二极管及直流稳压电源

1.3.1 整流电路 直流稳压电源：把交流电通过整流、滤波和稳压电路处理后得到稳定的直流电压
的电路。其组成框图如下图所示。
利用二极管的单向导电性，把交流电变换成脉动直流电的电路称为整流电路。
1．半波整流电路 （1）工作原理
T－－电源变压器，用来将220V交流市电电压 变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保 证直流电源与市电电源有良好的隔离。
应 用：各种电子电路、家电、仪表等设备中的电源指示、电 平指示、组成文字或数字显示。
1.2.3 光电二极管 光电二极管也称光敏二极管，是一种将光信号转变成电信号的器件。
电路符号
实物图
工作条件：反向偏置。 特 性： 无光照时，反向电阻高达几十兆欧；
有光照时，反向电阻降为几千欧～几十千欧 。 应 用： 在自动控制中作为光/电检测元件，制作光电池。
正极接电源正端， 负极经L、R接电源 负端，电路导通。
负极接电源正端，正 极经L、R接电源负端, 电路不导通。
结论：
二极管正向偏置时导通， 反向偏置时截止。这就是二极 管的单向导电性。
（2）二极管的伏安特性 伏安特性：通过二极管的电流和它两端电压之间
的对应关系。右图为二极管的伏安特性曲线。
①正向特性（图OAB段） 死区（OA段）：二极管不导通。 正向导通（AB段）：正向电流迅速增加，二 极管两端电压降变化不大。
V－－整流二极管，将交流电变成脉动直流电。
RL－－负载等效电阻。
输入电压为正半周时， 二极管 V正向导通，电流由A经C到达B点, 在负载上得到上正下负的电压。
输入电压为负半周时，二极管 V反向截止。电路中没有电流流过 负载，负载上无输出电压。
由此可见，在半波整流电路中，交流电一个周期内，二极管半个周期导通半 个周期截止，输出的脉动直流电的波形是输入交流电波形的一半。 “半波整流” 由此得名。 （2）半波整流电路的特点 优点：结构简单 缺点：电源利用率低、脉动成分大。 应用：对直流电压波动要求不高的场合，如蓄电池的充电等。
点接触型
（2）面接触型二极管
允许通过较大的电流（几安到几 十安）。
适用于把交流电变换成直流电的 “整流”电路中。
（3）平面型二极管
能通过较大的电流，而且性能稳定 可靠。
多用于开关、脉冲及高频电路中。
面接触型
平面型
1.1.2 二极管的主要参数
1．最大整流电流 I FM
二极管在室温下长期运行允许通过的最大正向平均电流。
第一章 二极管及直流稳压电源
1.1.1 二极管的基本结构、特性和类型
1．二极管的基本结构 如下图所示，在一个PN结的两端各引出一个 电极，外加玻璃或塑料的管壳封装就是二极管。 由P型半导体引出的电极，称为正极（或阳极）； 由N型半导体引出的电极，称为负极（或阴极）。
2．二极管的特性
（1）二极管的单向导电性
2．最高反向工作电压 VRM
二极管正常工作时所允许外加的最大反向电压。
3．反向电流 I R
在二极管加反向电压而未击穿时的反向电流值。
1.2.1 稳压二极管 稳压二极管利用 PN 结的反向击穿区具有稳定电压的特性来工作的。
电路符号
实物图
工作条件：反向击穿。 特 性： 正向特性与普通二极管相同；
反向击穿特性较陡； 反向击穿电压为几伏～几十伏。
IF
IL
0.45V2 RL
桥式整流：流过每个整流二极管的平均电流应为负载中的直流电流的一半。
VL 0.45V2
负载上的直流输出电流是直流输出电压与负载阻值的比值。
IL
VL RL
0.45 V2 RL
桥式整流：因为负载上得到的是全波脉动直流电，因此，直流输出电压为：
直流输出电流为：
VL 0.9V2
IL
VL RL
0.9 V2 RL
（2）整流二极管上的平均整流电流 I F
半波整流：流过整流二极管的平均电流即为负载中的直流电流。
2．桥式整流电路 （1）工作原理
输入电压为正半周时， 二极管V1和V3正向导通，V2和V4反向截止，在负载
上得到上正下负的电压。桥式整流电路工作过程
输入电压为负半周时， 二极管V2和V4正向导通，V1和V3反向截止，在负载 上仍然得到上正下负的电压。
在桥式整流电路中，4只二极管分为两组，交流电正、负半周各有一组二极管 导通，且流过负载的电流是同一方向，在负载上得到全波脉动直流电。
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1.2.5 激光二极管
激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光活性的半导体，使其能发射出 单波长红外光。
电路符号
实物图
工作条件：正向导通。 特 性：与普通二极管一样，具有单向导电性能；
体积小、重量轻、耗电低； 驱动电路简单、方便调制； 耐机械冲击、抗震动。
应 用：远距离光纤通信的光源，计算机光驱、激光打印机打印 头，VCD机及条形码阅读器等。
（2）桥式整流电路的特点 优点：输出电压高、脉动较小、电源效率高、二极管承受的最大反向电压低。 缺点：电路复杂、二极管数量多。 应用：对直流电压波动要求高的场合。
3．整流电路及元件的主要参数估算与选用
（1）负载 RL上的直流输出电压 VL 和直流输出电流 I L
半波整流：负载上的直流输出电压是整流电路输出电压在一个周期内的平均值；
1.2.4 变容二极管 变容二极管PN结的电容是可变，由此可以实现改变电容的功能。
电路符号
实物图
工作条件：反向偏置。
特 性： 正向特性与普通二极管相同； 反偏时，PN结电容随外加电压升高而降低； 电容量较小，几十～几百pF 。
应 用：电视机、收录机等家用电器和仪器仪表中构 成调谐电路和自动频率微调电路。
②反向特性（图中OCD段） 反向截止（OC段）：二极管反向电流很小， 二极管不导通。 反向击穿（CD段）：当反向电压超过击穿电压 后，二极管的反向电流急剧增加。
二极管伏安特性曲线为非线性，所以二极管属于非线性器件 。
3.二极管的类型
（1）点接触型二极管
允许通过较小的电流（不超过几十毫 安）。
适用于高频小电流电路，如收音机的检 波等。
应 用：稳压设备和一些电子电路中。
1.2.2 发光二极管 发光二极管简称为LED，它能把电能转换成光能，实现发光的功能。
电路符号
工作条件：正向导通。
实物图
特 性：与普通二极管一样，具有单向导电性能； 体积小、发光均匀稳定、亮度较高、响应快、寿命长； 工作电压低(约 2 V)，工作电流小(约 10 mA)。