電工與電子技術(shù)單元6半導(dǎo)體二極管與直流穩(wěn)壓電源ppt課件

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電工與電子技術(shù),下篇 工業(yè)電子學(xué) 單元6 半導(dǎo)體二極管與直流穩(wěn)壓電源,1,單元6 半導(dǎo)體二極管與直流穩(wěn)壓電源,【知識點】 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、分析計算方法、元件的選用；集成穩(wěn)壓器的使用。 【能力目標(biāo)】 能認(rèn)識和識別一般的電子設(shè)備中的二極管的型號及在電路中的作用；具有對單相橋式整流電容濾波電路進(jìn)行分析計算和正確選擇元器件的能力；熟悉直流穩(wěn)壓電源的使用。,2,目 錄,單元6 半導(dǎo)體二極管與直流穩(wěn)壓電源,3,6.1 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，例如，半導(dǎo)體受到外界光和熱的刺激時或者在純凈的半導(dǎo)體中加入微量的雜質(zhì)，其導(dǎo)電性能會發(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)電能力會得到顯著的提高。這就是半導(dǎo)體的特點。,6.1.1 半導(dǎo)體的基本知識,,6.1 半導(dǎo)體二極管,4,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.1.1 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體是完全純凈的、原子排列整齊的半導(dǎo)體晶體。在T=0和沒有外界激發(fā)時，沒有可以自由運(yùn)動的帶電粒子——載流子，這時它相當(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)。圖6.1（a）、（b）所示分別為鍺和硅的原子結(jié)構(gòu)示意圖。,圖6.1 鍺和硅原子結(jié)構(gòu)模型 （a）原子結(jié)構(gòu)圖；（b）簡化模型,5,6.1 半導(dǎo)體二極管,在硅、鍺制成單晶體后，最外層的4個價電子不僅受自身原子核的束縛，還與其相鄰的4個原子核相互吸引，2個相鄰原子之間有1對價電子，稱為共價鍵結(jié)構(gòu)，如圖6.2所示。 半導(dǎo)體共價鍵中的價電子并不像絕緣體中的電子被束縛得那么緊，在室溫300K時，由于熱激發(fā)，就會使一些價電子獲得足夠的能量掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。在電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子后，共價鍵就留下1個空位，這個空位叫做空穴。顯然，空穴帶有正電荷。當(dāng)溫度越高時，電子空穴就越多；電子空穴的熱運(yùn)動是雜亂無章的，對外不顯電性。,6,6.1 半導(dǎo)體二極管,,圖6.2鍺（硅）原子在晶體中的共價鍵排列,7,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入少量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的改變。因摻入雜質(zhì)的不同，可分為N型半導(dǎo)體（電子半導(dǎo)體）和P型半導(dǎo)體（空穴半導(dǎo)體）。 （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價元素雜質(zhì)，如磷、銻、砷等，磷原子有5個價電子，它的4個價電子與相鄰的硅組成共價鍵后，還多余1個價電子，多余的價電子很容易受激發(fā)成為自由電子。摻入的磷元素越多，則自由電子就越多。如圖6.3所示。,8,6.1 半導(dǎo)體二極管,由于磷原子在硅晶體中給出了1個多余的電子，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。,圖6.3 N型半導(dǎo)體,9,6.1 半導(dǎo)體二極管,（2）P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中（如硅、鍺中）摻入少量的3價元素雜質(zhì)，如硼、銦等，硼原子最外層只有3個價電子，它與周圍硅原子組成共價鍵時，因缺少1個價電子，在晶體中就留有1個空穴，空穴數(shù)量增多，自由電子則相對很少。如圖6.4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，對外不顯電性。,10,6.1 半導(dǎo)體二極管,,圖6.4 P型半導(dǎo)體,圖6.5 PN結(jié)的形成,11,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.2.1 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，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，這個區(qū)域稱為空間電荷區(qū)，即PN結(jié)。同時形成一個由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場，內(nèi)電場對擴(kuò)散運(yùn)動起阻礙作用，電子和空穴的擴(kuò)散運(yùn)動隨著內(nèi)電場的增強(qiáng)而逐漸減弱，最后達(dá)到動態(tài)的平衡。如圖6.5（a）、（b）所示。,6.1.2 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?12,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.2.2 PN結(jié)單向?qū)щ娦?PN結(jié)在使用時總是加一定的電壓,若PN結(jié)外加正向電壓(P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位),稱為正向偏置,簡稱正偏。如圖6.6（a）所示。這時PN結(jié)外電場與內(nèi)電場方向相反，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，簡稱反偏。如圖6.6（b）所示。這時外加電場與內(nèi)電場方向相同，使內(nèi)電場增強(qiáng)，PN結(jié)變厚，多數(shù)載流子運(yùn)動難以進(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PN結(jié)呈高阻狀態(tài)。,13,6.1 半導(dǎo)體二極管,由此可知，PN結(jié)正向偏置時，呈導(dǎo)通狀態(tài)；反向偏置時，呈截止?fàn)顟B(tài)。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。另外在室溫下，少?shù)載流子形成的反向電流雖然很小，但它隨溫度的上升而明顯增加，使用時要特別注意。,圖6.6 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?（a）加正向電壓時導(dǎo)通；（b）加反向電壓時截止,14,6.1 半導(dǎo)體二極管,半導(dǎo)體二極管由一個PN結(jié)加上相應(yīng)的引出端和管殼構(gòu)成。它有兩個電極，P區(qū)引出線稱二極管的正極（又稱陽極），N區(qū)引出線稱二極管的負(fù)極（又稱陰極）。常見二極管的外形和符號如圖6.7所示。,6.1.3 二極管的結(jié)構(gòu),圖6.7 二極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖和符號,15,6.1 半導(dǎo)體二極管,二極管的種類很多，按結(jié)構(gòu)分，常見的有點接觸型和面接觸型。點接觸型二極管的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6.8（a）所示。因其結(jié)面積小，允許通過的電流小，但結(jié)電容小，工作頻率高，主要用在高頻檢波和開關(guān)電路。面接觸型二極管的PN結(jié)是用合金或擴(kuò)散法做成的，其結(jié)構(gòu)如圖6.8（b）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、開關(guān)二極管等等。,16,6.1 半導(dǎo)體二極管,圖6.8 常見二極管的結(jié)構(gòu)和符號 （a）點接觸型；（b）面接觸型；（c）符號,17,6.1 半導(dǎo)體二極管,二極管的伏安特性是指通過二極管的電流與其兩端的電壓之間的關(guān)系。如圖6.9所示。下面對二極管的伏安特性分三部分來分析。,6.1.4 二極管的伏安特性,圖6.9 二極管的伏安特性,,,,18,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.4.1 正向特性 當(dāng)二極管兩端加正向電壓時，便有正向電流通過。但當(dāng)二極管承受電壓很低時，還不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子運(yùn)動的阻擋作用，因此，這時正向電流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)外加電壓超過一定電壓數(shù)值UT時，外電場大大抵消了內(nèi)電場，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6.9第①段所示。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。,19,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.4.2 反向特性 二極管加反向電壓，此時外電場與內(nèi)電場方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動，形成反向電流IR。如圖6.9第②段所示。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。這種特性稱為反向截止特性。,20,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.4.3 反向擊穿特性 當(dāng)外加反向電壓增大到一定數(shù)值時，外加電場過強(qiáng)，可能破壞共價鍵而把價電子拉出，使少數(shù)載流子的數(shù)目劇增；強(qiáng)電場也可能引起電子與原子碰撞，產(chǎn)生新的電子空穴對，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，擊穿時對應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓UBR。如圖6.9第③段所示。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，將會因電流過大使管子過熱而造成永久性損壞，這種現(xiàn)象叫做熱擊穿。,21,6.1 半導(dǎo)體二極管,最大整流電流IFM：是指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。使用二極管時，管子通過的電流應(yīng)小于IFM ，否則管子容易過熱而損壞。 反向擊穿電壓UBR：是指二極管反向擊穿時，對應(yīng)的外加電壓稱為反向擊穿電壓。一般手冊上給出的最高反向電壓約為擊穿電壓的一半，以確保管子安全運(yùn)行。 反向電流IR：是指管子未擊穿時的反向電流。其值愈小，管子的單向?qū)щ娦栽胶?。由于溫度增加，反向電流會急劇增加，所以在使用二極管時要注意溫度的影響。 最高工作頻率 ：是指保持二極管單向?qū)〞r，外加電壓的最高頻率。二極管工作頻率與PN結(jié)的極間電容大小有關(guān)，容量越小，工作頻率越高。,,6.1.5 二極管的主要參數(shù),22,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.6.1 光電二極管 光電二極管又稱光敏二極管，是一種將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的特殊二極管。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玻璃窗口以接受光照。其外形和符號如圖6.10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光照時，反向電流很小，稱為暗電流；有光照時反向電流很大，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。圖6.11是光電二極管的基本應(yīng)用電路，無光照時，負(fù)載RL上無電壓；有光照時，亮電流在RL上轉(zhuǎn)換為電壓輸出，從而實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。,6.1.6 特殊二極管,23,6.1 半導(dǎo)體二極管,光電二極管使用時應(yīng)注意： ① 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； ② 保持光電二極管的管殼清潔，否則光電靈敏度會下降。,圖6.10 光電二極管的外形及符號 （a）外形；（b）符號,圖6.11 光電二極管的基本應(yīng)用電路,24,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.6.2 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的元器件，簡寫成LED（Light Emitting Diode）。通常用元素周期表中Ⅲ、Ⅴ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PN結(jié)構(gòu)成，發(fā)光二極管正向?qū)〞r，由于空穴和電子的直接復(fù)合而放出能量，發(fā)出一定波長的可見光，由于光的波長不同，顏色也不相同。常見的發(fā)光二極管有紅、綠、黃等顏色。圖6.12為發(fā)光二極管的外形和符號。,25,6.1 半導(dǎo)體二極管,發(fā)光二極管正向偏置并達(dá)到一定電流時就會發(fā)光。工作電流在10～30mA時，正向壓降為2～3V。通常管腳引線較長的為正極，較短的為負(fù)極。當(dāng)管殼上有凸起的標(biāo)志時，靠近標(biāo)志的管腳為正極。,圖6.12 發(fā)光二極管的外形及符號 （a）外形；（b）符號,26,6.1 半導(dǎo)體二極管,使用發(fā)光二極管時也要串入限流電阻，避免流過的電流太大。改變電流的大小還可以改變發(fā)光的亮度。圖6.13（a）是常用的直流驅(qū)動電路。限流電阻R可按下式計算： 式中UF為LED的正向電壓，約為2V；IF為正向工作電流，可從產(chǎn)品手冊中查得。用交流電源驅(qū)動時，如圖6.13（b）所示。此時，在計算限流電阻R時仍用上式，不過上式中的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。,,(6-1),27,6.1 半導(dǎo)體二極管,發(fā)光二極管除可單個使用外，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，但為使器件長時間穩(wěn)定而又可靠地工作，安全使用電壓選擇在5V以下。,圖6.13 LED的驅(qū)動電路 （a）直流驅(qū)動；（b）交流驅(qū)動,28,6.1 半導(dǎo)體二極管,6.1.6.3 變?nèi)荻O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)沒有載流子，起著絕緣介質(zhì)的作用，PN結(jié)類似一個平板電容器。它的電容量一般為幾十皮法至幾百皮法，且隨反偏電壓（0～30V）的升高而減?。s15倍）。因此變?nèi)荻O管是工作在反向偏置狀態(tài)，其符號如圖6.14所示。 變?nèi)荻O管的常見用途是 作為調(diào)諧電容使用，例如 在電視機(jī)的頻道選擇器中， 利用它來微調(diào)選擇電臺的 頻道。,圖614 變?nèi)荻O管的符號,29,6.2 直流穩(wěn)壓電源,整流是指將交流電變?yōu)閱蜗蛎}動的直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相、三相等各種形式的整流電路，然后再經(jīng)過電容的濾波及穩(wěn)壓，便可獲得平穩(wěn)的直流電。 單相橋式整流電路如圖6.15所示。圖中，四個整流二極管D1~D4接成橋形，其中一個對角線接變壓器的次級，另一個對角線接負(fù)載電阻RL，二者不能互換。,6.2 直流穩(wěn)壓電源,6.2.1 單相橋式整流電路,30,6.2 直流穩(wěn)壓電源,圖6.15 單相橋式整流電路圖 （a）原理電路；（b）簡化畫法圖,31,6.2 直流穩(wěn)壓電源,6.2.1.1 電路工作原理 為正半周時,D1、D3正偏導(dǎo)通，D2、D4反偏截止，電流從上往下流過RL，在RL上得到上正下負(fù)的電壓。u2為負(fù)半周時,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RL，在RL上得到上正下負(fù)的電壓。 上述過程周而復(fù)始，在RL上得到如圖6.16所示的 的完整波形。這是一個脈動直流電壓，與全波整流電路輸出的波形完全相同。,,,圖6.16 單相橋式整流電路波形圖,32,6.2 直流穩(wěn)壓電源,6.2.1.2 負(fù)載上的直流電壓和直流電流的計算 由橋式整流電路波形圖知：輸出直流電壓平均值、負(fù)載電流平均值、流過每個二極管的電流平均值，分別為： 橋式整流電路二極管所承受的最大反向電壓,其值為：,,,,,,(6.5),(6.4),(6.3),(6.2),33,6.2 直流穩(wěn)壓電源,橋式整流電路在使用中一定要注意二極管的接法,不允許接反。當(dāng)一個管子接反時，將會出現(xiàn)交流電半個周期內(nèi)變壓器二次側(cè)出現(xiàn)短路的情況，很容易燒壞變壓器。 橋式整流電路輸出電壓高，紋波電壓較小，結(jié)構(gòu)比較簡單。在半導(dǎo)體器件成本日益降低的形勢下，橋式整流在實際中得到廣泛應(yīng)用。,34,6.2 直流穩(wěn)壓電源,整流電路輸出的脈動電壓是直流分量和許多不同頻率的交流諧波分量疊加而成的，這些諧波分量總稱為紋波。為了獲得較平滑的直流輸出，還必須采用濾波電路，把脈動電壓中的交流成分濾除。 6.2.2.1 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，圖6.17就是一個很實用的單相橋式整流電容濾波電路。,6.2.2 濾波電路,35,6.2 直流穩(wěn)壓電源,,圖6.17 單相橋式整流電 容濾波電路原理圖,圖6.18 波形圖 （a） 波形；（b） 、 波形,,,,36,6.2 直流穩(wěn)壓電源,圖6.18,37,6.2 直流穩(wěn)壓電源,（2）參數(shù)計算 輸出電壓的UL： 額定情況下： 濾波電容容量的確定： 式中T為電流交流電壓的周期。 電容耐壓值的確定：由圖6-18可知，加在電容上的最大電壓為 ，選定的電容耐壓值為 的1.5~2倍。,,,,,,(6.8),(6.7),(6.6),38,6.2 直流穩(wěn)壓電源,負(fù)載上的平均電流： （6-9） 整流管的平均電流： （6-10） 整流管承受的最大反向電壓： （6-11）,,,,39,6.2 直流穩(wěn)壓電源,6.2.2.2 電感濾波 單向橋式整流電感濾波電路如圖6.19（a）所示。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實現(xiàn)濾波。其基本工作原理為：,圖6.19 單向橋式整流電感濾波電路及工作波形 (a) 整流濾波電路；(b) 整流濾波電壓波形,40,6.2 直流穩(wěn)壓電源,圖6.19（a）,41,6.2 直流穩(wěn)壓電源,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。,,（6.12）,42,6.2 直流穩(wěn)壓電源,6.2.2.3 復(fù)式濾波 （1）LC 濾波器 在電容C 濾波之前串接一個電感L ，如圖6.20（a）所示，即組成LC 濾波器。整流后的脈動直流中的大部分交流分量降在電感L上，再經(jīng)過電容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）π形濾波器 在LC濾波器前再并聯(lián)一個電容器，如圖6.20（b）所示，組成π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，可將電感用一個小電阻R 代替，組成π形RC 濾波器，如圖6.20（c）所示。,43,6.2 直流穩(wěn)壓電源,圖6.20 常用的幾種復(fù)式濾波器 (a) LC 濾波器；(b) π形LC 濾波器；（c）π形RC 濾波器,,圖6.21 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,44,6.2 直流穩(wěn)壓電源,當(dāng)用一個不穩(wěn)定的電壓對負(fù)載供電時，會引起負(fù)載工作不穩(wěn)定，甚至不能正常工作。精密電子儀器、自動控制和計算裝置等都需要很穩(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、負(fù)載或溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 6.2.3.1 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 圖6.21所示為硅穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路，電阻R 限制流過穩(wěn)壓管的電流使之不超過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。,6.2.3 穩(wěn)壓電路,45,6.2 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6.22，分析電路的穩(wěn)壓原理。,圖6.22 硅穩(wěn)壓管的反向伏安特性,46,6.2 直流穩(wěn)壓電源,47,6.2 直流穩(wěn)壓電源,48,6.2 直流穩(wěn)壓電源,49,6.2 直流穩(wěn)壓電源,6.2.3.2 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)。它的型號有W78××和W79××兩個系列，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用接線圖。,50,6.2 直流穩(wěn)壓電源,圖6.23 三端穩(wěn)壓器的外形圖和實用接線圖 （a）外形圖；（b）正電壓輸出；（c）負(fù)電壓輸出,,圖6.24 正、負(fù)電壓同時輸出的穩(wěn)壓電源,51,6.2 直流穩(wěn)壓電源,圖6.24是同時輸出正、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)，其外形及表示符號與固定式完全相同，只是型號不同?？烧{(diào)集成穩(wěn)壓器的國內(nèi)型號有CW117/CW217/CW317、CW137/CW237/CW337，對應(yīng)國外型號為LM117/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6.25是以正穩(wěn)壓器為例的接線圖，圖中CW117的2是輸入端，3是輸出端，1是調(diào)整端。,52,6.2 直流穩(wěn)壓電源,C1是為防止容性負(fù)載產(chǎn)生高頻振蕩時而設(shè)的，取值為10~25μF，耐壓值高于UI值。C2是為消除紋波而設(shè)的，取值為10~100μF，D1是為防止當(dāng)輸入短路時C2反向通過穩(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。,,（6.13）,53,6.2 直流穩(wěn)壓電源,應(yīng)用CW（LM）系列時應(yīng)注意以下技巧： ① 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； ② R2的接地點應(yīng)與負(fù)載電流返回的接地點處在同一點，以免引起輸出電 壓偏差； ③ 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系列實際接線圖,54,小 結(jié),本章小結(jié) 半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種載流子。P型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子；N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴。 PN是半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，PN結(jié)正偏導(dǎo)通，反偏截止，具有單向?qū)щ娦浴⒎聪驌舸┬院头蔷€性的特點。 半導(dǎo)體二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成，它具有單向?qū)щ娦缘奶攸c，并且它是一個非線性器件，其正向特性有死區(qū)電壓、非線性段和線性段之分，反向特性有反向飽和與反向擊穿之別。 常見的特殊二極管有穩(wěn)壓二極管、光電二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管。穩(wěn)壓二極管專用于穩(wěn)定電壓，工作在反向擊穿區(qū)。,55,小 結(jié),直流電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。整流是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮優(yōu)閱蜗蛎}動的直流電，最常用的是橋式整流電路。濾波是把脈動電壓中的交流成分濾除，常用的濾波有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波。穩(wěn)壓電路的作用是使輸出電壓在電網(wǎng)波動或負(fù)載變化時，基本保持不變。 集成穩(wěn)壓電路屬于專用的模擬集成電路，三端式集成穩(wěn)壓電路因使用簡便，得到了廣泛的應(yīng)用。,56,