1、6章二极管及整流6.1 半导体的基本知识半导体的基本知识半导体：半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的材料导电能力介于导体和绝缘体之间的材料常见半导体材料有常见半导体材料有硅硅、锗、硒及金属的氧化物和、锗、硒及金属的氧化物和硫化物等。硫化物等。纯净半导体的导电能力很差。纯净半导体的导电能力很差。半导体特性：半导体特性：1.热敏特性热敏特性:温度升高导电能力增强（如钴、锰、温度升高导电能力增强（如钴、锰、镍的氧化物做成的镍的氧化物做成的热敏电阻热敏电阻）。）。2.光敏特性光敏特性:光照增强导电能力增强（如镉、铅等光照增强导电能力增强（如镉、铅等硫化物做成的硫化物做成的光敏电阻光敏电阻）。）。3.
2、掺杂特性掺杂特性:掺入少量杂质导电能力增强。掺入少量杂质导电能力增强。6.1.1 本征半导体本征半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体完全纯净、具有晶体结构的半导体最常用的半导体为硅最常用的半导体为硅(SiSi)和锗和锗(GeGe)。它们的共同特征是它们的共同特征是四价元素四价元素，每个原子最外，每个原子最外层电子数为层电子数为 4 4。+SiSiGeGe共价键共价键本征半导体本征半导体晶体中的共价健结构：晶体中的共价健结构：每个原子与每个原子与相邻的四个相邻的四个原子结合。原子结合。每个原子的一个价电子与每个原子的一个价电子与相邻原子的一个价电子组相邻原子的一个价电子组成一电子对，由相邻原子成
3、一电子对，由相邻原子共有，构成共有，构成共价键共价键结构。结构。共价键共价键价电子价电子共共价价键键价电子价电子自由电子自由电子和和空穴空穴同时同时产生产生半导体导电方式半导体导电方式激发激发自由电子自由电子温增温增/光照光照外加电压外加电压电子电流电子电流离开离开剩空穴剩空穴（原子带（原子带正电）正电）外加电压外加电压吸引相邻原吸引相邻原子价电子填子价电子填补空穴补空穴好像好像空穴空穴在运在运动动空穴电流空穴电流与金与金属导属导电的电的区别区别硅原子硅原子自由自由电子电子硅原子硅原子半导体中的半导体中的自由电子自由电子和和空穴空穴都能参与导电都能参与导电半导体具有两种载流子。半导体具有两种载
4、流子。共价键共价键价电子价电子小结小结本征半导体中的自由电子和本征半导体中的自由电子和空穴总是空穴总是成对出现成对出现，同时又，同时又不断进行复合。在一定温度不断进行复合。在一定温度下，载流子的产生与复合会下，载流子的产生与复合会达到达到动态平衡动态平衡。温度愈高，。温度愈高，载流子数目就愈多，导电性载流子数目就愈多，导电性能就愈好能就愈好温度对半导体温度对半导体器件性能影响很大器件性能影响很大6.1.2 NN型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体在常温下，本征半导体的两种载流子数量在常温下，本征半导体的两种载流子数量还是极少的，其导电能力相当低。还是极少的，其导电能力相当低。如果在半导体
5、晶体中掺入微量杂质元素，如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到将得到掺杂半导体掺杂半导体，而，而掺杂半导体的导电掺杂半导体的导电能力将大大提高。能力将大大提高。由于掺入杂质元素的不同，由于掺入杂质元素的不同，掺杂半导体掺杂半导体可可分为分为两大类两大类NN型半导体和型半导体和 P P型半导体型半导体1.N N型半导体型半导体当在硅或锗的晶体中掺入微量磷当在硅或锗的晶体中掺入微量磷(或其它五价元或其它五价元素素)时，磷原子与周围四个硅原子形成共价键后，时，磷原子与周围四个硅原子形成共价键后，磷原子的外层电子数将是磷原子的外层电子数将是 9 9，比稳定结构多一，比稳定结构多一个价电子。个价电子
6、。P+SiSiSiSiSiSiSiPSiSiSiSi多余多余电子电子1.N N型半导体型半导体掺入掺入磷磷杂质的硅半导体晶体中，杂质的硅半导体晶体中，自由电子自由电子的数目的数目大量增加。大量增加。这种半导体主要靠自由电子导电这种半导体主要靠自由电子导电，称称之为电子半导体或之为电子半导体或N N型半导体型半导体。在在N N型半导体中型半导体中电子电子是多数载流子、是多数载流子、空穴空穴是少是少数载流子。数载流子。室温情况下，本征硅中载流子有室温情况下，本征硅中载流子有1.51.5 10101010个个/cm/cm3 3，当磷掺杂量在，当磷掺杂量在101066量级时，电子载流量级时，电子载流子
7、数目将增加几十万倍。子数目将增加几十万倍。当在硅或锗的晶体中掺入微量硼当在硅或锗的晶体中掺入微量硼(或其它三价或其它三价元素元素)时，硼原子与周围的四个硅原子形成共时，硼原子与周围的四个硅原子形成共价键后，硼原子的外层电子数将是价键后，硼原子的外层电子数将是 7 7，比稳，比稳定结构少一个价电子。定结构少一个价电子。B+SiSiSiSiSiSiSiBSiSiSiSi空穴空穴2.P P型半导体型半导体综上所述，由于掺入杂质的不同，产生了综上所述，由于掺入杂质的不同，产生了N N型半导型半导体和体和P P型半导体。杂质半导体中载流子的浓度远大型半导体。杂质半导体中载流子的浓度远大于本征半导体中载流
8、子的浓度，于本征半导体中载流子的浓度，虽然它们都有一种虽然它们都有一种载流子占多数，载流子占多数，但整个半导体晶体仍是但整个半导体晶体仍是电中性电中性的的。掺掺硼硼半导体中，半导体中，空穴空穴数目远大于数目远大于自由电子自由电子数目。数目。主要靠空穴导电主要靠空穴导电,称为称为空穴半导体空穴半导体或或P型半导体型半导体。空穴空穴为多数载流子，为多数载流子，自由电子自由电子是少数载流子。是少数载流子。因为载流子带正电或负电，原子则相反带负因为载流子带正电或负电，原子则相反带负电或带正电，整个晶体不带电。电或带正电，整个晶体不带电。6.1.3 PN PN结及其单向导电性结及其单向导电性半导体器件的
9、核心是半导体器件的核心是PNPN结，结，是采取一定的工是采取一定的工艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成艺措施在一块半导体晶片的两侧分别制成P P型型半导体和半导体和N N型半导体，在两种半导体的交界面型半导体，在两种半导体的交界面上形成上形成PNPN结结。各种各样的半导体器件都是以各种各样的半导体器件都是以PNPN结为核心而结为核心而制成的，正确认识制成的，正确认识PNPN结是了解和运用各种半结是了解和运用各种半导体器件的关键所在。导体器件的关键所在。1.PN结的形成结的形成PN空间电荷区空间电荷区N N区一侧因失去电子而区一侧因失去电子而留下带正电的离子，留下带正电的离子，P P区一侧因失
10、去空穴而区一侧因失去空穴而留下带负电的离子。留下带负电的离子。交界处多数载流子扩散到对方并复合掉交界处多数载流子扩散到对方并复合掉内电场内电场阻碍了多子的继续扩散，推动少子的漂移阻碍了多子的继续扩散，推动少子的漂移运动，最终达到运动，最终达到动态平衡动态平衡，空间电荷区宽度一定，空间电荷区宽度一定P区区空穴多空穴多N区区自由电子多自由电子多内电场内电场耗尽了载流子的交界耗尽了载流子的交界处留下不可移动的离处留下不可移动的离子形成子形成空间电荷区空间电荷区；空间电荷区空间电荷区P区区N区区载流子的运动有两种形式：载流子的运动有两种形式：扩散扩散 由于载流子浓度梯度引起的载流子从高由于载流子浓度梯
11、度引起的载流子从高浓度区向低浓度区的运动。浓度区向低浓度区的运动。漂移漂移 载流子受电场作用沿电场力方向的运动。载流子受电场作用沿电场力方向的运动。耗尽层中载流子的扩耗尽层中载流子的扩散和漂移运动最后达散和漂移运动最后达到一种动态平衡，这到一种动态平衡，这样的样的耗尽层耗尽层就是就是PNPN结结PNPN结结内电场内电场的方向的方向由由N N区指向区指向P P区。区。1.PN结的形成结的形成2.PN结的结的单向导电性单向导电性1)1)加加正向电压正向电压扩散增强扩散增强,漂移变弱漂移变弱.PN内电场方向外电场方向I变窄变窄+外电场方向与内电场方向相反，外电场外电场方向与内电场方向相反，外电场削弱
12、了内电场，使空间电荷区变薄削弱了内电场，使空间电荷区变薄.PN结两侧的多数载流结两侧的多数载流子能顺利地通过子能顺利地通过PN结结形成较大的正向电流形成较大的正向电流.外电源不断提供电荷维持电流外电源不断提供电荷维持电流PN结呈现低阻导通状态结呈现低阻导通状态 2)2)加加反向电压反向电压将外电源的正端接将外电源的正端接N N区、负端接区、负端接P P区。区。外电场与内电场方向相同，空间电荷区变宽。扩散运外电场与内电场方向相同，空间电荷区变宽。扩散运动变弱，漂移运动增强，参与漂移运动的载流子是少动变弱，漂移运动增强，参与漂移运动的载流子是少子，反向电流极小。子，反向电流极小。PN内电场方向内电
13、场方向外电场方向外电场方向+I0变宽变宽少子是由热激发产生的，少子是由热激发产生的，即温度愈高少子的数量愈即温度愈高少子的数量愈多，故温度对反向电流的多，故温度对反向电流的影响很大。影响很大。PNPN结具有单向导电性，结具有单向导电性，即正向导通、反向截止即正向导通、反向截止2.PN结的结的单向导电性单向导电性PN结呈高阻截止状态结呈高阻截止状态6.2 半导体二极管半导体二极管6.2.1 基本结构基本结构将将PNPN结加上电极引线及外壳，就构成了半导体结加上电极引线及外壳，就构成了半导体二极管。二极管。PNPN结是二极管的核心。根据所用材料结是二极管的核心。根据所用材料不同，二极管有硅二极管和
14、锗二极管两种。不同，二极管有硅二极管和锗二极管两种。金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a )点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b )面接触型面接触型阴极阴极阳极阳极 符号符号D二极管由二极管由 PN PN 结构成，具有单向导电性。硅结构成，具有单向导电性。硅二极管的电流二极管的电流-电压关系电压关系 (伏安特性伏安特性)如图：如图：由电压零点分为由电压零点分为正向区正向区和和反向区。反向区。正向：正向：由由死区电压死区电压分为分为死区死区和和导通区导通区 (Si-0.5V Ge-
15、0.1V)(Si-0.5V Ge-0.1V)U(V)0.400.8-50-25I(mA)204060 40200-0.5v:0-0.5v:正压低正压低外电场小于内电场外电场小于内电场正向电流正向电流 0 00.5v:0.5v:正压高正压高外电场大于内电场外电场大于内电场内电场大大削弱内电场大大削弱正向电流大正向电流大6.2.2 伏安特性伏安特性死死区区导通导通区区死区电压死区电压正向导通压降：正向导通压降：Si 0.60.7V Ge 0.20.3V截止区截止区:负压小负压小漂移强漂移强(少子少子)很小很小反向电流反向电流反向饱和电流。反向饱和电流。U(V)0.400.8-50-25I(mA)2
16、04060 4020反向反向：由击穿电压分为由击穿电压分为截止区截止区和和击穿区。击穿区。6.2.2 伏安特性伏安特性击穿区击穿区:负压大负压大二极管失去单向导电二极管失去单向导电性性击穿击穿反向击穿电流反向击穿电流不可逆。不可逆。击穿原因：碰撞和非碰撞击穿原因：碰撞和非碰撞碰撞碰撞:强电场中载流子获大能量碰撞晶格强电场中载流子获大能量碰撞晶格价电子弹出，产生电子空穴对价电子弹出，产生电子空穴对即新的载即新的载流子再碰撞晶格流子再碰撞晶格雪崩反应，反向电流越雪崩反应，反向电流越来越大来越大反向击穿。反向击穿。非碰撞非碰撞:强电场直接将共价键中价电子拉出，强电场直接将共价键中价电子拉出，产生电子
17、空穴对产生电子空穴对，形成较大反向电流。，形成较大反向电流。二极管的特性不仅可用伏安曲线表示，也可用一些数二极管的特性不仅可用伏安曲线表示，也可用一些数据进行说明据进行说明,这些数据就是二极管的参数。二极管的主这些数据就是二极管的参数。二极管的主要参数有：要参数有：1.1.最大整流电流最大整流电流IOM 二极管长时间使用所允许通过的二极管长时间使用所允许通过的最大正向平均电流。最大正向平均电流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压URWM 保证二极管不被击穿而给保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，为反向击穿电压的出的反向峰值电压，为反向击穿电压的1/21/2至至2/32/3。3.3.反
18、向峰值电流反向峰值电流IRM 二极管加反向峰值电压时的反二极管加反向峰值电压时的反向电流值。该值愈大说明二极管的性能愈差，硅管的向电流值。该值愈大说明二极管的性能愈差，硅管的此参数值为微安级以下。此参数值为微安级以下。6.2.3 主要参数主要参数4.4.最高工作频率最高工作频率fM 二极管能承受的外施电压的最高二极管能承受的外施电压的最高频率。若超过则失去单向导电性。频率。若超过则失去单向导电性。PNPN结两侧的空间电结两侧的空间电荷与电容极板充电时所储存的电荷类似，称为结电容荷与电容极板充电时所储存的电荷类似，称为结电容定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止
19、截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，6.2.4 二极管的应用二极管的应用AB+3V0VR-12VDADB如图，如图，V VA A=+3V=+3V，V VB B=0V=0VR R接负电源接负电源-12V-12V，求，求V VY Y多个二极管导通原则：多个二极管导通原则：先先所有所有管，计算各管，计算各管上电压，谁高谁优先导通。管上电压，谁高谁优先导通。剩下各管再计算电压。剩下各管再计算电压。大于大于死区电压导通，否则截止。死区电压导通，否则截止。解：解：UDA=3-（-12）=15V UDB=0-（-12）=12V DA优先导通，优先导通，导通压降设为导通压降设为0.3V VY=3-0.3
20、=2.7V+-+-UDB=0-2.7=-2.7V DB反向截止。反向截止。D DA A起钳位作用，把起钳位作用，把V VY Y钳住在钳住在2.7V2.7V。D DB B起隔离作用，隔起隔离作用，隔离输入端离输入端B和输出和输出端端Y。V sin18itu t 6.3 稳压二极管稳压二极管6.3.1 伏安特性伏安特性稳压管是一种特殊的面接触型二稳压管是一种特殊的面接触型二极管。它在电路中常用作稳定电极管。它在电路中常用作稳定电压的作用，故称为压的作用，故称为稳压管稳压管。稳压管的图形符号：稳压管的图形符号：U(V)0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压管的
21、伏安特性曲线稳压管的伏安特性曲线与普通二极管类似，只与普通二极管类似，只是反向曲线更陡一些。是反向曲线更陡一些。6.3.1 伏安特性伏安特性0.400.8-8-4I(mA)204010-20-1030-12反向正向稳压管正常工作于稳压管正常工作于反向击穿区反向击穿区，常见电路如下：常见电路如下：U iRU oR L在电路中稳压管是在电路中稳压管是反向联接反向联接的。的。当当U i大于稳压管的击穿电压时，稳大于稳压管的击穿电压时，稳压管被击穿（压管被击穿（在一定的电流范围内可逆），电流将增大，电阻），电流将增大，电阻R两端两端的电压增大，稳压管两端的电压基的电压增大，稳压管两端的电压基本不变，输
22、出电压本不变，输出电压U o等于等于U z。1 1、稳定电压稳定电压Uz 指稳压管正常工作时的端电压指稳压管正常工作时的端电压。同一型号稳压管同一型号稳压管UZ 也不一定相等。也不一定相等。2 2、稳定电流稳定电流IZ 正常工作的参考电流值。正常工作的参考电流值。每种型号稳压管都规定有一个每种型号稳压管都规定有一个最大稳定电流最大稳定电流IZM，超过它，易，超过它，易发生热击穿（不可逆），稳压发生热击穿（不可逆），稳压管损毁管损毁,I IZIZM。0I(mA)反向正向UZIZ6.3.2 主要参数主要参数3 3、电压温度系数、电压温度系数 U U说明说明稳压值受温度影响的参数，越小越好稳压值受温
23、度影响的参数，越小越好。如：稳压管如：稳压管2CW182CW18的电压温度系数为的电压温度系数为0.095%/0.095%/C C 假如在假如在20 20 C C时的稳压值为时的稳压值为11V11V，当温度升高到，当温度升高到50 50 C C时的稳压值将为时的稳压值将为V3.1111)2050(100095.011特别说明：特别说明：稳压管的电压温度系数有正负之别。稳压管的电压温度系数有正负之别。0V6UV6U0V6UUZUZUZ很小因此选用因此选用6V6V左右的左右的稳压管，具有较好稳压管，具有较好的温度稳定性。的温度稳定性。6.3.2 主要参数主要参数4 4、动态电阻、动态电阻rZ 稳压
24、管子端电压和通过其电流的变化量之稳压管子端电压和通过其电流的变化量之比。比。稳压管的反向伏安特性曲线越陡，则稳压管的反向伏安特性曲线越陡，则动态电阻越小，稳压效果越好。动态电阻越小，稳压效果越好。U(V)0I(mA)反向正向UZIZZZZIUr IZmIZUZ5 5、最大允许耗散功耗、最大允许耗散功耗PZM 保证稳压管不发生热击穿的最保证稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。大功率损耗。其值为稳定电压和允许的最大其值为稳定电压和允许的最大电流乘积电流乘积ZMZZMIUP6.3.2 主要参数主要参数例例电路如图，通过稳压管的电流电路如图，通过稳压管的电流I IZ Z等于多少？等于多少？解：解：UR=
25、20-12=8VIZ=IR=8/1.6=5mA0时时二极管二极管导通导通，uo=u2 u20时时二极管二极管截止截止，uo=0 二极管承受的最大二极管承受的最大反向反向电压电压：DRM2mUUU U20uoTUoO012sin()2UUt dt 单相半波整流电压的平均值为单相半波整流电压的平均值为 U 2 U.450 整流电流的平均值为整流电流的平均值为 OO0.45LLUUIRR 通过二极管的通过二极管的平均电流平均电流：DO0 45LUII.R 【例例】有一有一单相半波整流电路，已知变压器副边电压单相半波整流电路，已知变压器副边电压U=20 V，RL=900，试求，试求UO、IO及及UDR
26、M，并选用二极管。，并选用二极管。O0.450.45209UUV OO910900LUIAmAR DRM222028.2UUV 查二极管参数，选用查二极管参数，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。项参数选择应比计算值大一倍左右。DOII 2.2.单相桥式整流电路单相桥式整流电路 单相半波整流只利用了电源的半个周期，整流输出电压低，单相半波整流只利用了电源的半个周期，整流输出电压低，脉动幅度较大。为此采用单相桥式整流电路，由四个二极脉动幅度较大。为此采用单相桥式整流电路，由四个二极管接成电桥的形式。管接成电桥的形式。RLuuoaTrRL
27、buuoRLuuoRLuouoaTrRLbuD1D3在变压器副边电压在变压器副边电压u为为正半周正半周时，二极管时，二极管D1、D3导通，而二导通，而二极管极管D2、D4截止；截止；t0u0当副边电压当副边电压u为为负半周负半周时，二时，二极管极管D2、D4导通，而二极管导通，而二极管D1、D3截止。截止。t0uD D2 2、D D4 4通通D D1 1、D D3 3通通D D1 1、D D3 3通通D D2 2、D D4 4通通-+整流后输出的是脉动直流，既整流后输出的是脉动直流，既有有直流成分直流成分又有又有交流成份交流成份。aTrRLbuD2D4+-U2T0uO012 sind()UUt
28、t U 22 U.90 Uo整流电流的平均值为整流电流的平均值为 单相单相桥式桥式整流电压的平均值为整流电压的平均值为 OO0.9LLUUIRR 流过每个二极管的平均电流过每个二极管的平均电流为负载电流的一半流为负载电流的一半DO10.452LUIIR uoaTrRLbuD1D3D4D2oLI.IRUI111900 变压器变压器副边在正负半周均有电流流过，副边在正负半周均有电流流过，副副边电流为正弦量边电流为正弦量.每个二极管所承受的最高反向电压为每个二极管所承受的最高反向电压为UUDRM2 it0i副边电流副边电流有效值为有效值为【例例】单相桥式整流电路，已知单相桥式整流电路，已知R RL
29、L=160=160，要求输出电，要求输出电压的平均值为压的平均值为20V20V，试选择合适的二极管并确定变压器副，试选择合适的二极管并确定变压器副边电流的有效值。边电流的有效值。解：解：因因U0=20 V，Io=Uo/Ro=20/160=125mA流过二极管的平均电流为流过二极管的平均电流为ID=0.5Io=0.5125125=62.5mA变压器副边电压的有效值为变压器副边电压的有效值为U=Uo/0.9=20/0.9=22.2V二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 查附录资料，应选用查附录资料，应选用2CZ52B(100 mA，50 V)二极管。二极管。变压器副边电流的有效值为
30、变压器副边电流的有效值为 I=1.11Io=1.11125125=138.8mAV4.312.2222 UUDRM整流电压整流电压平均值平均值t0uot0uot0uo电电 路路整流电整流电压波形压波形O0.45UU O0.9UU O0.9UU 二极管平二极管平均电流均电流ODOLUIIR OD2II OD2II 二极管反二极管反向电压向电压DRM2UU DRM2UU DRM22UU 副边电流副边电流有效值有效值O1.57II O0.79II O1.11II 常见的几种整流电路常见的几种整流电路UUoIo半半波波UUoUIo全全波波UoUIo桥桥式式整流电流整流电流平均值平均值t0iot0io电
31、电 路路整流电整流电流波形流波形O/mIIO2/mII副边电流副边电流有效值有效值O/21.57mIIIIO/20.79mIIIIO/21.11mIIII副边电副边电流波形流波形t0it0iO2/mIIUUoIo半半波波UUoUIo全全波波UoUIo桥桥式式t0iot0iiii6.4.2 6.4.2 滤波电路滤波电路 整流电路的输出是整流电路的输出是单向脉动单向脉动电压，除直流分量外，电压，除直流分量外，还含有较高的还含有较高的谐波谐波成分，必须在整流电路后加接成分，必须在整流电路后加接滤波器滤波器，改善输出电压的脉动程度。改善输出电压的脉动程度。滤波原理：利用储能元件滤波原理：利用储能元件电
32、容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电感电感中中的电流的电流)不能突变的特性不能突变的特性,将将电容电容与负载与负载RL并联并联(或将或将电电感感与负载与负载RL串联串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。1.1.电容滤波电路电容滤波电路 TrDRLabuO=uCCD截止截止D导导通通t0u0D导通导通mn0m:变压器副边电压变压器副边电压u在正半周上升段，二极管在正半周上升段，二极管D导通导通，电流流经负载电阻电流流经负载电阻RL，并给，并给电容器电容器C充电充电。
33、经过峰值后，变压器副边电压经过峰值后，变压器副边电压u按正弦规律下降，当按正弦规律下降，当uuC时，二极管时，二极管D承受反向电压承受反向电压截止截止。mn:电容器通过负载电阻电容器通过负载电阻RL按指数规律按指数规律缓慢放电缓慢放电，uC下下降的速度由时间常数降的速度由时间常数=RLC决定。决定。+u-uuC单相单相半波半波整流整流(接接电容滤波电容滤波)若负载电阻若负载电阻RL断开，断开，C C无无放电回路放电回路UUo2 UUDRM22 二极管截止时承受的二极管截止时承受的最高反向电压最高反向电压+-+单相桥式单相桥式整流整流(接电容滤波接电容滤波)0 0-+aTrbuRLuoD1D2D
34、3D4CUUDRM2 输出电压的脉动程度与放电时间常数输出电压的脉动程度与放电时间常数RLC有关，有关，C越大，越大，负载越轻负载越轻(RL越大越大)，脉动就会越小，脉动就会越小.一般取一般取 即可达到要求，此时输出电压即可达到要求，此时输出电压U Uo o由下式估算：由下式估算：(T T:电源电压的周期电源电压的周期)2)53(TCRL OUU O1.2UU(半波半波)(全波全波)uo二极管最高反向电压二极管最高反向电压 电容滤波电路中元件的选择：电容滤波电路中元件的选择：DRM2 2UU 带电容滤波的桥式整流带电容滤波的桥式整流电路电路 DRM2UU 二极管导通时间比不带电容滤波的时间短得
35、多二极管将二极管导通时间比不带电容滤波的时间短得多二极管将承受较大的冲击电流，容易造成损坏，在选择二极管时承受较大的冲击电流，容易造成损坏，在选择二极管时应留有充分的余地，一般按应留有充分的余地，一般按(23)ID 选择二极管的最大整选择二极管的最大整流电流。流电流。由于滤波电容保持有电压输出，应注意二极管截止由于滤波电容保持有电压输出，应注意二极管截止时所承受的最高反向电压时所承受的最高反向电压UDRM有所不同有所不同:带电容滤波的半波整流带电容滤波的半波整流电路电路常用电容器一般在常用电容器一般在10101 1-10-103 3微法，其耐压值应大于输出电微法，其耐压值应大于输出电压的最大值
36、，一般大容量电容具有极性。压的最大值，一般大容量电容具有极性。2)53(TCRL【例例】单相桥式整流带电容滤波的电路，已知交流电源频单相桥式整流带电容滤波的电路，已知交流电源频率率f=50 Hz，负载电阻，负载电阻RL=200，要求输出直流电压，要求输出直流电压U0=20 V，选择整流二极管和滤波电容。，选择整流二极管和滤波电容。RLuC解：流过负载的平均电流为解：流过负载的平均电流为 OO20A100mA200LUIR 流过二极管的电流为流过二极管的电流为 DO150mA2II 变压器副边电压的有效值，按变压器副边电压的有效值，按UO=1.2U计算计算 O2016.67 V1.21.2UU
37、二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 DRM22 16.6723.6 VUU 查附录可知，应选用查附录可知，应选用2CZ52B(100 mA，50 V)。RLuuoC电容的选择电容的选择LRTC25 S.fT0205011 因因为为F.RTCL 2502002020525 所所以以应选用应选用C=250 F，耐压为，耐压为50 V的电解电容。的电解电容。2.2.电感滤波电路电感滤波电路(LC(LC滤波器滤波器)TrRLuoCLu当电感线圈的电感量较大时，往往要带铁心，使整个电路当电感线圈的电感量较大时，往往要带铁心，使整个电路体积大，笨重。易引起电磁干扰。所以，体积大，笨重。易
38、引起电磁干扰。所以，电感滤波电路电感滤波电路只只适用于适用于低电压，大电流低电压，大电流的场合。的场合。经桥式整流后输经桥式整流后输出的单向脉动电出的单向脉动电压可分解为直流压可分解为直流分量和谐波分量。分量和谐波分量。直流分量全部加到负载直流分量全部加到负载RL上，频愈高，交流分量在上，频愈高，交流分量在 XL上的上的压降愈大。加到压降愈大。加到RL上的交流分量压降愈小，从而负载上的交流分量压降愈小，从而负载RL上上输出的电压脉动减小，波形变平滑。输出的电压脉动减小，波形变平滑。3.3.形滤波电路形滤波电路 形形LC滤波器滤波器的滤波效的滤波效果更好，但整流二极管果更好，但整流二极管的冲击电
39、流较大的冲击电流较大.电感线圈的体积大，有时可电感线圈的体积大，有时可用电阻代替电感线圈构成用电阻代替电感线圈构成 形形RC滤波器滤波器。R愈大，滤波愈大，滤波效果愈好，但效果愈好，但R太大，将使太大，将使输出电压下降，所以适用于输出电压下降，所以适用于负载电流较小负载电流较小、电压脉动很电压脉动很小小场合。场合。RLC2LC1uuo 形形LC滤波电路滤波电路RLC2RC1uuo 形形RC滤波电路滤波电路6.4.3 6.4.3 稳压管稳压电路稳压管稳压电路 经整流和滤波后，虽脉动程度有了最大改经整流和滤波后，虽脉动程度有了最大改善，但直流电压幅度还会随着电网的波动善，但直流电压幅度还会随着电网
40、的波动或负载的变化而变化。或负载的变化而变化。最简单的直流稳压电源是利用稳压管组最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。成的。稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路 RLUICUoIoDZRIZ1.1.电路结构电路结构由硅由硅稳压管稳压管Dz和和限流电阻限流电阻R组成最简单的直流组成最简单的直流稳压电路。整流和滤波后得到的直流电压稳压电路。整流和滤波后得到的直流电压UI 加加在电阻在电阻R与稳压管与稳压管Dz组成的稳压电路的输入端，组成的稳压电路的输入端，这样在负载上就可以得到一个比较稳定的直流这样在负载上就可以得到一个比较稳定的直流电压电压.2.2.工作原理工作原理RLUICUoIoDZRIZ
41、(1)(1)电网电压波动电网电压波动(RL 不变不变)(2)(2)负载波动负载波动(UI不变不变)保持负载电压保持负载电压Uo近似不变近似不变u UI Uo IZ （稳压管特性稳压管特性）UR 抵偿抵偿UI，Uo近似不变近似不变RL Io UR Uo IZ（稳压管特性）（稳压管特性）IR和和UR不变不变3.3.稳压管的选择稳压管的选择Uz=UO，IZM=(1.53)IOM，UI=(23)UO IRu+UR -【例例】在稳压二极管稳压电路中，已知负载电阻在稳压二极管稳压电路中，已知负载电阻RL由由开路变至开路变至1.2K，交流电压经整流滤波后得出，交流电压经整流滤波后得出UI=30 V。今要求输出直流电压今要求输出直流电压UO=10V，试选择合适的稳压管。，试选择合适的稳压管。RLUiCUoIoDZRIZ解：解：当当RL=1.2 K时时mA.A.RUILOom38103810211033 查附录可知，应选用查附录可知，应选用2CW59，其参数为，其参数为 Uz=1011.8 V，IZM=20 mA
