第二篇電子技術基礎第6章(1)PN結及晶體二極管第6章(2)晶體三極管及基本放大電路第6章(3)集成運算放大器功率放大器第7章門電路及組合邏輯電路第8章觸發器和時序邏輯電路第9章555定時器及其應用第二篇2014年8月制作陳祝華主編黃淑琴PN結及其單向導電性晶體二極管及其應用PN結及晶體二極管主要授課內容第6章6.1PN結及其單向導電性6.2.1

晶體二極管6.2.2

穩壓二極管6.2.3

發光二級管6.2晶體二極管及其應用第1頁6.2.4

變容二級管6.2.5

晶體二級管的基本應用電路

物質按導電能力的不同可分為導體、半導體和絕緣體3類。日常生活中接觸到的金、銀、銅、鋁等金屬都是良好的導體，它們的電導率在105S·cm-1量級；而像塑料、云母、陶瓷等幾乎不導電的物質稱為絕緣體，它們的電導率在10-22~10-14S·cm-1量級；導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱為半導體，它們的電導率在10-9~102S·cm-1量級。自然界中屬于半導體的物質有很多種類，目前用來制造半導體器件的材料大多是提純后的單晶型半導體，主要有硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵（GaAs)等。

6.1

半導體的基本知識第3頁（1）通過摻入雜質可明顯地改變半導體的電導率。例如，室溫30°C時，在純凈鍺中摻入一億分之一的雜質（稱摻雜），其電導率會增加幾百倍。

（2）溫度可明顯地改變半導體的電導率。利用這種熱敏效應可制成熱敏器件，但另一方面，熱敏效應使半導體的熱穩定性下降。因此，在半導體構成的電路中常采用溫度補償及穩定參數等措施。（3）光照不僅可改變半導體的電導率，還可以產生電動勢，這就是半導體的光電效應。利用光電效應可制成光敏電阻、光電晶體管、光電耦合器和光電池等。光電池已在空間技術中得到廣泛的應用，為人類利用太陽能提供了廣闊的前景。

半導體之所以得到廣泛的應用，是因為它具有以下特性。

1.

半導體的獨特性能第3頁

由此可以看出：半導體不僅僅是電導率與導體有所不同，而且具備上述特有的性能，正是利用這些特性，使今天的半導體器件取得了舉世矚目的發展。2.本征半導體與雜質半導體（1）天然的硅和鍺提純后形成單晶體，稱為本征半導體一般情況下，本征半導體中的載流子濃度很小，其導電能力較弱，且受溫度影響很大，不穩定，因此其用途還是很有限的。硅和鍺的簡化原子模型。這是硅和鍺構成的共價鍵結構示意圖晶體結構中的共價鍵具有很強的結合力，在熱力學零度和沒有外界能量激發時，價電子沒有能力掙脫共價鍵束縛，這時晶體中幾乎沒有自由電子，因此不能導電第3頁

當半導體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時，某些共價鍵中的價電子因熱激發而獲得足夠的能量，因而能脫離共價鍵的束縛成為自由電子，同時在原來的共價鍵中留下一個空位，稱為“空穴”。空穴自由電子本征半導體中產生電子—空穴對的現象稱為本征激發。顯然在外電場的作用下，半導體中將出現兩部分電流：一是自由電子作定向運動形成的電子電流，一是仍被原子核束縛的價電子（不是自由電子）遞補空穴形成的空穴電流。

共價鍵中失去電子出現空穴時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵填補到這個空穴中來，使該價電子原來所在的共價鍵中又出現一個空穴，這個空穴又可被相鄰原子的價電子填補，再出現空穴，如右圖所示。在半導體中同時存在自由電子和空穴兩種載流子參與導電，這種導電機理和金屬導體的導電機理具有本質上的區別。第3頁

在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷等五價元素，雜質原子就替代了共價鍵中某些硅原子的位置，雜質原子的四個價電子與周圍的硅原子結成共價鍵，剩下的一個價電子處在共價鍵之外，很容易掙脫雜質原子的束縛被激發成自由電子。同時雜質原子由于失去一個電子而變成帶正電荷的離子，這個正離子固定在晶體結構中，不能移動，所以它不參與導電。

雜質離子產生的自由電子不是共價鍵中的價電子，因此與本征激發不同，它不會產生空穴。由于多余的電子是雜質原子提供的，故將雜質原子稱為施主原子。

摻入五價元素的雜質半導體，其自由電子的濃度遠遠大于空穴的濃度，因此稱為電子型半導體，也叫做N型半導體。在N型半導體中，自由電子為多數載流子（簡稱多子），空穴為少數載流子（簡稱少子）；不能移動的離子帶正電。

（2）雜質半導體相對金屬導體而言，本征半導體中載流子數目極少，因此導電能力仍然很低。如果在其中摻入微量的雜質，將使半導體的導電性能發生顯著變化，我們把這些摻入雜質的半導體稱為雜質半導體。雜質半導體可以分為N型和P型兩大類。

N型半導體第3頁不論是N型半導體還是P型半導體，雖然都有一種載流子占多數，但晶體中帶電粒子的正、負電荷數相等，仍然呈電中性而不帶電。應注意：P型半導體

在P型半導體中，由于雜質原子可以接收一個價電子而成為不能移動的負離子，故稱為受主原子。

摻入三價元素的雜質半導體，其空穴的濃度遠遠大于自由電子的濃度，因此稱為空穴型半導體，也叫做P型半導體。在硅（或鍺）晶體中摻入微量的三價元素雜質硼（或其他），硼原子在取代原晶體結構中的原子并構成共價鍵時，將因缺少一個價電子而形成一個空穴。當相鄰共價鍵上的電子受到熱振動或在其他激發條件下獲得能量時，就有可能填補這個空穴，使硼原子得電子而成為不能移動的負離子；而原來的硅原子共價鍵則因缺少一個電子，出現一個空穴。于是半導體中的空穴數目大量增加。空穴成為多數載流子，而自由電子則成為少數載流子。

第3頁正負空間電荷在交界面兩側形成一個由N區指向P區的電場，稱為內電場，它對多數載流子的擴散運動起阻擋作用，所以空間電荷區又稱為阻擋層。同時，內電場對少數載流子起推動作用，把少數載流子在內電場作用下有規則的運動稱為漂移運動。

3.PN結

P型和N型半導體并不能直接用來制造半導體器件。通常是在N型或P型半導體的局部再摻入濃度較大的三價或五價雜質，使其變為P型或N型半導體，在P型和N型半導體的交界面就會形成PN結。PN結是構成各種半導體器件的基礎。

左圖所示的是一塊晶片，兩邊分別形成P型和N型半導體。為便于理解，圖中P區僅畫出空穴（多數載流子）和得到一個電子的三價雜質負離子，N區僅畫出自由電子（多數載流子）和失去一個電子的五價雜質正離子。根據擴散原理，空穴要從濃度高的P區向N區擴散，自由電子要從濃度高的N區向P區擴散，并在交界面發生復合(耗盡），形成載流子極少的正負空間電荷區如圖中間區域，這就是PN結，又叫耗盡層。第3頁空間電荷區

PN結中的擴散和漂移是相互聯系，又是相互矛盾的。在一定條件（例如溫度一定）下，多數載流子的擴散運動逐漸減弱，而少數載流子的漂移運動則逐漸增強，最后兩者達到動態平衡，空間電荷區的寬度基本穩定下來，PN結就處于相對穩定的狀態。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++PN結的形成演示根據擴散原理，空穴要從濃度高的P區向N區擴散，自由電子要從濃度高的N區向P區擴散，并在交界面發生復合(耗盡），形成載流子極少的正負空間電荷區（如上圖所示），也就是PN結，又叫耗盡層。

P區N區空間電荷區第3頁少子漂移

擴散與漂移達到動態平衡形成一定寬度的PN結多子擴散

形成空間電荷區產生內電場

促使阻止第3頁擴散運動和漂移運動相互聯系又相互矛盾，擴散使空間電荷區加寬，促使內電場增強，同時對多數載流子的繼續擴散阻力增大，但使少數載流子漂移增強；漂移使空間電荷區變窄，電場減弱，又促使多子的擴散容易進行。繼續討論當漂移運動達到和擴散運動相等時，PN結便處于動態平衡狀態。可以想象，在平衡狀態下，電子從N區到P區擴散電流必然等于從P區到N區的漂移電流，同樣，空穴的擴散電流和漂移電流也必然相等。即總的多子擴散電流等于總的少子漂移電流，且二者方向相反。

在無外電場或其他因素激發時，PN結處于平衡狀態，沒有電流通過，空間電荷區的寬度一定。

由于空間電荷區內，多數載流子或已擴散到對方，或被對方擴散過來的多數載流子復合掉了，即多數載流子被耗盡了，所以空間電荷區又稱為耗盡層，其電阻率很高，為高阻區。擴散作用越強，耗盡層越寬。

PN結具有電容效應。結電容是由耗盡層引起的。耗盡層中有不能移動的正、負離子，各具有一定的電量，當外加電壓使耗盡層變寬時，電荷量增加，反之，外加電壓使耗盡層變窄時，電荷量減小。這樣耗盡層中的電荷量隨外加電壓變化而改變時，就形成了電容效應。

第3頁3.PN結的單向導電性PN結具有單向導電的特性，也是由PN結構成的半導體器件的主要工作機理。PN結外加正向電壓（也叫正向偏置）時，如左下圖所示：正向偏置時外加電場與內電場方向相反，內電場被削弱，多子的擴散運動大大超過少子的漂移運動，N區的電子不斷擴散到P區，P區的空穴也不斷擴散到N區，形成較大的正向電流，這時稱PN結處于導通狀態。第3頁P端引出極接電源負極，N端引出極電源正極的接法稱為反向偏置；反向偏置時內、外電場方向相同，因此內電場增強，致使多子的擴散難以進行，即PN結對反向電壓呈高阻特性；反偏時少子的漂移運動雖然被加強，但由于數量極小，反向電流

IR一般情況下可忽略不計，此時稱PN結處于截止狀態。PN結的“正偏導通，反偏阻斷”稱為其單向導電性質，這正是PN結構成半導體器件的基礎。

第3頁討論題

半導體的導電機理與金屬導體的導電機理有本質的區別：金屬導體中只有一種載流子—自由電子參與導電，半導體中有兩種載流子—自由電子和空穴參與導電，而且這兩種載流子的濃度可以通過在純凈半導體中加入少量的有用雜質加以控制。半導體導電機理和導體的導電機理有什么區別？

雜質半導體中的多子和少子性質取決于雜質的外層價電子。若摻雜的是五價元素，則由于多電子形成N型半導體：多子是電子，少子是空穴；如果摻入的是三價元素，就會由于少電子而構成P型半導體。P型半導體的共價鍵結構中空穴多于電子，且這些空穴很容易讓附近的價電子跳過來填補，因此價電子填補空穴的空穴運動是主要形式，所以多子是空穴，少子是電子。雜質半導體中的多數載流子和少數載流子是怎樣產生的？為什么P型半導體中的空穴多于電子？

N型半導體中具有多數載流子電子，同時還有與電子數量相同的正離子及由本征激發的電子—空穴對，因此整塊半導體中正負電荷數量相等，呈電中性而不帶電。N型半導體中的多數載流子是電子，能否認為這種半導體就是帶負電的？為什么？

空間電荷區的電阻率為什么很高？何謂PN結的單向導電性？第3頁

2.半導體在熱（或光照等）作用下產生電子、空穴對，這種現象稱為本征激發；電子、空穴對不斷激發產生的同時，運動中的電子又會“跳進”另一個空穴，重新被共價鍵束縛起來，這種現象稱為復合，即復合中電子空穴對被“吃掉”。在一定的溫度下，電子、空穴對的產生和復合都在不停地進行，最終處于一種平衡狀態，平衡狀態下半導體中載流子濃度一定。

1.半導體中的少子雖然濃度很低，但少子對溫度非常敏感，即溫度對半導體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于雜質原子的濃度，所以基本上不受溫度影響。

4.PN結的單向導電性是指：PN結的正向電阻很小，因此正向偏置時電流極易通過；同時PN結的反向電阻很大，反向偏置時電流基本為零。問題探討

3.空間電荷區的電阻率很高，是指它的內電場總是阻礙多數載流子（電流）的擴散運動作用，由于這種阻礙作用，使得擴散電流難以通過，也就是說，空間電荷區對擴散電流呈現高阻。第3頁6.2

晶體二極管及其應用1.二極管的結構和類型一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成了半導體二極管，簡稱二極管，接在P型半導體一側的引出線稱為陽極；接在N型半導體一側的引出線稱為陰極。半導體二極管按其結構不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。點接觸型二極管PN結面積很小，因而結電容小，適用于高頻幾百兆赫茲下工作，但不能通過很大的電流。主要應用于小電流的整流和高頻時的檢波、混頻及脈沖數字電路中的開關元件等。

面接觸型二極管PN結面積大，因而能通過較大的電流，但其結電容也小，只適用于較低頻率下的整流電路中。參看二極管的實物圖第3頁6.2.1

晶體二極管2.二極管的伏安特性

二極管的電路圖符號如右圖所示：（1）正向特性二極管外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，PN結仍處于截止狀態。

反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。正向電壓大于死區電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。（2）反向特性外加反向電壓時，PN結處于截止狀態，反向電流很小；

顯然二極管的伏安特性不是直線，因此屬于非線性電阻元件。導通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.6～0.8V，鍺管約為0.2～0.3V。溫度上升，死區電壓和正向壓降均相應降低。

第3頁

普通二極管被擊穿后，由于反向電流很大，一般都會造成“熱擊穿”，熱擊穿不同于齊納擊穿和雪崩擊穿，這兩種擊穿不會從根本上損壞二極管，而熱擊穿將使二極管永久性損壞。熱擊穿問題3.二極管的主要參數1）最大整流電流IF：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。2）最高反向工作電壓URM：二極管運行時允許承受的最高反向電壓。3）反向電流IR：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向導電性越好。4.二極管的應用舉例二極管應用范圍很廣，主要是利用它的單向導電性，常用于整流、檢波、限幅、元件保護以及在數字電路中用作開關元件等。DTru1RLu2＋UL－

二極管半波整流電路＋u－uDAU＋F二極管鉗位電路RuOuiD1D2二極管限幅電路第3頁討論PN結擊穿現象包括哪些？擊穿是否意味著二極管的永久損壞？反向電壓增加到一定大小時，通過二極管的反向電流劇增，這種現象稱為二極管的反向擊穿。

反向擊穿電壓一般在幾十伏以上（高反壓管可達幾千伏）。反向擊穿現象分有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型。

雪崩擊穿：PN結反向電壓增加時，空間電荷區內電場增強。通過空間電荷區的電子和空穴，在內電場作用下獲得較大能量，它們運動時不斷地與晶體中其它原子發生碰撞，通過碰撞使其它共價鍵產生本征激發又出現電子–空穴對，這種現象稱為碰撞電離。新產生的電子—空穴對與原有的電子和空穴一樣，在電場作用下，也向相反的方向運動，重新獲得能量，再通過碰撞其它原子，又產生電子–空穴對，從而形成載流子的倍增效應。當反向電壓增大到某一數值，載流子的倍增情況就像在陡峻的山坡上積雪發生雪崩一樣，突然使反向電流急劇增大，發生二極管的雪崩擊穿。

齊納擊穿：在加有較高的反向電壓下，PN結空間電荷區中存一個強電場，它能夠破壞共價鍵將束縛電子分離出來造成電子–空穴對，形成較大的反向電流。發生齊納擊穿需要的電場強度約為2×10V/cm，這只有在雜質濃度特別大的PN結中才能達到，因為雜質濃度大，空間電荷區內電荷密度也大，因而空間電荷區很窄，電場強度可能很高，致使PN結產生雪崩擊穿。

齊納擊穿和雪崩擊穿都不會造成二極管的永久性損壞。第3頁第3頁第3頁例穩壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其實物圖、圖符號及伏安特性如圖所示：

當反向電壓加到某一數值時，反向電流劇增，管子進入反向擊穿區。圖中UZ穩壓管的穩定電壓值。6.2.2穩壓二極管穩壓管實物圖

由圖可見，穩壓管特性和普通二極管類似，但其反向擊穿是可逆的，不會發生“熱擊穿”，而且其反向擊穿后的特性曲線比較陡直，即反向電壓基本不隨反向電流變化而變化，這就是穩壓二極管的穩壓特性。

穩壓管圖符號

穩壓管的穩壓作用：電流增量ΔI

很大，只會引起很小的電壓變化ΔU。曲線愈陡，動態電阻rz=ΔU/ΔI愈小，穩壓管的穩壓性能愈好。一般地說，UZ為8V左右的穩壓管的動態電阻較小，低于這個電壓時，rz隨齊納電壓的下降迅速增加，使低壓穩壓管的穩壓性能變差。

穩壓管的穩定電壓UZ，低的為3V，高的可達300V，穩壓二極管在工作時的正向壓降約為0.6V。

I/mA40302010-5-10-15-20（μA）正向00.40.8－12－8－4反向ΔUZΔIZU/V第3頁6.2.2穩壓二極管第3頁6.2.2穩壓二極管注意：

穩壓管穩壓電路中一般都要加限流電阻R，使穩壓管電流工作在Izmax和Izmix的范圍內。穩壓管在應用中要采取適當的措施限制通過管子的電流值，以保證管子不會造成熱擊穿。

穩壓管的主要參數：（1）穩定電壓UZ：反向擊穿后穩定工作的電壓。（2）穩定電流IZ：工作電壓等于穩定電壓時的電流。（3）動態電阻rZ：穩定工作范圍內，管子兩端電壓的變化量與相應電流的變化量之比。即：rZ=ΔUZ/ΔIZ（4）耗散功率PZM和最大穩定電流IZM。額定耗散功率PZM是在穩壓管允許結溫下的最大功率損耗。IZM是指穩壓管允許通過的最大電流。二者關系可寫為：PZM=UZIZM討論回顧二極管的反向擊穿時特性：當反向電壓超過擊穿電壓時，流過管子的電流會急劇增加。

擊穿并不意味著管子一定要損壞，如果我們采取適當的措施限制通過管子的電流，就能保證管子不因過熱而燒壞。在反向擊穿狀態下，讓流過管子的電流在一定的范圍內變化，這時管子兩端電壓變化很小，利用這一點可以達到“穩壓”的效果。穩壓管是怎么實現穩壓作用的？第3頁第3頁6.2.2穩壓二極管6.2.3

發光二極管單個發光二極管實物發光二極管是一種能把電能直接轉換成光能的固體發光元件。發光二極管和普通二極管一樣，管芯由PN結構成，具有單向導電性。左圖所示為發光二極管的實物圖和圖符號。發光二極管是一種功率控制器件，常用來作為數字電路的數碼及圖形顯示的七段式或陣列式器件；單個發光二極管常作為電子設備通斷指示燈或快速光源以及光電耦合器中的發光元件等。

第3頁6.2.4

光電二極管光電二極管也和普通二極管一樣，管芯由PN結構成，具有單向導電性。光電二極管的管殼上有一個能射入光線的“窗口”，這個窗口用有機玻璃透鏡進行封閉，入射光通過透鏡正好射在管芯上。第3頁6.2.5

變容二極管變容二極管的PN結反向偏置時的結電容隨反向電壓變化而有較大的變化。在電子技術中，變容二極管常作為調諧電容使用。改變其反向電壓大小以使結電容隨之變化，進而調節LC振蕩回路的振蕩頻率。第3頁電源變壓器整流電路濾波電路穩壓電路直流穩壓電源的組成框圖6.2.6晶體二極管的基本應用電路6.2.6.1整流電路一、單相半波整流電路

下圖是單相半波整流電路，該電路由電源變壓器T、整流二極管VD及負載電阻RL組成。單相半波整流電路在u2的負半周，二極管因承受反向電壓而截止，

uo=0。

圖6-16單相半波整流波形1．整流原理

u2的正半周，二極管因承受正向電壓而導通，忽略二極管正向壓降，

uo=u2。設u2=U2sinωt2．負載電壓及電流直流脈動電壓：整流電壓方向不變，但大小變化。平均電壓Uo：一個周期的平均值Uo表示直流電壓的大小。電阻性負載的平均電流為Io，即

3．選用二極管的原則為了安全地使用二極管，選用二極管必須滿足以下原則：

IF≥ID

URM≥UDM式中，IF為最大整流電流（A)，URM為最高反向工作電壓(V)。在交流電壓的負半周，二極管截止，u2電壓全部加在二極管上，二極管所承受的最高反向電壓UDM為u2的峰值，即UDM=U2

。二極管導通時的電流為負載電流，所以二極管平均電流ID=Io。有一單相半波整流電路，如下圖所示。已知負載電阻RL=750Ω，變壓器二次電壓U2=20V，試求Uo、Io及UDM。Uo=0.45U2=0.45×20V=9V=0.012A=12mAUDM=U2=×20V=28.2V

ID=Io=12mA

例解單相半波整流電路二、單相橋式整流電路單相橋式整流電路是由四個二極管接成電橋的形式構成。單相橋式整流電路常用畫法簡化畫法1．整流原理

u2

正半周，

u2的實際極性為a正b負，二極管VD1

和VD3導通，VD2

、VD4截止，uo=u2，如圖6-17所示。波形如圖中的0～π段。單相橋式整流原理單相橋式整流原理

u2的負半周，u2實際極性為a負b正，二極管VD2

、VD4導通，VD1

、VD3截止，uo=-u2。如圖6-17所示。波形如圖中的π～2π段。圖6-17單相橋式整流波形2．負載電壓和電流全波整流電路的整流電壓的平均值Uo比半波整流增加一倍，即Io=0.9Uo=2×0.45U2=0.9U2

3．選用二極管的原則二極管截止時所承受的反向電壓可以看出。若VD1、VD3

兩只二極管導通時，就將u2加到了二極管VD2、VD4的兩端，使這兩只二極管因承受反向電壓而截止，即二極管承受的最高反向電壓UDM=U2

IF≥ID

URM≥UDM

每只二極管只在半個周期內導通，所以在一個周期內流過每個管子的平均電流只有負載電流的一半，即ID=Io/2。二極管的選擇原則：已知負載電阻RL=80Ω，要求負載電壓Uo=110V。現采用單相橋式整流電路，試求變壓器二次側電壓有效值U2。

U2=V=122V

負載電流平均值U2=U2=

Io=A=1.4A

每個二極管通過的平均電流ID=Io=0.7A

UDM=U2=×122V=172.5V例解一、電容濾波器圖中與負載并聯的電容就是一個最簡單的濾波器。單相半波整流電容濾波6.2.6.2濾波電路單相橋式整流電容濾波1．電容濾波原理電容濾波輸出波形圖中的虛線和實線分別表示整流電路不接濾波電容和接濾波電容的波形。半波整流電容濾波原理分析

當u2由零逐漸增大時，二極管VD導通，一方面供電給負載，同時對電容C充電，電容電壓uC的極性為上正下負，如果忽略二極管的壓降，則在VD導通時，

uC（=uo）與u2

同步上升，并達到u2的最大值。

u2到最大值后開始下降，當u2＜uC時，VD反向截止，電源不再向負載供電，而是電容對負載放電。電容放電使uC以一定的時間常數按指數規律下降，直到下一個正半波u2＞uC時，VD又導通，電容再次被充電…。充電放電的過程周而復始，使得輸出電壓波形如圖的實線所示。

橋式整流電容濾波的原理與此相同，只不過在一個周期內電容充電、放電兩次。由于電容向負載放電的時間縮短了，因此輸出電壓波形比半波整流電容濾波更加平滑，波形如圖所示。

橋式整流電容濾波的原理2．電容濾波特點1）輸出電壓的直流平均值提高了。

2）只適用于負載電流較小且負載不常變化的場合。

Uo=U2（半波）

Uo=1.2U2（全波）如果電容和電阻都比較大，Uo≈U2。確定電容值的經驗公式為3）電容濾波電路的輸出電壓隨輸出電流而變化，經驗公式C≥（3～5）T/RL

（半波）C≥（3～5）T/2RL

（全波）式中，T是電源交流電壓的周期。4）τ(放電時間常數)越大，二極管的導通角越小，因此整流管在短暫的時間內流過較大的沖擊電流，常稱為浪涌電流，對管子的壽命不利，所以必須選擇容量較大的整流二極管。由半波整流電容濾波電路圖6-16可知，uD=u2－uC，在u2負半周的極值點處，二極管承受的最高反向電壓值UDM≈2

U2。由橋式整流電容濾波電路圖6-17可知，二極管承受的最高反向電壓UDM=

U2。有一單相橋式整流電容濾波電路如圖6-17所示，交流電源頻率f=50HZ，負載電阻RL=200Ω，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容。（1）選擇整流二極管由經驗公式：Uo=1.2U2

選用二極管2CP11，最大整流電流為100mA，反向工作峰值電壓為50V。例8-3解（2）選擇濾波電容器由經驗公式，取C=5T/2RL，所以

μF

查系列選用C=270μF，耐壓為50V的極性電容。

二、電感濾波器由于電容濾波帶負載能力較差。對于負載電流較大且負載經常變化的場合，采用電感濾波，在負載前串聯電感線圈，如圖所示。

電感濾波電路1.濾波原理

當負載電流增加時，電感將產生與電流方向相反的自感電動勢，阻止電流的增加。當負載電流減小時，電感產生與電流方向相同的自感電動勢，阻止電流減小。負載電流的脈動成分減小，在負載電阻RL上就能獲得一個比較平滑的直流輸出電壓uo，波形如下頁實線所示。顯然，電感L值越大，濾波效果越好。電感濾波波形2．輸出電壓若忽略電感線圈的電阻，則電感線圈上無直流電壓降，無論負載電阻怎樣變動,整流輸出的直流分量幾乎全部落在RL上，因此電感濾波輸出電壓平均值較穩定，其值為

Uo≈0.9U2

3．電感濾波器的特點電感濾波適用于電流較大且負載經常變化的場合，但由于電感體積大、成本高，因此，濾波電感常取幾毫亨到幾十毫亨，并且在小功率的電子設備中很少采用電感濾波。三、復式濾波器電容濾波和電感濾波各有千秋，且優缺點互補。在一些直流用電設備中，既要求電源電壓脈動小，又要求電源能適應負載變化，為此，常采用由電容和電感以及電阻組成的復式濾波器，復式濾波進一步提高了濾波效果同時又不降低帶負載能力。a)圖6-21LC型濾波器b)圖6-22LC-π型濾波器c）RC-π型濾波器

6.2.6.3穩壓電路一、穩壓管并聯型穩壓電路

圖6-23穩壓管并聯型穩壓電路

不變Ui不變RL不變IZ的減小補償Io的增大，使IR基本保持不變，輸出電壓Uo近似穩定不變，電阻R起調節電壓的作用。UR的增大抵消Ui的增大，使輸出電壓基本保持不變。1.穩壓原理2.穩壓管的選擇一般取UZ=Uo

IZM=（1.5～3）IoM

Ui=（2～3）Uo

某穩壓電路如圖6-23所示。負載電阻RL由開路變到3kΩ，整流濾波后的輸出電壓Ui=45V。今要求輸出直流電壓Uo=15V，試選擇穩壓管VS。由輸出電壓Uo=15V，負載電流最大值

查選擇穩壓管2CW20，其穩壓值UZ=13.5～17V，穩定電流IZ=5mA，最大穩定電流IZM=15mA。

例解二、恒壓源由穩壓管穩壓電路和運算放大器組成的恒壓源的輸出電壓不僅可調而且因引入了電壓負反饋而穩定。反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源串聯型穩壓電路

IC三、串聯型穩壓電路

恒壓源電路輸出電壓穩定可調，但運放的輸出電流較小，改進電路