《電子技術(shù)基礎(chǔ)》PPT課件

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1、【知識(shí)點(diǎn)】 本征半導(dǎo)體、摻雜半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性；PN結(jié)及其特性；二極管的結(jié)構(gòu)、伏安特性及主要參數(shù)；特殊二極管的用途；單相橋式整流電路、濾波電路及穩(wěn)壓電路的組成、工作原理、分析計(jì)算方法、元件的選用；集成穩(wěn)壓器的使用。,電工與電子技術(shù),2.1 半導(dǎo)體二極管,在自然界中，存在著許多不同的物質(zhì)，有的物質(zhì)很容易傳導(dǎo)電流，稱為導(dǎo)體。有的物質(zhì)幾乎不傳導(dǎo)電流，稱為絕緣體。此外還有一類物質(zhì)，它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，稱它為半導(dǎo)體。常見(jiàn)的半導(dǎo)體如鍺、硅、硒化鎵、一些硫化物和氧化物等。半導(dǎo)體除了在導(dǎo)電能力方面與導(dǎo)體和絕緣體不同外，還具有不同于其他物質(zhì)的特點(diǎn)，例如，半導(dǎo)體受到外界光和熱的刺激時(shí)或者在純凈的半導(dǎo)體

2、中加入微量的雜質(zhì)，其導(dǎo)電性能會(huì)發(fā)生顯著變化。其中半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的上升而明顯下降，呈負(fù)溫度系數(shù)的特性；半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力隨溫度上升而明顯增加；半導(dǎo)體的電阻率隨光照的不同而變化；在純凈的半導(dǎo)體摻入少量的雜質(zhì)，它的導(dǎo)電能力會(huì)得到顯著的提高。這就是半導(dǎo)體的特點(diǎn)。,一、 半導(dǎo)體的基本知識(shí),2.1 半導(dǎo)體二極管,半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：,(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。,摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電 能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo) 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。,光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化 (可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三

3、極管等)。,熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng),在T=0和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)，沒(méi)有可以自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子載流子，這時(shí)它相當(dāng)于絕緣體。例如高純度半導(dǎo)體材料硅、鍺都是單晶體結(jié)構(gòu)。如圖所示分別為鍺和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖。,2.1.1本征半導(dǎo)體,完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。,在硅、鍺制成單晶體后，最外層的4個(gè)價(jià)電子不僅受自身原子核的束縛，還與其相鄰的4個(gè)原子核相互吸引，2個(gè)相鄰原子之間有1對(duì)價(jià)電子，稱為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。 半導(dǎo)體共價(jià)鍵中的價(jià)電子并不像絕緣體中的電子被束縛得那么緊，在室溫300K時(shí)，由于熱激發(fā)，就會(huì)使一些價(jià)電子獲得足夠的能量掙脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子。這種現(xiàn)象稱為本

4、征激發(fā)。在電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子后，共價(jià)鍵就留下1個(gè)空位，這個(gè)空位叫做空穴。顯然，空穴帶有正電荷。當(dāng)溫度越高時(shí)，電子空穴就越多；電子空穴的熱運(yùn)動(dòng)是雜亂無(wú)章的，對(duì)外不顯電性。,,2.1.1 本征半導(dǎo)體,晶體中原子的排列方式,硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu),共價(jià)健,共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。,價(jià)電子,價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理,這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。,空穴,溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。,自由電子,在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該

5、原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理,當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流 (1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng) 電子電流 (2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴 空穴電流,注意： (1) 本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少, 其導(dǎo)電性能很差； (2) 溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。,自由電子和空穴都稱為載流子。 自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。,2.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體,摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子

6、導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。,摻入五價(jià)元素,,,多余電子,磷原子,在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮?失去一個(gè)電子變?yōu)檎x子,在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。,在N 型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。,摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或 P型半導(dǎo)體。,摻入三價(jià)元素,,,在 P 型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。,硼原子,接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子,,,,空穴,無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。,（1）N型半導(dǎo)體,在本征半導(dǎo)體中（如硅、鍺中）摻入少量的5價(jià)元素雜質(zhì)

7、，如磷、銻、砷等，磷原子有5個(gè)價(jià)電子，它的4個(gè)價(jià)電子與相鄰的硅組成共價(jià)鍵后，還多余1個(gè)價(jià)電子，多余的價(jià)電子很容易受激發(fā)成為自由電子。摻入的磷元素越多，則自由電子就越多。,由于磷原子在硅晶體中給出了1個(gè)多余的電子，稱磷為施主雜質(zhì)，或N型雜質(zhì)。但在產(chǎn)生自由電子的同時(shí)并不產(chǎn)生新的空穴，因此在N型半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)。這樣的一種半導(dǎo)體將以自由電子導(dǎo)電為主，所以自由電 子稱為多數(shù)載流子， 而空穴稱為少數(shù)載流 子。,在本征半導(dǎo)體中（如硅、鍺中）摻入少量的3價(jià)元素雜質(zhì)，如硼、銦等，硼原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子，它與周圍硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)，因缺少1個(gè)價(jià)電子，在晶體中就留有1個(gè)空穴，空穴數(shù)量增多

8、，自由電子則相對(duì)很少。如圖所示。由于硼原子在硅晶體中能接受電子，故稱硼為受主雜質(zhì)，或P型雜質(zhì)。在產(chǎn)生空穴的同時(shí)并不產(chǎn)生新的自由電子，因此在P型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)。在這種半導(dǎo)體中以空穴導(dǎo)電為主，故空穴為多數(shù)載流子，而自由電子為少數(shù)載流子。注意不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體都是電中性，對(duì)外不顯電性。,（2）P型半導(dǎo)體,,P型半導(dǎo)體,PN結(jié)的形成,PN結(jié)的形成 當(dāng)P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接觸后，在交界面處由于載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散。在P區(qū)和N區(qū)的接觸面上就產(chǎn)生了正、負(fù)離子層。N區(qū)一側(cè)失去自由電子剩下正離子，P區(qū)一側(cè)失去空穴剩下負(fù)離子，這個(gè)區(qū)域稱為空間

9、電荷區(qū)，即PN結(jié)。同時(shí)形成一個(gè)由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)，內(nèi)電場(chǎng)對(duì)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用，電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)而逐漸減弱，最后達(dá)到動(dòng)態(tài)的平衡。,PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?2.1 半導(dǎo)體二極管,2.1.3 PN結(jié),1. PN結(jié)的形成,多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),少子的漂移運(yùn)動(dòng),濃度差,P 型半導(dǎo)體,N 型半導(dǎo)體,,內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。,擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,,,,,,,動(dòng)畫(huà),形成空間電荷區(qū),PN結(jié)單向?qū)щ娦?PN結(jié)在使用時(shí)總是加一定的電壓,若PN結(jié)外加正向電壓(P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位),稱為正

10、向偏置,簡(jiǎn)稱正偏。這時(shí)PN結(jié)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，PN結(jié)變窄，則P區(qū)的多數(shù)載流子空穴和N區(qū)的多數(shù)載流子自由電子在回路中形成較大的正向電流IF，使PN結(jié)正向?qū)?。這時(shí)PN結(jié)呈低電阻狀態(tài)。 若PN結(jié)外加反向電壓（P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位），稱為反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏。這時(shí)外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，PN結(jié)變厚，多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)難以進(jìn)行，而P區(qū)的少數(shù)載流子自由電子和N區(qū)的少數(shù)載流子空穴在回路中形成極小的反向電流IR，稱PN結(jié)反向截止。這時(shí)PN結(jié)呈高阻狀態(tài)。,2.1 半導(dǎo)體二極管,由此可知，PN結(jié)正向偏置時(shí)，呈導(dǎo)通狀態(tài)；反向偏置時(shí)，呈截止?fàn)顟B(tài)。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴Ａ硗庠谑覝叵?，少?shù)載流子

11、形成的反向電流雖然很小，但它隨溫度的上升而明顯增加，使用時(shí)要特別注意。,圖 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?（a）加正向電壓時(shí)導(dǎo)通；（b）加反向電壓時(shí)截止,2.1 半導(dǎo)體二極管,2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?(1) PN 結(jié)加正向電壓（正向偏置）,PN 結(jié)變窄,P接正、N接負(fù),,IF,內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。,PN 結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,PN 結(jié)變寬,(2) PN 結(jié)加反向電壓（反向偏置）,內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。,,IR,P接負(fù)、N接正,溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。,

12、PN 結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。,,,半導(dǎo)體二極管由一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的引出端和管殼構(gòu)成。它有兩個(gè)電極，P區(qū)引出線稱二極管的正極（又稱陽(yáng)極），N區(qū)引出線稱二極管的負(fù)極（又稱陰極）。常見(jiàn)二極管的外形和符號(hào)如圖所示。,二極管的結(jié)構(gòu),二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào),2.1 半導(dǎo)體二極管,二極管的種類很多，按結(jié)構(gòu)分，常見(jiàn)的有點(diǎn)接觸型和面接觸型。點(diǎn)接觸型二極管的PN結(jié)是用一根含雜質(zhì)元素的金屬絲壓在半導(dǎo)體晶片上，經(jīng)特殊工藝、方法處理而成，如圖所示。因其結(jié)面積小，允許通過(guò)的電流小，但結(jié)電容小，工作頻率高，主要用在高頻檢波和開(kāi)關(guān)電路。面接觸型二極管的PN結(jié)是用合

13、金或擴(kuò)散法做成的，其結(jié)構(gòu)如圖所示。由于面接觸型二極管的PN結(jié)結(jié)面積大，PN結(jié)電容較大，一般適于較低的頻率下工作，允許通過(guò)較大電流和具有較大功率容量，主要用于整流電路。按制造材料分，常用的有硅二極管和鍺二極管，其中硅二極管的熱穩(wěn)定性比鍺二極管好得多。按用途分，常用的有普通二極管、整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管、開(kāi)關(guān)二極管等等。,2.1 半導(dǎo)體二極管,常見(jiàn)二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào) （a）點(diǎn)接觸型；（b）面接觸型；（c）符號(hào),2.1 半導(dǎo)體二極管,1 、 基本結(jié)構(gòu),(a) 點(diǎn)接觸型,(b)面接觸型,結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。,結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，

14、用于工頻大電流整流電路。,(c) 平面型 用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。,2.1.4半導(dǎo)體二極管,二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)示意圖,2 .伏安特性,,硅管0.5V,鍺管0.1V。,,,反向擊穿 電壓U(BR),導(dǎo)通壓降,外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。,外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?正向特性,反向特性,特點(diǎn)：非線性,硅0.60.8V鍺0.20.3V,死區(qū)電壓,反向電流 在一定電壓 范圍內(nèi)保持 常數(shù)。,當(dāng)二極管兩端加正向電壓時(shí)，便有正向電流通過(guò)。但當(dāng)二極管承受電壓很低時(shí)，還不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的阻擋作用，因此，這

15、時(shí)正向電流IF仍然很小，二極管呈現(xiàn)的電阻較大，稱為死區(qū)。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺材料二極管的死區(qū)電壓為0.2V。 當(dāng)外加電壓超過(guò)一定電壓數(shù)值UT時(shí)，外電場(chǎng)大大抵消了內(nèi)電場(chǎng)，二極管的電阻變得很小，正向電流IF隨外加電壓的增加而顯著增大。如圖所示。當(dāng)二極管完全導(dǎo)通后，正向壓降基本維持不變，稱為二極管的正向?qū)妷夯蜷T檻電壓，一般硅管為0.7V,鍺管為0.3V。,2.1 半導(dǎo)體二極管,1 、正向特性,二極管加反向電壓，此時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成反向電流IR。如圖所示。反向電流IR極小，一般硅管為幾微安以下，鍺管較大，為幾十到幾百微安。這種特性稱為反

16、向截止特性。,2.1 半導(dǎo)體二極管,2 、 反向特性,當(dāng)外加反向電壓增大到一定數(shù)值時(shí)，外加電場(chǎng)過(guò)強(qiáng)，可能破壞共價(jià)鍵而把價(jià)電子拉出，使少數(shù)載流子的數(shù)目劇增；強(qiáng)電場(chǎng)也可能引起電子與原子碰撞，產(chǎn)生新的電子空穴對(duì)，而引起載流子的數(shù)目急劇上升。這都將使反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱二極管反向擊穿，擊穿時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓UBR。如圖所示。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，將會(huì)因電流過(guò)大使管子過(guò)熱而造成永久性損壞，這種現(xiàn)象叫做熱擊穿。,2.1 半導(dǎo)體二極管,3 、 反向擊穿特性,3、 主要參數(shù),（1） 最大整流電流 IOM,二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。,（2） 反向工作峰值電壓URW

17、M,是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。,（3） 反向峰值電流IRM,指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿琁RM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。,二極管的單向?qū)щ娦?（1） 二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù) ）時(shí)， 二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。,（2） 二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正 ）時(shí)， 二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較

18、大，反向電流很小。,（3） 外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?（4） 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。,二極管電路分析舉例,定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài),導(dǎo)通截止,,分析方法：將二極管斷開(kāi)，分析二極管兩端電位 的高低或所加電壓UD的正負(fù)。,若 V陽(yáng) V陰或 UD為正( 正向偏置 )，二極管導(dǎo)通 若 V陽(yáng)

19、 否則， UAB低于6V一個(gè)管壓降，為6.3或6.7V,例1：,取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。,在這里，二極管起鉗位作用。,兩個(gè)二極管的陰極接在一起 取 B 點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開(kāi)二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。,V1陽(yáng) =6 V，V2陽(yáng)=0 V，V1陰 = V2陰= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 優(yōu)先導(dǎo)通， D1截止。 若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V,,例2:,D1承受反向電壓為6 V,流過(guò) D2 的電流為,求：UAB,在這里， D2 起鉗位作用， D1起隔離作用。,ui 8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路

20、uo = 8V ui < 8V，二極管截止，可看作開(kāi)路 uo = ui,已知： 二極管是理想的，試畫(huà)出 uo 波形。,8V,例3：,二極管的用途： 整流、檢波、 限幅、鉗位、開(kāi) 關(guān)、元件保護(hù)、 溫度補(bǔ)償?shù)取?,參考點(diǎn),二極管陰極電位為 8 V,（1） 符號(hào),,UZ,IZ,IZM, UZ,, IZ,（2） 伏安特性,穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓,使用時(shí)要加限流電阻,穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。,,,2.1.5 特殊二極管,1、穩(wěn)壓二極管,（3） 主要參數(shù),1) 穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。,2

21、) 電壓溫度系數(shù) 環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。,3) 動(dòng)態(tài)電阻,4) 穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZM,5) 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZM,rZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。,光電二極管又稱光敏二極管，是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的特殊二極管。它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升，通常在管殼備有一個(gè)玻璃窗口以接受光照。其外形和符號(hào)如圖所示。 光電二極管工作在反向偏置狀態(tài)。當(dāng)管殼上的玻璃窗口無(wú)光照時(shí)，反向電流很小，稱為暗電流；有光照時(shí)反向電流很大，稱為亮電流，且光照越強(qiáng)，亮電流越大。如果在外電路接上負(fù)載，便可獲得隨光照強(qiáng)弱而變化的電信號(hào)。是光電二極管的基本應(yīng)用電路，

22、無(wú)光照時(shí)，負(fù)載RL上無(wú)電壓；有光照時(shí)，亮電流在RL上轉(zhuǎn)換為電壓輸出，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。,2.光電二極管,2.光電二極管,反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。,符號(hào),發(fā)光二極管,有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見(jiàn)波段的光，它的電特性與一般二極管類似，正向電壓較一般二極管高，電流為幾 幾十mA,光電二極管,發(fā)光二極管,光電二極管使用時(shí)應(yīng)注意： 保證光電二極管的反偏電壓不小于5V，否則光電流和光強(qiáng)度不呈線性關(guān)系； 保持光電二極管的管殼清潔，否則光電靈敏度會(huì)下降。,光電二極管的外形及符號(hào) （a）外形；（b）符號(hào),光電二極管的基本應(yīng)用電路,2.光電二極管,發(fā)光二極管是一

23、種將電能轉(zhuǎn)換成光能的元器件，簡(jiǎn)寫(xiě)成LED（Light Emitting Diode）。通常用元素周期表中、族元素的化合物，如砷化鎵、磷化鎵等制成。發(fā)光二極管和普通二極管相似，也是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，發(fā)光二極管正向?qū)〞r(shí)，由于空穴和電子的直接復(fù)合而放出能量，發(fā)出一定波長(zhǎng)的可見(jiàn)光，由于光的波長(zhǎng)不同，顏色也不相同。常見(jiàn)的發(fā)光二極管有紅、綠、黃等顏色。下圖為發(fā)光二極管的外形和符號(hào)。,3、發(fā)光二極管,發(fā)光二極管正向偏置并達(dá)到一定電流時(shí)就會(huì)發(fā)光。工作電流在1030mA時(shí)，正向壓降為23V。通常管腳引線較長(zhǎng)的為正極，較短的為負(fù)極。當(dāng)管殼上有凸起的標(biāo)志時(shí)，靠近標(biāo)志的管腳為正極。,發(fā)光二極管的外形及符號(hào) （a）外

24、形；（b）符號(hào),3、發(fā)光二極管,使用發(fā)光二極管時(shí)也要串入限流電阻，避免流過(guò)的電流太大。改變電流的大小還可以改變發(fā)光的亮度。圖a是常用的直流驅(qū)動(dòng)電路。限流電阻R可按下式計(jì)算： 式中UF為L(zhǎng)ED的正向電壓，約為2V；IF為正向工作電流，可從產(chǎn)品手冊(cè)中查得。用交流電源驅(qū)動(dòng)時(shí)，圖b所示。此時(shí)，在計(jì)算限流電阻R時(shí)仍用上式，不過(guò)上式中的U是交流電壓的有效值，二極管D可避免LED承受高的反向電壓。,,3、發(fā)光二極管,發(fā)光二極管除可單個(gè)使用外，也常做成七段式或矩陣式，工作電流一般為幾毫安到幾十毫安之間。LED的反向擊穿電壓一般大于5V，但為使器件長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定而又可靠地工作，安全使用電壓選擇在5V以下。,LED的

25、驅(qū)動(dòng)電路 （a）直流驅(qū)動(dòng)；（b）交流驅(qū)動(dòng),3、發(fā)光二極管,變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的電容效應(yīng)工作的，即空間電荷區(qū)內(nèi)沒(méi)有載流子，起著絕緣介質(zhì)的作用，PN結(jié)類似一個(gè)平板電容器。它的電容量一般為幾十皮法至幾百皮法，且隨反偏電壓（030V）的升高而減小（約15倍）。因此變?nèi)荻O管是工作在反向偏置狀態(tài)，其符號(hào)如圖所示。 變?nèi)荻O管的常見(jiàn)用途是 作為調(diào)諧電容使用，例如 在電視機(jī)的頻道選擇器中， 利用它來(lái)微調(diào)選擇電臺(tái)的 頻道。,變?nèi)荻O管的符號(hào),4、變?nèi)荻O管,2.2 半導(dǎo)體三極管,2.2.1 三極管基本結(jié)構(gòu),基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,符號(hào)：,NPN型三極管,PNP型三極管,,,部分三極管的外型

26、,三極管根據(jù)基片的材料不同，分為鍺管和硅管兩大類，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的硅管多為NPN型（3D系列），鍺管多為PNP型（3A系列）；按頻率特性分為高頻管和低頻管；按功率大小分為大功率管、中功率管和小功率管等。實(shí)際應(yīng)用中采用NPN型的三極管較多，所以下面以NPN型三極管為例加以討論，所得結(jié)論對(duì)于PNP型三極管同樣適用。,2.2 半導(dǎo)體三極管,三極管的類型,分類： 按材料分： 硅管、鍺管 按結(jié)構(gòu)分： NPN、 PNP 按使用頻率分： 低頻管、高頻管 按功率分： 小功率管 1 W,基區(qū)：最薄， 摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高,發(fā)射結(jié),集電結(jié),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,集電區(qū)： 面積最大,2. 2. 2 三極管

27、的放大原理,1. 三極管放大的外部條件,發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,PNP 發(fā)射結(jié)正偏 VB

28、。 要求發(fā)射結(jié)外加正向電壓， 簡(jiǎn)稱正向偏置；集電結(jié)外 加反向電壓，簡(jiǎn)稱反向偏 置。如圖所示。,三極管的電流放大作用,三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng),（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子 由于電源EB經(jīng)過(guò)電阻RB加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏。發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子不斷通過(guò)發(fā)射結(jié)向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子空穴也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但由于基區(qū)的多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，故與電子流相比，空穴流可以忽略不計(jì)。因此可以認(rèn)為三極管發(fā)射結(jié)電流主要是電子流。,2.2 半導(dǎo)體三極管,（2）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散和復(fù)合 由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子，在發(fā)射結(jié)附近積累起來(lái)，形成了一定的濃度梯度，而靠近集電

29、結(jié)附近電子濃度很小，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)向集電結(jié)擴(kuò)散，在擴(kuò)散過(guò)程中，電子不斷與基區(qū)空穴復(fù)合形成電子流IBN，復(fù)合的空穴由基極電源補(bǔ)充，從而形成基極電流IB。,2.2 半導(dǎo)體三極管,（3）集電區(qū)收集電子 由于集電結(jié)外加反向電壓很大，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)力一方面使集電區(qū)的電子和基區(qū)的空穴很難通過(guò)集電結(jié)；另一方面吸引基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)附近的大量電子，將它們收集到集電區(qū)，形成收集電流ICN。同時(shí)集電區(qū)的少數(shù)載流子即空穴也會(huì)產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，流向基區(qū)形成反向飽和電流ICBO。 以上分析的是NPN型三極管的電流放大原理，對(duì)于PNP型三極管，其工作原理相同，只是三極管各極所接

30、電源極性相反，發(fā)射區(qū)發(fā)射的載流子是空穴而不是電子。,2.2 半導(dǎo)體三極管,電流分配關(guān)系 由上面載流子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程可知，由于電子在基區(qū)的復(fù)合，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子并非全部到達(dá)集電極，三極管制成后，發(fā)射區(qū)注入的電子傳輸?shù)郊娊Y(jié)所占的比例是一定的。如圖描述了三極管電流分配關(guān)系。,圖7.4 三極管的電流分配關(guān)系,2.2 半導(dǎo)體三極管,從圖中可知： 由于在常溫下ICBO的數(shù)值很小，可忽略不計(jì)。故 以因?yàn)?所以 設(shè) 故 上式中IC與IB的比值，即共射極直流電流放大系數(shù)，用 表示。,,,,,,,,,,,,2.2 半導(dǎo)體三極管,2. 各電極電流關(guān)系及電流放大作用,結(jié)論:,1）三電極電流關(guān)系 IE = IB +

31、 IC 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB,把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。 實(shí)質(zhì):用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，是CCCS器件。,3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,,,,,,,基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。,發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。,進(jìn)入P 區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。,從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。,集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。,3. 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,IC = ICE+I

32、CBO ICE,IB = IBE- ICBO IBE,ICE 與 IBE 之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù),集射極穿透電流, 溫度ICEO,(常用公式),若IB =0, 則 IC ICE0,2.2.3 特性曲線,即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。,為什么要研究特性曲線： 1）直觀地分析管子的工作狀態(tài) 2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計(jì)性能良好的電路,重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線,發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端,共發(fā)射極電路,,,輸入回路,輸出回路,測(cè)量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路,1. 輸入特性,,特點(diǎn):非線性,死

33、區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。,正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓： NPN型硅管UBE 0.60.7V PNP型鍺管UBE 0.2 0.3V,2. 輸出特性,,,,IB=0,20A,放大區(qū),輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū)：,(1) 放大區(qū),在放大區(qū)有 IC= IB ，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。,在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。,（2）截止區(qū),IB < 0 以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有 IC 0 。,在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)。,,,飽和區(qū),截止區(qū),（3）飽和區(qū),當(dāng)UCE UBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。 在飽和區(qū)，IB IC

34、，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。 深度飽和時(shí)， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V。,2.2.4 主要參數(shù),(1) 電流放大系數(shù)，,直流電流放大系數(shù),交流電流放大系數(shù),當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時(shí)，,表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù)。,注意：,和 的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0 較小的情況下，兩者數(shù)值接近。,常用晶體管的 值在20 200之間。,例：在UCE= 6 V時(shí)， 在 Q1 點(diǎn)IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點(diǎn)IB=60 A, IC=2.3mA。,在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =

35、 。,Q1,Q2,在 Q1 點(diǎn)，有,由 Q1 和Q2點(diǎn)，得,(2)集-基極反向截止電流 ICBO,ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，受溫度的影響大。 溫度ICBO,(3)集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEO,ICEO受溫度的影響大。 溫度ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。,(4) 集電極最大允許電流 ICM,(5) 集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO,集電極電流 IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為 ICM。,當(dāng)集射極之間的電壓UCE 超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開(kāi)路時(shí)的擊穿電壓

36、U(BR) CEO。,(6) 集電極最大允許耗散功耗PCM,PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過(guò)大，溫升過(guò)高會(huì)燒壞三極管。 PC PCM =IC UCE,硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090C。,,ICUCE=PCM,,,安全工作區(qū),由三個(gè)極限參數(shù)可畫(huà)出三極管的安全工作區(qū),晶體管參數(shù)與溫度的關(guān)系,1、溫度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管優(yōu) 于鍺管。,2、溫度每升高 1C，UBE將減小 (22.5)mV， 即晶體管具有負(fù)溫度系數(shù)。,3、溫度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。,1、三極管管腳極性的識(shí)別 、根據(jù)管腳排列識(shí)別 由于三極管的種類較多，封裝形式也不一樣，因此管腳的排列

37、也有多種形式。常見(jiàn)的如圖2-17。 、用萬(wàn)用表判別管腳極性 測(cè)小功率時(shí)用R1或R10檔。以紅表筆為準(zhǔn)，黑表筆接另外兩個(gè)管腳，如果測(cè)得兩個(gè)阻值均較小，則該管為PNP型，紅筆所接為基極；如果兩次阻值較大，則該管為NPN型，紅筆所接仍是基極?；鶚O判別出來(lái)后，其余兩個(gè)管腳不是發(fā)射極就是集電極。,2.2.5、晶體三極管的識(shí)別和簡(jiǎn)單測(cè)試,假設(shè)一腳為集電極，管型為NPN，將黑筆接集電極，紅筆接發(fā)射極。然后用手捏住基極和集電極（兩極不能相碰），觀察指針偏轉(zhuǎn)情況并記下偏轉(zhuǎn)位置，再將兩表筆交換極性，重復(fù)上述過(guò)程，則偏轉(zhuǎn)角大的一次黑筆所接腳為集電極。如果是PNP型管，只需將紅筆接假設(shè)的集電極，其余和NPN型的測(cè)試完

38、全相似。,2.2.5、晶體三極管的識(shí)別和簡(jiǎn)單測(cè)試,：“三顛倒，找基極；PN結(jié)，定管型；順箭頭，偏轉(zhuǎn)大；測(cè)不準(zhǔn)，動(dòng)嘴巴?！毕旅孀屛覀冎鹁溥M(jìn)行解釋吧。一。三顛倒，找基極大家知道，三極管是含有兩個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。根據(jù)兩個(gè)PN結(jié)連接方式不同，可以分為NPN型和PNP型兩種不同導(dǎo)電類型的三極管，假定我們并不知道被測(cè)三極管是NPN型還是PNP型，也分不清各管腳是什么電極。測(cè)試的第一步是判斷哪個(gè)管腳是基極。這時(shí)，我們?nèi)稳蓚€(gè)電極(如這兩個(gè)電極為1.2),用萬(wàn)用電表兩支表筆顛倒測(cè)量它的正。反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)角度；接著，再取1.3兩個(gè)電極和2.3兩個(gè)電極，分別顛倒測(cè)量它們的正。反向電阻，觀察表針的偏轉(zhuǎn)

39、角度。在這三次顛倒測(cè)量中，必然有兩次測(cè)量結(jié)果相近：即顛倒測(cè)量中表針一次偏轉(zhuǎn)大，一次偏轉(zhuǎn)??；剩下一次必然是顛倒測(cè)量前后指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，這一次未測(cè)的那只管腳就是我們要尋找的基極。二。 PN結(jié)，定管型找出三極管的基極后，我們就可以根據(jù)基極與另外兩個(gè)電極之間PN結(jié)的方向來(lái)確定管子的導(dǎo)電類型。將萬(wàn)用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個(gè)電極中的任一電極，若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，則說(shuō)明被測(cè)三極管為NPN型管；若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很小，則被測(cè)管即為PNP型。,2.2.5、晶體三極管的識(shí)別和簡(jiǎn)單測(cè)試,三。順箭頭，偏轉(zhuǎn)大找出了基極b,另外兩個(gè)電極哪個(gè)是集電極c,哪個(gè)是發(fā)射極e呢？這時(shí)我們可以用測(cè)穿透電流ICE

40、O的方法確定集電極c和發(fā)射極e。(1)對(duì)于NPN型三極管，穿透電流的測(cè)量電路如圖3所示。根據(jù)這個(gè)原理，用萬(wàn)用電表的黑。紅表筆顛倒測(cè)量?jī)蓸O間的正。反向電阻Rce和Rec,雖然兩次測(cè)量中萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，但仔細(xì)觀察，總會(huì)有一次偏轉(zhuǎn)角度稍大，此時(shí)電流的流向一定是：黑表筆c極b極e極紅表筆，電流流向正好與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致(“順箭頭”),所以此時(shí)黑表筆所接的一定是集電極c,紅表筆所接的一定是發(fā)射極e。(2)對(duì)于PNP型的三極管，道理也類似于NPN型，其電流流向一定是：黑表筆e極b極c極紅表筆，其電流流向也與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是發(fā)射極e,紅表筆所接的一定

41、是集電極c。四。測(cè)不出，動(dòng)嘴巴若在“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的測(cè)量過(guò)程中，若由于顛倒前后的兩次測(cè)量指針偏轉(zhuǎn)均太小難以區(qū)分時(shí)，就要“動(dòng)嘴巴”了。具體方法是：在“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的兩次測(cè)量中，用兩只手分別捏住兩表筆與管腳的結(jié)合部，用嘴巴含住(或用舌頭抵住)基電極b,仍用“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的判別方法即可區(qū)分開(kāi)集電極c與發(fā)射極e。其中人體起到直流偏置電阻的作用，目的是使效果更加明顯。,2.2.5、晶體三極管的識(shí)別和簡(jiǎn)單測(cè)試,2、三極管好壞的大致判別 根據(jù)PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，檢查三極管內(nèi)各極間PN結(jié)的正反向電阻，如果相差較大，說(shuō)明三極管基本上是好的。如果正反向電阻都很大，說(shuō)明三極管內(nèi)都有斷路或PN結(jié)性能不好；如

42、果正反向電阻都很小，說(shuō)明三極管極間短路或擊穿了。,2.2.5、晶體三極管的識(shí)別和簡(jiǎn)單測(cè)試,在各種電子設(shè)備和自動(dòng)控制裝置中，都需要穩(wěn)定的直流電源供電。常用的直流電源有干電池、蓄電池和直流發(fā)電機(jī)。但最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的辦法是將交流電換成直流電。,2.3 整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路,電源變壓器：將交流電源電壓變成所需要的交流電壓值。 整流電路：利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟妷鹤儞Q成脈動(dòng)直流電壓。 濾波電路：利用電容、電感線圈的儲(chǔ)能特性，把脈動(dòng)直流電的脈動(dòng)部分去掉，使輸出電壓成為平滑的直流電壓。 穩(wěn)壓電路：使輸出的直流電壓在電源波動(dòng)和負(fù)載變化時(shí)保持穩(wěn)定。,一、整流電路,1、單相半波整流電路 利用二極管的單

43、向?qū)щ娦?，將大小和方向都隨時(shí)間變化的工頻交流電變換成單方向的脈動(dòng)直流電的過(guò)程稱為整流。 有時(shí)將變壓器、整流電路和濾波電路一起統(tǒng)稱為整流器。,工作原理,設(shè)變壓器二次繞組的交流電壓u2= U2sint，式中，U2為二次電壓有效值。u2的波形如圖7.1.2（a）所示。圖7.1.1 單相半波整流電路(1)正半周u2瞬時(shí)極性a(+)，b(-)，V正偏導(dǎo)通，二極管和負(fù)載上有電流流過(guò)。若向壓降UF忽略不計(jì)，則uo=u2。(2)負(fù)半周u2瞬時(shí)極性a(-)，b(+)，V反偏截止，IF0，uD=u2。雖然簡(jiǎn)單，但輸出電壓低，脈動(dòng)大，效率低（只用了原電壓的一半）。,2、單相橋式整流電路,單相橋式整流電路如圖所示。圖

44、中，四個(gè)整流二極管D1D4接成橋形，其中一個(gè)對(duì)角線接變壓器的次級(jí)，另一個(gè)對(duì)角線接負(fù)載電阻RL，二者不能互換。,電路工作原理 為正半周時(shí),D1、D3正偏導(dǎo)通，D2、D4反偏截止，電流從上往下流過(guò)RL，在RL上得到上正下負(fù)的電壓。u2為負(fù)半周時(shí),極性和圖示相反,D2、D4正偏導(dǎo)通，D1、D3反偏截止，電流也是從上往下流過(guò)RL，在RL上得到上正下負(fù)的電壓。 上述過(guò)程周而復(fù)始，在RL上得到如圖所示的UL完整波形。這是一個(gè)脈動(dòng)直流電壓，與全波整流電路輸出的波形完全相同。 橋式整流電路具有變壓器利用率高、平均直流電壓高、脈動(dòng)小燈優(yōu)點(diǎn)，所以得到廣泛應(yīng)運(yùn)。,,,圖6.16 單相橋式整流電路波形圖,3、三相橋

45、式整流,工作原理,對(duì)于三個(gè)正極管子（D1、D3、D5正極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時(shí)，電壓最高一相的正極管導(dǎo)通。 對(duì)于三個(gè)負(fù)極管子（D2、D4、D6負(fù)極和定子繞組始端相聯(lián)），在某瞬時(shí)，電壓最低一相的負(fù)極管導(dǎo)通。 但同時(shí)導(dǎo)通的管子總是兩個(gè)，正、負(fù)管子各一個(gè)。,二、濾波電路,為了獲得較平滑的直流輸出，還必須采用濾波電路，把脈動(dòng)電壓中的交流成分濾除。 1、電容濾波 （1）電路工作原理 在小功率的整流電路中最常用的是電容濾波電路，它是利用電容兩端的電壓不能突變的特性，與負(fù)載并聯(lián)，使負(fù)載得到較平滑的電壓，下圖就是一個(gè)很實(shí)用的單相橋式整流電容濾波電路。,下圖,2、電感濾波,單向橋式整流電感濾波電路如圖所

46、示。電感濾波電路中，電感L與負(fù)載RL為串聯(lián)連接，利用電感中的電流不能突變的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)濾波。其基本工作原理為：,下圖,若線圈的電感L 足夠大，且忽略電感的電阻，即電感L 兩端的電壓平均值為零，則電感濾波后的輸出電壓平均值約為： 電感的作用是使整流后電壓的交流分量的大部分降在它的上面，而直流分量基本輸出給負(fù)載RL 。雖然整流輸出電壓沒(méi)有提高，但其穩(wěn)定性能得到了改善。 電感濾波主要適用于電容濾波難以勝任的大電流負(fù)載或負(fù)載經(jīng)常變化的場(chǎng)合。但電感量較大的電感器體積大、笨重、不便于集成化，故其應(yīng)用有一定的局限性，在小功率的電子設(shè)備中很少采用。,,（1）LC 濾波器 在電容C 濾波之前串接一個(gè)電感L ，如圖

47、（a）所示，即組成LC 濾波器。整流后的脈動(dòng)直流中的大部分交流分量降在電感L上，再經(jīng)過(guò)電容C 的進(jìn)一步濾波后，負(fù)載RL 上得到更加平滑的直流值。 （2）形濾波器 在LC濾波器前再并聯(lián)一個(gè)電容器，如圖（b）所示，組成形LC 濾波器，濾波效果進(jìn)一步改善。如果是小電流負(fù)載時(shí)，可將電感用一個(gè)小電阻R 代替，組成形RC 濾波器，如圖（c）所示。,3 、 復(fù)式濾波,圖6.20 常用的幾種復(fù)式濾波器 (a) LC 濾波器；(b) 形LC 濾波器；（c）形RC 濾波器,,圖6.21 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,當(dāng)用一個(gè)不穩(wěn)定的電壓對(duì)負(fù)載供電時(shí)，會(huì)引起負(fù)載工作不穩(wěn)定，甚至不能正常工作。精密電子儀器、自動(dòng)控制和計(jì)算裝置等都

48、需要很穩(wěn)定的直流電源供電。為了得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，在整流濾波電路之后需要增加穩(wěn)壓電路。其作用是當(dāng)交流電源電壓波動(dòng)、負(fù)載或溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 1 、 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 圖所示為硅穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路，電阻R 限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流使之不超過(guò)IZM，稱為限流電阻。負(fù)載RL與用作調(diào)整元件的穩(wěn)壓管VZ 并聯(lián)，輸出電壓就是穩(wěn)壓管兩端的穩(wěn)定電壓，故又稱為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。,穩(wěn)壓電路,三、 直流穩(wěn)壓電源,電路要有穩(wěn)定的電壓輸出，要求穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿狀態(tài)，且流過(guò)穩(wěn)壓管的電流要在穩(wěn)定電流IZ 和允許的最大電流IZM 之間。下面結(jié)合穩(wěn)壓管的反向特性曲線，分析電路的穩(wěn)壓原理。,圖6.22 硅

49、穩(wěn)壓管的反向伏安特性,2、 集成穩(wěn)壓器 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前集成穩(wěn)壓器只有輸入端、輸出端及公共端，故稱為三端穩(wěn)壓器。三端穩(wěn)壓器分為兩大類，即固定式和可調(diào)式。固定式三端穩(wěn)壓器的輸出電壓固定不變，不用調(diào)節(jié)。它的型號(hào)有W78和W79兩個(gè)系列，其中最后兩位數(shù)表示輸出電壓值，有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。78系列為正電壓輸出，79系列為負(fù)電壓輸出。比如W7812和W7909分別表示穩(wěn)壓值為正12V和負(fù)9V。78系列的1端為輸入端，2端為輸出端，3端為公共端；79系列的3端為輸入端，2為輸出端，1端為公共端。圖6.23為它們的外形圖及實(shí)用接線圖。,圖6.23 三端穩(wěn)壓器的外形圖

50、和實(shí)用接線圖 （a）外形圖；（b）正電壓輸出；（c）負(fù)電壓輸出,,圖6.24 正、負(fù)電壓同時(shí)輸出的穩(wěn)壓電源,圖是同時(shí)輸出正、負(fù)雙電壓的穩(wěn)壓電路，由W78和W79共同組成。W78的輸出為正極，W79的輸出為負(fù)極，而它們的公共端相連作為整個(gè)電源的公共端接地。 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，其外形及表示符號(hào)與固定式完全相同，只是型號(hào)不同?？烧{(diào)集成穩(wěn)壓器的國(guó)內(nèi)型號(hào)有CW117/CW217/CW317、CW137/CW237/CW337，對(duì)應(yīng)國(guó)外型號(hào)為L(zhǎng)M117/LM217/LM317、LM137/LM237/LM337，其中17系列為正穩(wěn)壓器，37系列為負(fù)穩(wěn)壓器。圖是以正穩(wěn)壓器為

51、例的接線圖，圖中CW117的2是輸入端，3是輸出端，1是調(diào)整端。,C1是為防止容性負(fù)載產(chǎn)生高頻振蕩時(shí)而設(shè)的，取值為1025F，耐壓值高于UI值。C2是為消除紋波而設(shè)的，取值為10100F，D1是為防止當(dāng)輸入短路時(shí)C2反向通過(guò)穩(wěn)壓器放電使之損壞而設(shè)的。R1、R2為分壓電路，調(diào)節(jié)R2/R1分壓比可以改變輸出電壓。由后面的例題可知，輸出電壓與分壓比的關(guān)系如下： 式中UREF 輸出端3與調(diào)整端1之間的電壓。,,應(yīng)用CW（LM）系列時(shí)應(yīng)注意以下技巧： R1應(yīng)焊接在含有集成穩(wěn)壓器的輸出管腳和調(diào)整管腳上，否則將影響穩(wěn)壓器的負(fù)載調(diào)整率； R2的接地點(diǎn)應(yīng)與負(fù)載電流返回的接地點(diǎn)處在同一點(diǎn)，以免引起輸出電 壓偏差； R1、R2應(yīng)選擇零溫 度系數(shù)的高精度、高 穩(wěn)定度電阻，以保證 輸出電壓的精度和穩(wěn) 定性。,圖6.25 17系列實(shí)際接線圖,