《极管及直流电源》PPT课件.ppt

1、1,引言,电子技术是研究电子器件、电子电路及其应用的科学。,电子技术作为一门学科，诞生至今仅有百年的历史，但其发展的速度、应用的广度和深度，远远超过了其它任何学科。,特别是电子技术为当代信息作业提供了强有力的技术手段，如计算机、通讯、广播电视、自动控制、遥感遥测等，从而使人类跨入了信息时代。,*,2,以电子器件的发展为主线，电子技术的发展，经历了下列历程：,电子管晶体管小规模集成电路中大规模集成,*,电路超大规模集成电路可编程集成器件,1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一台计算机用了1.8万只电子管，占地170平方米，电子管目前仅在一些大功率发射

2、装置中使用。,1948年，肖克利等发明了晶体管，在体积、重量方面明显优于电子管。但器件较多时，体积仍较大、焊点多、电路的可靠性差。,3,集成电路的发展,（105以上）,1961年美国德克萨斯仪器公司率先将数字电路的元、器件和连线制作在同一硅片上，制成了集成电路。大大促进了电子技术的发展，特别是促进了微型计算机和通讯技术的飞速发展。,芯片中集成上万个 等效门，目前已达 百万门级。,*,4,电信号的分类,模拟信号随时间连续变化的信号。,数字信号时间上、幅度上都不连续的信号 (离散信号)，如：各种脉冲信号。,如：模拟声音的音频信号；模拟图象的视频信号；热电偶等传感器产生的电信号等。,处理模拟信号的电

3、路称为模拟电路。,处理数字信号的电路称为数字电路。,5,授课体系,模拟电子技术,数字电子技术,第6章 半导体二极管和整流电路,第7章 基本放大电路,第8章 集成运算放大器及其应用,实验1：晶体管放大电路的设计与调试,实验2：直流稳压电源的设计,第10章 数字逻辑基础和逻辑门电路,实验3：集成运算放大器的线性应用,第11章 组合逻辑电路,第12章 时序逻辑电路,第13章 A/D和D/A转换器,实验4：组合逻辑电路的设计,实验5：触发器及时序逻辑电路设计,实验6：555定时器的应用,6,一次无故不交作业扣2分； 旷课一次扣2分。,教材书,成绩评定方法,end,电工电子技术，李守成主编；, 学时：

4、36（讲课）+ 12（实验）,考试(闭卷）70分，平时成绩占10分，实验成绩20分,7,总之，从教师方面来说，要精心组织教材，尽量深入浅出，突出重点，讲透难点，引导同学们尽快入门。,(1)上课认真听讲，适当记笔记。,(3)认真做实验。,(2)独立、认真地完成作业；,*,对同学们的要求,8,*,独立完成，不准抄袭。 要工整，可以不抄题，但要标题号，电路图必须画。 每周第一节课前，交给老师。补交作业不算数。 作业的错误必须及时纠正,对作业的具体要求：,9,基本要求：,1、了解半导体二极管的结构、工作原理和特点；理解其整流、钳位和限幅作用及应用；,2、了解稳压管的特性和应用；,3、理解单相整流、电容

5、滤波、稳压管稳压电路的工作原理，掌握输出直流量的估算。了解三端集成稳压器的应用。,第6章 半导体二极管及直流稳压电源,10,6.1 半导体的基础知识,自然界中的物质按导电能力分为：,导体 绝缘体 半导体,除了其导电能力介于导体和绝缘体之间外，有两个重要特性：,1、光敏、热敏特性：绝对零度时不导电，当受外界热和光刺激时，它的导电能力明显增强。 可制成各种光敏、热敏器件,2、掺杂特性：纯净的半导体中掺入某些杂质，它的导电能力急剧增强。 可制成各种半导体器件,为什么？,半导体的特性,由半导体的 导电机理决定！,11,一、 本征半导体,完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。,1.原子结构

6、：,硅和锗是4价元素，在原子最外层轨道上有4个电子。,称为价电子,以Si、Ge为例,12,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，,2.共价键：,由于原子之间靠得很近，原来分属于每个原子的价电子一方面受到本身原子核的束缚，另一方面受到相邻原子核的吸引，而成为两个原子所共有的。,称为共价键,每个原子都处在正四面体的中心， 而四个其它原子位于四面体的顶点。,13,共价键中的电子，由于受到两个原子核的束缚，束缚力很强，在没有获得足够能量时，不能脱离轨道， 称为束缚电子。,14,3.空穴及其导电作用,在温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，当获得足够能量时，可以挣脱原子核的束缚 成为自由电子

7、。 注意：在束缚电子脱离轨道成为自由电子的同时，在其原来的共价键中出现一个空位 称为空穴。,空穴的出现是半导体区别于导体的重要标志！,15,注意：自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。本征激发。,当共价键中出现空穴，在外加电场的作用下，邻近的束缚电子可以填补这个空穴，从而留下新的空穴 这样就在共价键中出现一定的电荷迁移。,即：半导体中出现两种载流子,自由电子 空穴,电量相等 极性相反,16,由此可以解释： （1）在T=0K时，半导体不导电； （2）常温下，导电能力很弱；当受到光、热刺激时，束缚电子脱离轨道成为自由电子并同时产生空穴。 导电能力显著增强。,二、杂质半导体,1. N型半导

8、体,在硅或锗的晶体中，掺入少量的五价元 素，如磷。,正离子,自由电子,多数载流子自由电子,少数载流子空穴,17,+4,+4,+4,2. P型半导体,在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价元 素,如硼。,负离子,空穴,多数载流子 空穴,少数载流子 自由电子,18,杂质半导体的示意图,19,P 型,N 型,三、PN结及其单向导电性,内电场方向,1. PN结的形成,少数 载流子,内电场阻碍多数载流子的扩散运动， 加强少数载流子的漂移运动。,在同一片半导体基片上，用不同的掺杂工艺，分别制成P型半导体和N型半导体，由于载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。,多数 载流子,扩散运动与漂移运动动态平衡,稳

9、定的PN结,20,2 . PN 结的特性,外加正向电压(P+，N-),PN结变薄，扩散运动增强，形成较大的正向电流 I。,PN结所处的状态 称为正向导通， 其特点： PN结正向电流大，PN结电阻小。,21,2 . PN结的特性,外加反向电压(P-，N+),PN结变厚，漂移运动增强，扩散运动难以进行， 反向电流很小 。,PN结所处的状态 称为反向截止， 其特点： PN结反向电流小， PN结电阻大。,22,1.点接触型二极管,一、基本结构,PN结面积、结电容小，可通过 电流小。用于高频电路及小电 流整流电路。,6.2 半导体二极管,阳极 阴极,二极管的符号,2.面接触型二极管,PN结面积、结电容大

10、， 可通过大电流。用于 低频电路及大电流整 流电路。,PN结加封装和引线，构成二极管。,23,半导体二极管图片,(a)点接触型,(b)面接触型,24,600,400,200,-0.1,-0.2,0,0.4,0.8,-50,-100,I / mA,U / V,正向特性,反向击 穿特性,硅管的伏安特性,二、二极管的伏安特性,25,600,400,200,-0.1,-0.2,0,0.4,0.8,-50,-100,I / mA,U / V,反向击 穿特性,二、二极管的伏安特性,二极管的近似和理想伏安特性,I / mA,U / V,0,三、主要参数,1 . 额定正向平均电流 IF,2 . 正向电压降 U

11、F,3 . 最高反向工作电压 UR,4 . 最大反向电流 IRm,长时间使用时允许通过的最大正向电流平均值,UF,恒压 特性,理想 特性,UF,Si：0.60.7V,Ge：0.20.3V,26,(1)整流(半波、全波) 利用D的单向导电性,(2)限幅(削波，单向或双向) 利用箝位作用,单向削波,三、二极管应用举例,半波整流,27,(3)低压稳压,(4)开关作用,D导通:开关闭合,D截止:开关断开,VD=Vth,28,二极管电路分析方法,1、判断二极管的工作状态,导通截止,将二极管断开,若正向偏置 :V阳 V阴 或 UD0，二极管导通 若反向偏置: V阳 V阴 或 UD0，二极管截止,理想二极管

12、，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。,29,二极管箝位电路,D,E 3V,R,ui,uo,uR,uD,例1：下图中D为理想二极管, ui = 6 Sin tV, E= 3V,画出 uo波形。, t, t,ui / V,uo /V,6,0,0,2,解：,将D断开,三、二极管应用举例,30, t,ui / V,6,0,2,D,E 3V,R,ui,uR,uD,D,E 3V,双向限幅电路,uo, t,uo /V,0,31,两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点， 断开二极管，,V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V

13、 UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V,D1承受反向电压为6 V,流过 D2 的电流为,求：UAB,在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。,例2:,解:,例3：判别二极管是导通还是截止。,+ 9V -,+ 1V -,+ 2.5V -,+ 12.5V -,+ 14V -,+ 1V -,截止,解：,导通,例4.开关电路,利用二极管的单向导电性可作为电子开关,例：求vI1和vI2不同值组合时的v0值（二极管为理想模型）。,解：,0V 0V,导通 导通,导通 截止,截止 导通,截止 截止,0V 5V,5V 0V,5V 5V,0V,0V

14、,0V,5V,34,2.变容二极管,4. 发光二极管,6.3 特殊二极管,稳压管,稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管，其反向击穿是可逆的，且反向电压稳定。,35,伏安特性曲线,正向特性：同普通二极管； 反向特性：同普通二极管；,反向电压达到UZ时，反向击穿。对应很大的IZ，UZ很小,反向击穿特性：,且反向击穿是可逆的。,稳压！,36,6.4 直流稳压电源,结构框图,一、直流稳压电源的组成:,37,1、单相半波整流电路,(1)电路组成,uo, t,o, t,o, t,o, t,o,2,3,uo,u2,u2,u1,uD,io,io,RL,T,2,3,Im,2,2,3,3,uD,(2)工作原理,D

15、,u2正半周,负,二、整流电路,38,uO, t,0, t, t, t,2,3,uO,u2,u2,u1,uD,uD,iO,iO,D,RL,T,2,3,Im,2,2,3,3,UO=0.45U2 ,ID= IO ,(3)电路计算,0,0,0,39,2,3,uo,t,o,2,3,t,o,t,o,uD,io,Im,2,2,3,3,u2,2.单相桥式整流电路,A、工作原理,40, t,o, t,o, t,o,2,3,uo,uD,io,2,3,Im,2,2,3,3,u2,uD1,uD3,uD4,uD2,B、电压、电流的计算,Uo=0.9U2,ID=(1/2) Io,选用二极管的依据是:,ID稍小于IF (

16、最大整流电流）,URM稍小于UR（最高反向工作电压）,负载直流电压,负载直流电流,二极管平均电流,二极管最大反向电压,41,集成硅整流桥：,单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V， 试求变压器的变比和容量，并选择二极管。,I 2= 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A,变压器副边电流有效值:,变压器容量: S = U2 I 2= 111 2.2 = 244. 2 V A,变压器副边电压 U 2 111 V,可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。,练习1:,分析图示桥式整流电路中的二极管

17、D2 或D4 断开时负载电压的波形。 如果D2 或D4 接反，后果如何？ 如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,练习2:,当D2或D4断开后,解:,电路为单相半波整流电路。 正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u； 负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo =0。,44,正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。,如果D2或D4因击穿烧坏而短路,如果D2或D4接反,正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。,

18、45,练习：分析全波整流电路,uo,（1）输出电压平均值UO：,IO= UO /RL =0.9 U2 / RL,（2）输出电流平均值IO ：,（3）流过二极管的平均电流：,ID = IO/2,（4）二极管承受的最高反向电压：,46,估算公式: UO=1.0U2,u2,三、滤波电路,1. 有电容滤波的半波整流电路,47,2.有电容滤波的桥式整流电路,A、工作原理,u2,T,u1,RL,D1,D4,D3,D2, t,0,u2,a.断开RL;,b. t=0时接入RL;,此时，D1D4均截止，C经RL放电，uc下降，,但=RLC很大，uc下降缓慢。,48, t,o,iD,uo,o, t,t1,t4,t3,t2,A、工作原理,2.有电容滤波的桥式整流电路,越大，纹波越小！ 但二极管导通角越小，,49,T,Uo=1.2U2,B、输出电压及元件参数选择,特点：带负载能力差。 适用于输出电压较高， 输出电流较小的场合。,2.有电容滤波的桥式整流电路,IF (最大整流电流）大于等于2 ID,50,Uo,u2,RL,Io,u1,C,Ui,U2变化,Ui变化,IZ,IR,UR,A、稳压管稳压电路的工作原理,四、稳压管稳压电路,IR,UR,),IZ,UR,Uo,Ui =UR+