电工半导体二极管及直流稳压电源

1、第2章 半导体二极管及直流稳压电源1第第2章章 半导体二极管及直流稳压电源半导体二极管及直流稳压电源2.1 半导体二极管的外部特性2.2 晶体二极管电路的分析方法 2.3 晶体二极管的应用及直流稳压电源2.4 半导体器件型号命名及方法 1、半导体材料及PN结在电子元器件中，用得最多的材料是在电子元器件中，用得最多的材料是硅硅Si、锗锗Ge，均为均为四四价元素。价元素。 硅、锗属于硅、锗属于半导体半导体导电特性介于导体和导电特性介于导体和绝缘体之间。绝缘体之间。2.1 半导体二极管的外部特性一、一、半导体二极管的基本结构半导体二极管的基本结构5磷（磷（P）一、半导体二极管的基本结构硼（硼（B）3

2、N型半导体P型半导体将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管 一、半导体二极管的基本结构按结构分，有点接触型和面接触型两类。按结构分，有点接触型和面接触型两类。点接触型点接触型金锑合金金锑合金面接触型面接触型N型锗型锗 正极引线正极引线负极引线负极引线 PN 结结底座底座铝合金小球铝合金小球引线引线触丝触丝N 型锗型锗外壳外壳 一、半导体二极管的基本结构 PN结面积小，结面积小，结电容小，用于结电容小，用于检波和变频等高检波和变频等高频电路。频电路。PN结面积大，用于工结面积大，用于工频大电流整流电路。

3、频大电流整流电路。二极管的伏安特性的测试电路UmAVDRRW（a）测正向特性）测正向特性UAVDRRW（b）测反向特性）测反向特性二、二极管的伏安特性加反向电压，简称反偏。加反向电压，简称反偏。正向电压，简称正偏正向电压，简称正偏二、二极管的二、二极管的伏安特性伏安特性开启电压开启电压Uth:硅管硅管0.5V，锗管锗管0.1V导通电压（导通电压（管管压降）压降）UD（on） 硅管硅管0.60.8V,锗锗管管0.10.3V反向击穿反向击穿电压电压UBRuD（V）i（mA）死区电压死区电压低电阻, 大的正向电流高电阻, 很小的反向电流当0uD Uth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压。

4、当uD0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：当uD Uth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。开启电压二、二极管的伏安特性1.二极管的正向特性当uD0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：当UBRuD0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。当uDUBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压 。 锗二极管2AP15的伏安特性 击穿电压 二、二极管的伏安特性2.二极管的反向特性 二、二极管的伏安特性材料开启电压导通电压反向饱和电流硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗Ge0.1V0.10.3V几十A二极管伏安特性特征参数11(1)

5、 最大整流电流最大整流电流IF(2) 反向击穿电压反向击穿电压UBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压UR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。 为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压URM一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压UBR的一半计算。的一半计算。二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。 2.1.3 二极管的主要参数12(3) 反向电流反向电流IR 在室温下，在规定的反向电压下

6、，一在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安( A)级。级。即即IS(4)最高工作频率最高工作频率fM(5) 极间电容极间电容CJ 2.1.3 二极管的主要参数13将二极管特性曲线分段线性化，得到二极管特性的等效模型。将二极管特性曲线分段线性化，得到二极管特性的等效模型。理想开关理想开关导通时导通时uD0截止时截止时IS0理想理想二极管二极管(1)理想模型理想模型2.2.1 晶体二极管的模型晶体二极管的模型2.2 晶体二极管电路的分

7、析方法【例】 电路如图(a)所示，理想二极管，求输出电压Uo。解：UD2=1+5=6(V)0UD1=1(V)0UD2UD1VD2先先导通由图(b)重求UD1UD1=5(V)0VD1截止为什么不是UD1=1(V)？Uab=5(V)二极管电路分析举例断开二极管- UD1+- UD2+解：（1）理想模型）理想模型当uD0，即ui0，即uiUREF时，二极管导通 ，例：电路如图所示R=1k,UREF=3V为直流参考电压源。当 ui=6sint(V)试分别用理想模型和恒压降模型分析该电路，画出相应的输出电压uo的波形。REFiDUuu uo=uiuo=UREF=3V二极管限幅电路分析uD+- (b) 理

8、想模型时的波形理想模型理想模型uiUREFuo=uiuo=UREF=3V波形如图(b)所示二极管限幅电路分析二极管限幅电路分析解：（2）恒压降模型）恒压降模型当uD0，即ui0，即uiUREF+UD(on)时，二极管导通 ，uo=uiuo=UREF+UD(on)=3.7V(c) 恒压降模型DiREFD(on)uuUU恒压降模型恒压降模型波形如图(d)所示 (d) 恒压降模型时的波形uiUREF+UD(on)uo=uiuo=UREF+UD(on)=3.7V二极管限幅电路分析双向限幅电路二极管限幅电路分析改变电压值通常为降压交流变脉动的直流减小脉动 直流电源是能量转换电路，将220V（或380V）

9、50Hz的交流电转换为直流电。直流电源的组成及各部分的作用稳定输出电压1) 负载变化输出电压基本不变；2) 电网电压变化输出电压基本不变。在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动10，且负载有一定的变化范围。2.3 晶体二极管的应用及直流稳压电源晶体二极管的应用及直流稳压电源21（1） 工作原理u2的正半周，的正半周，D导通，导通， ADRLB，uO= u2 。 2uu2的负半周，的负半周，D截止，承受反向电压，为截止，承受反向电压，为u2； uO=0。2u1半波整流电路半波整流电路2.3.2. 小功率整流滤波电路22(2) UO（AV）和和 IO（AV）的估算的估算 已知变压器

10、副边电压有效值为已知变压器副边电压有效值为U2 O(AV)2 012sin d( )2UUtt 2O(AV)220.45UUU O(AV)2O(AV)LL0.45UUIRR1半波整流电路23(2) 输出电压和电流平均值的估算输出电压和电流平均值的估算 O(AV)2 012sin d( )UUtt LLO(AV)2L(AV)0.9UUIRR 2O(AV)22 20.9UUU 2、单相桥式整流电路24D(RM)22UU 2D(AV)O(AV)L0.45UIIR 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：，二极管的极限参数应满足： 与半波整流电路对二极管的要求相同

11、2FLDR20.451.1 1.1 2UIRUU (3) 二极管的选择2、单相桥式整流电路电容电容充电充电电容电容放电放电二极管导通时给电容充电二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向二极管截止时电容向负载放电负载放电。（1）工作原理）工作原理RLD1D4D3D2iOC+ uO= uC +u2 3、电容滤波电路 例例 有一有一单相桥式单相桥式电容滤波电容滤波整流电路，已知交流电整流电路，已知交流电源频率源频率 f = 50 Hz，负载电阻负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电要求直流输出电压压 UO = 30 V，选择选择整流二极管整流二极管及及滤波电容器。滤波电容器。 解解 ( (1

12、) )选择选择整流二极管整流二极管流过二极管的电流流过二极管的电流mA75A0.075A20030212121LOOD RUII取取 UO = 1.2U2，所以变压器二次电压的有效值所以变压器二次电压的有效值O230V25 V1.21.2UU 3、电容滤波电路二极管所承受的最高反向电压二极管所承受的最高反向电压因此可选用因此可选用 2CZ52B 型二极管，其型二极管，其最大整流电流最大整流电流为为 100 mA，反向工作峰值电压反向工作峰值电压为为 50 V。( (2) )选择滤波电容器选择滤波电容器所所以以取取25LTCR s0.05s21/505L CR选用选用 C = 250 F ，耐压

13、为，耐压为 50 V 的极性电容器。的极性电容器。6L0.050.05F250 10F250 F200CR 3、电容滤波电路DRM22225 V35 VUU 使使Co不通过稳压器放电不通过稳压器放电抵销长线电感效应，抵销长线电感效应，消除自激振荡消除自激振荡 将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻。（2）基本应用消除高频噪声消除高频噪声1、固定输出的三端集成稳压器2WO12O)1(RIURRU IW为几mA(常可忽略)，UO与三端稳压器参数有关。调节R2，则能调节输出电压UO。（3）输出电压扩展电路W78132 Ci CO DZ+UO +UI +U +UZ 输出电压输出电压 UO =

14、 U + UZ1、固定输出的三端集成稳压器隔离作用隔离作用123omax1RRRUUR 123omin12RRRUURR （4）输出电压可调的电路1、固定输出的三端集成稳压器24V24V220 VW7815W7915132321+CC1000 F 1000 F Ci0.33 F Ci0.33 F CO1 F CO1 F+15 V 15 V（5）具有正、负两路输出的稳压电路 1、固定输出的三端集成稳压器输出电压UREF1.25V，调整端电流只有几微安。正输出集成稳压器系列CW117（军用）、CW217（工业用）、CW317（民用）负输出有CW137（军用）、CW237（工业用）、CW337（民用

15、） 2. 基准电压源三端可调式稳压器 W117 （1）简介）简介33REF12O)1(URRU 减小纹波电压减小纹波电压保护保护稳压器稳压器（2）基本应用2. 基准电压源三端可调式稳压器 W117 A5 . 1mA3V40V3OOI IUU 1. R1的上限值为多少？2. UO可能的最大值为多少？3. 输出电压最小值为多少？决定于决定于IOmin两种情况：两种情况：1.已知已知UI 2.自己选取自己选取UI决定于决定于W117的输出的输出讨论：W117的应用A5 . 1mA3V40V3OOI IUU 4. UOmax30V，选取R1、 R2；5. 已知电网电压波动10，输出电压最大值为30V， UI至少取多少伏？输入电压最低、输出电压最高时，输入电压最低、输出电压最高时，UIminUOmax3V。根据输出电压表达式根据输出电压表达式讨论：W117的应用36【例例】 电路如图所示，集成