向击,穿可逆，去掉反向电压又恢复,正常,正向工作时相当于普通二极管,U(v)I(mA)稳压管稳压管是特殊工艺制成的面接触型硅二极,49,稳压管的基本参数,稳定电压,U,Z,：稳压范围内稳压管的工作电压。就某一,型号稳压管稳定电压有一定范围.如:2CW1型:78.5V,稳定电流,I,Z,：工作电压等于稳定电压时,制造厂的测试电流,最大稳定电流,I,zma,x,:稳定管允许通过的最大反向电流。,大于此值，稳压管烧坏。,动态电阻,r,Z,:,在稳定状态下，稳压管端电压与相应电流,之比。稳压管反向伏安特性曲线越陡，动态电阻越小，,稳定性能越好。,稳压管的基本参数稳定电压UZ：稳压范围内稳压管的工作电压。就,50,I,Z,R,L,R,+,+,C,U,O,+,-,u,2,-,U,I,D,Z,+,-,I,o,稳压管稳压电路,选择稳压管时一般取：,IZRLR+CUO+-u2-UIDZ+-Io稳压管稳压电路,51,限流电阻,串联在电路中,使稳压管电流不超过I,max,U,I,=U,R,+U,Z,=U,R,+U,O,I=I,O,+I,Z,稳压电路工作原理,1）,当电网电压,U,I,U,Z,，,U,O,I,Z, ,I,U,R,U,O,2）当负载,R,L,变小,U,O,U,Z,I,Z,I,U,R,U,I,不变,U,O,稳压过程总通过稳压管电流的变化来调整,I,Z,R,L,R,+,+,C,u,o,+,-,u,2,-,U,I,D,Z,+,-,I,o,U,I,U,Z,限流电阻串联在电路中,使稳压管电流不超过ImaxUI=UR+,52,思 考 题,1）,R=0,时产生什么现象？,2）稳压管接反了，结果如何？,3）同型号稳压管能串联使用吗？能并联使用吗？,提示：1）从稳压过程入手分析。2）稳压管是特殊的二极管。3） 串联、并联以后稳定电压和允许通过电流分别如何变化？,I,Z,R,L,R,+,+,C,u,0,+,-,u,2,-,U,i,D,Z,+,-,I,o,思 考 题1）R=0 时产生什么现象？2）稳压管接反了，结果,53,0,t,u,交流,电源,0,t,u,变压,u,t,0,整流,u,t,0,滤波,t,u,0,稳压,直流稳压电源,0tu交流0tu变压ut0整流ut0滤波tu0稳压直流稳压电,54,特殊用途二极管参阅教科书！,特殊用途二极管参阅教科书！,55,思考题,思考题,56,单相全波整流电路的工作原理,U,1,负半周：,u,1,u,2,a,T,b,D,1,R,L,u,0,D,2,u,2,i,0,u,D,U,1,正半周：,电流流向：,a-D,1,-R,L,电流流向：,b-D,2,-R,L,单相全波整流电路的工作原理U1负半周：u1u2aTbD1RL,57,输出电压波形与大小,u,0,平均值,U,0,：,U,0,=0.9U,2,输出电压波形：,二极管上承受的最高电压：,u,o,u,1,u,2,a,T,b,D,1,R,L,u,0,D,2,u,2,i,0,u,D,二极管上的平均电流：,输出电压波形与大小u0平均值U0 ：U0=0.9U2输出电,58,7-1,15V10V, 二极管导通，U,AO,=15V,15V10V, 二极管截止，U,AO,=10V,7-2,u,2,u,i,6V,D截止,uo,=,u,i,u,i,10V, 二极管导通，UAO=15V7-2u2,59,u,2,u,i,6V,D,导通,uo,=6V,u,i,6V,D,截止,uo,=,u,i,7-2,（,b,）,u2ui6Vui6V7-2（b）,60,7-3,u,2,（,a,）,u,i,正半周,D,Z,承受反向电压，,但,u,i,6V，,D,Z,反向击穿，,开始稳压,uo,= 6V,u,i,负半周,D,Z,承受正向电压，,相当于普通二,极管正向导通,uo,=,0,V,u,i,正半周,D,Z,承受反向电压，,但,u,i,6V，,未反向击穿，,相当于普通二,极管反向截止,uo,=,u,i,7-3u2（a）ui正半周Ui正半周ui负半周ui正半周,61,7-3,u,2,u,i,正半周,D,Z,承受正向电压，,相当于普通二,极管正向导通,uo,=0V,u,i,负半周,D,Z,承受反向电压，,但,u,i,6V，,D,Z,反向击穿，,开始稳压,uo,= 6V,u,i,负半周,D,Z,承受反向电压，,但,u,i,6V，,未反向击穿，,相当于普通二,极管反向截止,uo,=,u,i,7-3u2ui正半周ui负半周（b）ui负半周ui负半周,62,6V,9V,6V,9V,6V,9V,6V,9V,+,15V,6.7V,9.7V,1.4V,6V9V6V9V6V9V6V9V+15V6.7V9.7V1.,63,END,END,64,
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