半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用詳解

電子電路區(qū)別于以前所學(xué)電路的主要特點(diǎn)是電路中引入各種電子器件。電子器件的類型很多，目前使用得最廣泛的是半導(dǎo)體器件——二極管、穩(wěn)壓管、晶體管、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管等。由于本課程的任務(wù)不是研究這些器件內(nèi)部的物理過程，而是討論它們的應(yīng)用，因此，在簡(jiǎn)單介紹這些器件的外部特性的基礎(chǔ)上，討論它們的應(yīng)用電路。

　　4.1 PN結(jié)和半導(dǎo)體二極管

　　4.1.1 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/span>

　　我們?cè)谖锢碚n中已經(jīng)知道，在純凈的四價(jià)半導(dǎo)體晶體材料(主要是硅和鍺)中摻入微量三價(jià)(例如硼)或五價(jià)(例如磷)元素，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就會(huì)大大增強(qiáng)。這是由于形成了有傳導(dǎo)電流能力的載流子。摻入五價(jià)元素的半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是自由電子，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。而摻入三價(jià)元素的半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子是空穴，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。在摻雜半導(dǎo)體中多數(shù)載流子(稱多子)數(shù)目由摻雜濃度確定，而少數(shù)載流子(稱少子)數(shù)目與溫度有關(guān)，并且溫度升高時(shí)，少數(shù)載流子數(shù)目會(huì)增加。

　　在一塊半導(dǎo)體基片上通過適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體工藝技術(shù)可以形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交接面，稱為PN結(jié)。 PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕寒?dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，P端電位高于N端，PN結(jié)變窄,由多子形成的電流可以由P區(qū)向N區(qū)流通，見圖4-1 (a),而當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，N端電位高于P端，PN結(jié)變寬,由少子形成的電流極小，視為截止(不導(dǎo)通)，見圖4-1 (b)。

　　4.1.2 半導(dǎo)體二極管

　　半導(dǎo)體二極管就是由一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線及管殼封裝而成的。由P區(qū)引出的電極稱為陽極，N區(qū)引出的電極稱為陰極。因?yàn)镻N結(jié)的單向?qū)щ娦裕O管導(dǎo)通時(shí)電流方向是由陽極通過管子內(nèi)部流向陰極。二極管的種類很多，按材料來分，最常用的有硅管和鍺管兩種;按結(jié)構(gòu)來分，有點(diǎn)接觸型，面接觸型和硅平面型幾種;按用途來分，有普通二極管、整流二極管、穩(wěn)壓二極管等多種。

　　圖4-2是常用二極管的符號(hào)、結(jié)構(gòu)及外形的示意圖。二極管的符號(hào)如圖4-2(a)所示。箭頭表示正向電流的方向。一般在二極管的管殼表面標(biāo)有這個(gè)符號(hào)或色點(diǎn)、色圈來表示二極管的極性，左邊實(shí)心箭頭的符號(hào)是工程上常用的符號(hào)，右邊的符號(hào)為新規(guī)定的符號(hào)。從工藝結(jié)構(gòu)來看，點(diǎn)接觸型二極管(一般為鍺管)如圖4-2(b)其特點(diǎn)是結(jié)面積小，因此結(jié)電容小，允許通過的電流也小，適用高頻電路的檢波或小電流的整流，也可用作數(shù)字電路里的開關(guān)元件;面接觸型二極管(一般為硅管)如圖4-2(c)其特點(diǎn)是結(jié)面積大，結(jié)電容大，允許通過的電流較大，適用于低頻整流;硅平面型二極管如圖4-2(d)，結(jié)面積大的可用于大功率整流，結(jié)面積小的，適用于脈沖數(shù)字電路作開關(guān)管。

　　4.1.3 二極管的伏安特性

　　二極管的電流與電壓的關(guān)系曲線I = f(V)，稱為二極管的伏安特性。其伏安特性曲線如圖4-3所示。二極管的核心是一個(gè)PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦?，其?shí)際伏安特性與理論伏安特性略有區(qū)別。由圖4-3可見二極管的伏安特性曲線是非線性的，可分為三部分：正向特性、反向特性和反向擊穿特性

　　1. 正向特性

　　當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，管子內(nèi)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)沒形成，故正向電流幾乎為零。當(dāng)正向電壓超過一定數(shù)值時(shí)，才有明顯的正向電流，這個(gè)電壓值稱為死區(qū)電壓，通常硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管的死區(qū)電壓約為0.2V，當(dāng)正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流迅速增長(zhǎng)，曲線接近上升直線，在伏安特性的這一部分，當(dāng)電流迅速增加時(shí)，二極管的正向壓降變化很小，硅管正向壓降約為0.6～0.7V　，鍺管的正向壓降約為0.2～0.3V。二極管的伏安特性對(duì)溫度很敏感，溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，如圖4-3所示，這說明，對(duì)應(yīng)同樣大小的正向電流，正向壓降隨溫升而減小。研究表明，溫度每升高10C　，正向壓降減小 2mV。

　　2. 反向特性

　　二極管加上反向電壓時(shí)，形成很小的反向電流，且在一定溫度下它的數(shù)量基本維持不變，因此，當(dāng)反向電壓在一定范圍內(nèi)增大時(shí)，反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓大小無關(guān)，故稱為反向飽和電流，一般小功率鍺管的反向電流可達(dá)幾十μA，而小功率硅管的反向電流要小得多，一般在0.1μA以下，當(dāng)溫度升高時(shí)，少數(shù)載流子數(shù)目增加，使反向電流增大，特性曲線下移，研究表明，溫度每升高100C　，反向電流近似增大一倍。

　　3.　反向擊穿特性

　　當(dāng)二極管的外加反向電壓大于一定數(shù)值(反向擊穿電壓)時(shí)，反向電流突然急劇增加稱為二極管反向擊穿。反向擊穿電壓一般在幾十伏以上

　　4.1.4　二極管的主要參數(shù)

　　二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，參數(shù)同樣能反映出二極管的電性能,器件的參數(shù)是正確選擇和使用器件的依據(jù)。各種器件的參數(shù)由廠家產(chǎn)品手冊(cè)給出，由于制造工藝方面的原因，既使同一型號(hào)的管子，參數(shù)也存在一定的分散性，因此手冊(cè)常給出某個(gè)參數(shù)的范圍，半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)有以下幾個(gè)

　　1.最大整流電流IDM

　　IDM指的是二極管長(zhǎng)期工作時(shí)，允許通過的最大的正向平均電流。在使用時(shí)，若電流超過這個(gè)數(shù)值，將使PN結(jié)過熱而把管子燒壞

　　2.反向工作峰值電壓VRM

　　VRM是指管子不被擊穿所允許的最大反向電壓。一般這個(gè)參數(shù)是二極管反向擊穿電壓的一半，若反向電壓超過這個(gè)數(shù)值，管子將會(huì)有擊穿的危險(xiǎn)。

　　3.反向峰值電流IRM

　　IRM是指二極管加反向電壓VRM時(shí)的反向電流值，IRM越小二極管的單向?qū)щ娦杂谩RM受溫度影響很大，使用時(shí)要加以注意。硅管的反向電流較小，一般在幾微安以下，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。

　　4.最高工作頻率ƒM

　　二極管在外加高頻交流電壓時(shí)，由于PN結(jié)的電容效應(yīng)，單向?qū)щ娮饔猛嘶?fnof;M指的是二極管單向?qū)щ娮饔瞄_始明顯退化的交流信號(hào)的頻率。
4.1.5　二極管的等效電路及其應(yīng)用

　　由于二極管的伏安特性是非線性的，為了分析計(jì)算方便，在特定的條件下，我們可以將其線性化處理，視為理想元件。

　　1.理想二極管等效電路

　　在電路中，若二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降遠(yuǎn)小于和它串聯(lián)元件的電壓，二極管截止時(shí)反向電流遠(yuǎn)小于與之并聯(lián)元件的電流，那么可以忽略管子的正向壓降和反向電流把二極管理想化為一個(gè)開關(guān)，當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，正向壓降為0，相當(dāng)于開關(guān)閉合，當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管截止，反向電流為0，相當(dāng)于開關(guān)斷開，理想二極管的等效電路如圖4-4。利用理想二極管表示實(shí)際二極管進(jìn)行電路的分析和計(jì)算可以得出比較滿意的結(jié)果，但稍有一些誤差。

　　2.二極管應(yīng)用電路舉例

　　二極管的應(yīng)用范圍很廣，主要都是利用它的單向?qū)щ娦浴Ｏ旅娼榻B幾種應(yīng)用電路。

　　(1) 限幅電路：限幅器的功能就是限制輸出電壓的幅度。

　　例4-1　圖4-5(a)就是利用二極管作為正向限幅器的電路圖。已知vi = Vmsinωt，且Vm>VS　，試分析工作原理，并作出輸出電壓vo的波形。

　　解：a) 二極管導(dǎo)通的條件是vi>VS，由于D為理想二極管，D一旦導(dǎo)通，管壓降為零，此時(shí)vo = VS

　　b) 當(dāng)vi≤VS時(shí)，二極管截止，該支路斷開，R中無電流，其壓降為0。 所以vo =vi

　　c) 根據(jù)以上分析，可作出vo的波形，如圖4-5(b)所示，由圖可見，輸出電壓的正向幅度被限制在VS值。

　　注意：作圖時(shí)，vo和vi的波形在時(shí)間軸上要對(duì)應(yīng)，這樣才能正確反映vo的變化過程。

　　(2) 二極管門電路

　　門電路是一種邏輯電路，在輸入信號(hào)(條件)和輸出信號(hào)(結(jié)果)之間存在著一定的因果關(guān)系即邏輯關(guān)系。在邏輯電路中，通常用符號(hào)0和1來表示兩種對(duì)立的邏輯狀態(tài)。用1表示高電平，用0表示低電平，稱為正邏輯，反之為負(fù)邏輯。

　　基本的邏輯關(guān)系有三種：與邏輯、或邏輯、非邏輯。與此相對(duì)應(yīng)的門電路就有與門、或門、非門。由這三種基本門電路可以組成其他多種復(fù)合門電路。

　　例4-2 圖 4-6所示為最簡(jiǎn)單的與門電路及邏輯圖符號(hào)。它是由二極管D1、D2和電阻R及電源VCC組成。圖中A、B為兩個(gè)輸入端，F(xiàn)為輸出端。設(shè)VCC=5V，A、B輸入端的高電平(邏輯1)為3V，低電平(邏輯0)為0V， 并忽略二極管D1、D2的正向?qū)▔航怠Ｔ嚪治鲭娐返妮斎肱c輸出之間的關(guān)系。

　　解：(1)當(dāng)輸入端A、B均為低電平0時(shí)，即VA = VB = 0V時(shí)，二極管D1、D2均為正向偏置而導(dǎo)通，使輸出端F的電壓VF = 0V，即輸出端F為低電平0。

　　(2)當(dāng)輸入端A為低電平0，B為高電平1，即VA = 0V，VB = 3V時(shí)，D1陰極電位低于D2陰極電位，D1導(dǎo)通，使VF = 0V，因而D2為反向偏置而截止，輸出端F為低電平0。

　　(3)當(dāng)輸入端A為高電平1，B為低電平0，即VA = 3V，VB = 0V時(shí)，D1、D2的工作情況與(2)相反，輸出端F仍為低電平0。

　　(4)當(dāng)輸入端A、B均為高電平1時(shí)，即VA = VB = 3V時(shí)，D1、D2均為正向偏置而導(dǎo)通，使輸出端F的電壓VF = 3V，即輸出端F為高電平1。

　　從上述分析可知，只有當(dāng)所有輸入端都是高電平1時(shí)，輸出端才是高電平1，否則輸出端均為低電平0。這種“只有當(dāng)決定一事件結(jié)果的所有條件都滿足時(shí)，結(jié)果才發(fā)生”的邏輯關(guān)系稱為與(And)邏輯，與門電路滿足與邏輯關(guān)系。與邏輯也稱為邏輯乘、與運(yùn)算。通常用符號(hào)“· ”表示，設(shè)A、B、F分別為邏輯變量，則與運(yùn)算的表達(dá)式可寫成以下形式：

　　F=A·B 或 F=AB

　　上式讀作F等于A與B。邏輯與的含義是：只有輸入變量A、B都為1 時(shí)，輸出變量F才為1;只要A、B中有一個(gè)為0，F(xiàn)便為0。換言之，也就是“有0出0，全1出1”。這一結(jié)論也適合于有多個(gè)變量參加的與運(yùn)算。

　　表4-1列出了圖4-6所示電路輸入與輸出邏輯電平的關(guān)系。但在邏輯電路分析中，通常用邏輯0、1來描述輸入與輸出之間的關(guān)系，所列出的表稱為真值表(即邏輯狀態(tài)表)。上述與門的真值表如表4-2所示。

　　另外，圖4-7給出了或門電路及邏輯圖符號(hào)。它也是由二極管和電阻組成的。圖中A、B是兩個(gè)輸入端，F(xiàn)是輸出端。設(shè)A、B輸入端的高電平(邏輯1)為3V，低電平(邏輯0)為0V， 并忽略二極管D1、D2的正向?qū)▔航怠Ｍㄟ^分析(詳細(xì)過程讀者可以自己分析)可知，只要A 、B當(dāng)中有一個(gè)是高電平(邏輯1)輸出就是高電平(邏輯1)。只有當(dāng)A、 B同時(shí)為低電平(邏輯0)時(shí)，輸出才是低電平(邏輯0)。這種“在決定一事件結(jié)果的所有條件中，只要有一個(gè)或一個(gè)以上滿足時(shí)結(jié)果就發(fā)生”的邏輯關(guān)系稱或(Or)邏輯?；蜷T電路滿足或邏輯關(guān)系。

　　或邏輯也稱為邏輯加、或運(yùn)算。通常用符號(hào)“+”來表示，設(shè)A、B、F分別為邏輯變量，則或運(yùn)算的表達(dá)式可寫成以下形式：

　　F=A+B

　　上式讀作F等于A或B。邏輯或的含義是：只有輸入變量A、B中有一個(gè)或一個(gè)以上為1， 輸出變量F就為1;反之，只有A、B全為0時(shí)，F(xiàn)才為0。換言之，也就是“有1出1，全0出0”。這一結(jié)論也適合于有多個(gè)變量參加的或運(yùn)算

　　表4-3列出了圖4-7所示電路輸入與輸出邏輯電平的關(guān)系。表4-4為上述或門的真值表。

　　4.2　特殊二極管

　　除了上述普通二極管外，還有一些特殊二極管，如穩(wěn)壓二極管、光電二極管、發(fā)光二極管等，分別介紹如下。

　　4.2.1 穩(wěn)壓管

　　穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管，具有穩(wěn)定電壓的作用。圖4-8(a)為穩(wěn)壓管在電路中的正確聯(lián)接方法;圖(b)和圖(c)為穩(wěn)壓管的伏安特性及圖形符號(hào)。穩(wěn)壓管與普通二極管的主要區(qū)別在于，穩(wěn)壓管是工作在PN結(jié)的反向擊穿狀態(tài)。通過在制造過程中的工藝措施和使用時(shí)限制反向電流的大小，能保證穩(wěn)壓管在反向擊穿狀態(tài)下不會(huì)因過熱而損壞。從穩(wěn)壓管的反向特性曲線可以看出，當(dāng)反向電壓較小時(shí)，反向電流幾乎為零，當(dāng)反向電壓增高到擊穿電壓Vz(也是穩(wěn)壓管的工作電壓)時(shí)，反向電流Iz(穩(wěn)壓管的工作電流)會(huì)急劇增加，穩(wěn)壓管反向擊穿。在特性曲線ab段，當(dāng)Iz在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓管兩端電壓Vz基本不變，具有恒壓特性，利用這一特性可以起到穩(wěn)定電壓的作用。

　　穩(wěn)壓管與一般二極管不一樣，它的反向擊穿是可逆的，只要不超過穩(wěn)壓管的允許值，PN結(jié)就不會(huì)過熱損壞，當(dāng)外加反向電壓去除后，穩(wěn)壓管恢復(fù)原性能，所以穩(wěn)壓管具有良好的重復(fù)擊穿特性。

　　穩(wěn)壓管的主要參數(shù)有：

　　1.穩(wěn)定電壓VZ。穩(wěn)定電壓VZ指穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，管子兩端的電壓，由于制造工藝的原因，穩(wěn)壓值也有一定的分散性，如2CW14型穩(wěn)壓值為6.0～7.5V。

　　2.動(dòng)態(tài)電阻rz。動(dòng)態(tài)電阻是指穩(wěn)壓管在正常工作范圍內(nèi)，端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量的比值。

　　穩(wěn)壓管的反向特性愈陡，rZ愈小，穩(wěn)壓性能就愈好

　　3. 穩(wěn)定電流IZ。穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流值，只有I≥IZ，才能保證穩(wěn)壓管有較好的穩(wěn)壓性能。

　　4.最大穩(wěn)定電流IZmax 。允許通過的最大反向電流，I > IZmax管子會(huì)因過熱而損壞。

　　5. 最大允許功耗PZM。管子不致發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗PZM =VZ IZmax

　　6.電壓溫度系數(shù)αV。溫度變化10C時(shí)，穩(wěn)定電壓變化的百分?jǐn)?shù)定義為電壓溫度系數(shù)。電壓溫度系數(shù)越小，溫度穩(wěn)定性越好，通常硅穩(wěn)壓管在VZ低于4V時(shí)具有負(fù)溫度系數(shù),高于6V時(shí)具有正溫度系數(shù), VZ在4～6V之間，溫度系數(shù)很小。

　　穩(wěn)壓管正常工作的條件有兩條，一是工作在反向擊穿狀態(tài),二是穩(wěn)壓管中的電流要在穩(wěn)定電流和最大允許電流之間。當(dāng)穩(wěn)壓管正偏時(shí)，它相當(dāng)于一個(gè)普通二極管。圖4-8(a)為最常用的穩(wěn)壓電路，當(dāng)Vi或RL變化時(shí)，穩(wěn)壓管中的電流發(fā)生變化，但在一定范圍內(nèi)其端電壓變化很小，因此起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。(該電路分析見4.4節(jié))

　　4.2.2 光電二極管

　　光電二極管又稱光敏二極管。它的管殼上備有一個(gè)玻璃窗口，以便于接受光照。其特點(diǎn)是，當(dāng)光線照射于它的PN結(jié)時(shí)，可以成對(duì)地產(chǎn)生自由電子和空穴，使半導(dǎo)體中少數(shù)載流子的濃度提高。這些載流子在一定的反向偏置電壓作用下可以產(chǎn)生漂移電流，使反向電流增加。因此它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而線性增加，這時(shí)光電二極管等效于一個(gè)恒流源。當(dāng)無光照時(shí)，光電二極管的伏安特性與普通二極管一樣。光電二極管的等效電路如圖4-9(a)所示，圖4-9(b)為光電二極管的符號(hào)。

　　暗電流：無光照時(shí)的反向飽和電流。一般<1μA。

　　光電流：指在額定照度下的反向電流，一般為幾十毫安。

　　靈敏度：指在給定波長(zhǎng)(如0.9μm)的單位光功率時(shí)，光電二極管產(chǎn)生的光電流。一般≥0.5μA/μW。

　　峰值波長(zhǎng)：使光電二極管具有最高響應(yīng)靈敏度(光電流最大)的光波長(zhǎng)。一般光電二極管的峰值波長(zhǎng)在可見光和紅外線范圍內(nèi)。

　　響應(yīng)時(shí)間：指加定量光照后，光電流達(dá)到穩(wěn)定值的63%所需要的時(shí)間，一般為10-7S。

　　光電二極管作為光控元件可用于各種物體檢測(cè)、光電控制、自動(dòng)報(bào)警等方面。當(dāng)制成大面積的光電二極管時(shí)，可當(dāng)作一種能源而稱為光電池。此時(shí)它不需要外加電源，能夠直接把光能變成電能。
4.2.3 發(fā)光二極管

　　發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體固體顯示器件，簡(jiǎn)稱LED(Light Emitting Diode)。和普通二極管相似，發(fā)光二極管也是由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。發(fā)光二極管的PN結(jié)封裝在透明塑料殼內(nèi)，外形有方形、矩形和圓形等。發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電壓低、工作電流小，具有很強(qiáng)的抗振動(dòng)和沖擊能力、體積小、可靠性高、耗電省和壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于信號(hào)指示等電路中。在電子技術(shù)中常用的數(shù)碼管，就是用發(fā)光二極管按一定的排列組成的

　　發(fā)光二極管的原理與光電二極管相反。當(dāng)這種管子正向偏置通過電流時(shí)會(huì)發(fā)出光來，這是由于電子與空穴直接復(fù)合時(shí)放出能量的結(jié)果。它的光譜范圍比較窄，其波長(zhǎng)由所使用的基本材料而定。不同半導(dǎo)體材料制造的發(fā)光二極管發(fā)出不同顏色的光，如磷砷化鎵(GaAsP)材料發(fā)紅光或黃光，磷化鎵(GaP)材料發(fā)紅光或綠光，氮化鎵(GaN)材料發(fā)藍(lán)光，碳化硅(SiC)材料發(fā)黃光，砷化鎵(GaAs)材料發(fā)不可見的紅外線。

　　發(fā)光二極管的符號(hào)如圖4-10所示。它的伏安特性和普通二極管相似，死區(qū)電壓為0.9~1.1V，其正向工作電壓為1.5~2.5V,工作電流為5~15mA。反向擊穿電壓較低，一般小于10V。

　　4.3 二極管整流及濾波電路

　　電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電。小功率穩(wěn)壓電源的組成可以用圖4-11表示，它是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。

　　電源變壓器是將交流電網(wǎng)電壓變?yōu)樗枰碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈動(dòng)的直流電壓。由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)(一般有±10%左右的波動(dòng))、負(fù)載和溫度的變化而變化。因而在整流、濾波電路之后，還需要接穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)、負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。

　　4.3.2 濾波電路

　　整流電路雖將交流電變?yōu)橹绷?，但輸出的卻是脈動(dòng)電壓。這種大小變動(dòng)的脈動(dòng)電壓，除了含有直流分量外，還含有不同頻率的交流分量，這就遠(yuǎn)不能滿足大多數(shù)電子設(shè)備對(duì)電源的要求。為了改善整流電壓的脈動(dòng)程度，提高其平滑性，在整流電路中都要加濾波器。下面介紹幾種常用的濾波電路。

　　1.電容濾波電路

　　電容濾波電路是最簡(jiǎn)單的濾波器它是在整流電路的輸出端與負(fù)載并聯(lián)一個(gè)電容C而組成。如圖4-15(a)所示。

　　電容濾波是通過電容器的充電、放電來濾掉交流分量的。圖4-15(b)的波形圖中虛線波形為半波整流的波形。并入電容C后，在v2>0時(shí)，D導(dǎo)通，電源在向RL供電的同時(shí)，又向C充電儲(chǔ)能，由于充電時(shí)間常數(shù)很小(繞組電阻和二極管的正向電阻都很小)，充電很快，輸出電壓vo隨v2上升，當(dāng)vC =后，v2開始下降v2 vC時(shí)C又被充電vo = v2又上升。直到v2

　　為了達(dá)到式(4-10)的取值關(guān)系，獲得比較平直的輸出電壓，一般要求

　　式中T電源交流電壓的周期。

　　此外，由于二極管的導(dǎo)通時(shí)間短(導(dǎo)通角小于1800)，而電容的平均電流為零，可見二極管導(dǎo)通時(shí)的平均電流和負(fù)載的平均電流相等，因此二極管的電流峰值必然較大，產(chǎn)生電流沖擊，容易使管子損壞。

　　具有電容濾波的整流電路中的二極管，其最高反向工作電壓對(duì)半波和全波整流電路來說是不相等的。在半波整流電路中，要考慮到最嚴(yán)重的情況是輸出端開路，電容器上充有V2m，而v2處在負(fù)半周的幅值時(shí)，這時(shí)二極管承受了2V2的反向工作電壓。它與無濾波電容時(shí)相比，增大了一倍。

　　對(duì)于單相橋式整流電路而言，無論有無濾波電容，二極管的最高反向工作電壓都是V2。

　　關(guān)于濾波電容值的選取應(yīng)視負(fù)載電流的大小而定。一般在幾十微法到幾千微法，電容器耐壓值應(yīng)大于輸出電壓的最大值。通常采用極性電容器。