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整流二極管電路解析 整流二極管的選用和常用參數 KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-04-09 

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一、整流二極管

① 整流二極管:一種將交流電能轉變為直流電能的半導體器件。通常它包含一個PN結,有陽極和陰極兩個端子。

②P區的載流子是空穴,N區的載流子是電子,在P區和N區間形成一定的位壘。外加使P區相對N區為正的電壓時,位壘降低,位壘兩側附近產生儲存載流子,能通過大電流,具有低的電壓降(典型值為0.7V),稱為正向導通狀態。

③若加相反的電壓,使位壘增加,可承受高的反向電壓,流過很小的反向電流(稱反向漏電流),稱為反向阻斷狀態。整流二極管具有明顯的單向導電性。

④整流二極管可用半導體鍺或硅等材料制造。硅整流二極管的擊穿電壓高,反向漏電流小,高溫性能良好。通常高壓大功率整流二極管都用高純單晶硅制造。這種器件的結面積較大,能通過較大電流(可達上千安),但工作頻率不高,一般在幾十千赫以下。整流二極管主要用于各種低頻整流電路。

二、整流二極管的選用

整流二極管一般為平面型硅二極管,用于各種電源整流電路中。

選用整流二極管時,主要應考慮其最大整流電流、最大反向工作電流、截止頻率及反向恢復時間等參數。

普通串聯穩壓電源電路中使用的整流二極管,對截止頻率的反向恢復時間要求不高,只要根據電路的要求選擇最大整流電流和最大反向工作電流符合要求的整流二極管即可。例如,1N系列、2CZ系列、RLR系列等。

開關穩壓電源的整流電路及脈沖整流電路中使用的整流二極管,應選用工作頻率較高、反向恢復時間較短的整流二極管(例如RU系列、EU系列、V系列、1SR系列等)或選擇快恢復二極管。

三、整流二極管的常用參數

(1)最大平均整流電流IF:指二極管長期工作時允許通過的最大正向平均電流。該電流由PN結的結面積和散熱條件決定。使用時應注意通過二極管的平均電流不能大于此值,并要滿足散熱條件。例如1N4000系列二極管的IF為1A。

(2)最高反向工作電壓VR:指二極管兩端允許施加的最大反向電壓。若大于此值,則反向電流(IR)劇增,二極管的單向導電性被破壞,從而 引起反向擊穿。通常取反向擊穿電壓(VB)的一半作為(VR)。例如1N4001的VR為50V,1N4007的VR為1OOOV

(3)最大反向電流IR:它是二極管在最高反向工作電壓下允許流過的反向電流,此參數反映了二極管單向導電性能的好壞。因此這個電流值越小,表明二極管質量越好。

(4)擊穿電壓VR:指二極管反向伏安特性曲線急劇彎曲點的電壓值。反向為軟特性時,則指給定反向漏電流條件下的電壓值。

(5)最高工作頻率fm:它是二極管在正常情況下的最高工作頻率。主要由PN結的結電容及擴散電容決定,若工作頻率超過fm,則二極管的單向導電性能將不能很好地體現。例如1N4000系列二極管的fm為3kHz。

(6)反向恢復時間tre:指在規定的負載、正向電流及最大反向瞬態電壓下的反向恢復時間。

(7)零偏壓電容CO:指二極管兩端電壓為零時,擴散電容及結電容的容量之和。值得注意的是,由于制造工藝的限制,即使同一型號的二極管其參數的離散性也很大。手冊中給出的參數往往是一個范圍,若測試條件改變,則相應的參數也會發生變化,例如在25°C時測得1N5200系列硅塑封整流二極 管的IR小于1OuA,而在100°C時IR則變為小于500uA。

四、整流二極管整流電路分析

電力網供給用戶的是交流電,而各種無線電裝置需要用直流電。整流,就是把交流電變為直流電的過程。利用具有單向導電特性的器件,可以把方向和大小交變的電流變換為直流電。下面介紹利用晶體二極管組成的各種整流電路。

1、半波整流電路


圖1是一種最簡單的整流電路。它由電源變壓器B 、整流二極管D 和負載電阻RL 組成。變壓器把市電電壓(多為220V或380V)變換為所需要的交變電壓u2,D 再把交流電變換為脈動直流電。 半波整流原理:變壓器砍級電壓u2,是一個方向和大小都隨時間變化的正弦波電壓,它的波形如圖1所示。在0~K時間內,u2為正半周即變壓器上端為正下端為負。此時二極管承受正向電壓面導通,u2通過它加在負載電阻RL上,在π~2π 時間內,u2為負半周,變壓器次級下端為正,上端為負。這時D承受反向電壓,不導通,RL上無電壓。在π~2π時間內,重復0~π 時間的過程,而在3π~4π時間內,又重復π~2π時間的過程。這樣反復下去,交流電的負半周就被“削”掉了,只有正半周通過RL,在RL上獲得了一個單一右向(上正下負)的電壓,從而達到了整流的目的,但是,負載電壓Usc以及負載電流的大小還隨時間而變化,因此,通常稱它為脈動直流。

這種除去半周、圖下半周的整流方法,叫半波整流。不難看出,半波整說是以"犧牲"一半交流為代價而換取整流效果的,電流利用率很低(計算表明,整流得出的半波電壓在整個周期內的平均值,即負載上的直流電壓Usc=0.45e2)因此常用在高電壓、小電流的場合,而在一般無線電裝置中很少采用。


2、全波整流電路(單向橋式整流電路)

如果把整流電路的結構作一些調整,可以得到一種能充分利用電能的全波整流電路。

整流二極管

全波整流電路,可以看作是由兩個半波整流電路組合成的。變壓器次級線圈中間需要引出一個抽頭,把次組線圈分成兩個對稱的繞組,從而引出大小相等但極性相反的兩個電壓。如圖2所示,全波整流不僅利用了正半周,而且還巧妙地利用了負半周,從而大大地提高了整流效率(Usc=0.9e2,比半波整流時大一倍)。

注:圖2所示的全波整濾電路,需要變壓器有一個使兩端對稱的次級中心抽頭,這給制作上帶來很多的麻煩。另外,這種電路中,每只整流二極管承受的最大反向電壓,是變壓器次級電壓最大值的兩倍,因此需用能承受較高電壓的二極管。

3、橋式整流電路

橋式整流電路是使用最多的一種整流電路。這種電路,只要增加兩只二極管口連接成“橋”式結構,便具有全波整流電路的優點,而同時在一定程度上克服了它的缺點。

整流二極管

橋式整流電路的工作原理如下:u2為正半周時,對D1、D3加正向電壓,Dl,D3導通;對D2、D4加反向電壓,D2、D4截止。電路中構成u2、Dl、RL、D3通電回路,在RL上形成上正下負的半波整洗電壓,u2為負半周時,對D2、D4加正向電壓,D2、D4導通;對D1、D3加反向電壓,D1、D3截止。電路中構成u2、D2、RL、D4通電回路,同樣在RL上形成上正下負的另外半波的整流電壓。如此重復下去,結果在RL上便得到全波整流電壓。

注:從圖3中還不難看出,單相全波橋式整流電路其波形圖和全波整流波形圖是一樣的。但是橋式電路中每只二極管承受的反向電壓等于變壓器次級電壓的最大值,比全波整洗電路小一半!


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