8.1

半導體の基礎知識（半導體的基礎知識）

8.2

半導體ダイオード（半導體二極管）8.3

直流安定化電源の構成（直流穩壓電源的組成）8.4

整流回路

（整流電路）8.5

平滑回路

（濾波電路）8.6

安定化回路（穩壓電路）8.7

サイリスタ（晶閘管）

8.8

サイリスタ混合ブリッジ回路（半控橋整流電路）第8章直流安定化電源

（直流穩壓電源）宿題：8.2.2、8.4.2、8.4.3、8.5.1、8.6.3、11.2.2、11.2.3一、真性半導體（本征半導體）

真性半導體とは不純物を含まず、純粋な結晶構造からなる半導體のことを指す。SiやGeの単結晶などがそれである。

（純凈的具有晶體結構的半導體）特徴：(1)電子と正孔2種類のキャリアを含む。（帶負電的電子和帶正電的空穴兩種載流子）(2)

キャリアが少ない。電子と正孔がペアになっている。（載流子的數量少且成對出現）(3)溫度の上昇に伴い、キャリアの數が増加する。（載流子的數量隨溫度的升高而增加）8.1半導體の基礎知識動畫二、不純物半導體（雜質半導體）不純物半導體とはある真性半導體に不純物を添加することによって出來上がる半導體のことである。（摻入少量雜質的半導體）1、N形半導體真性半導體に5価元素(燐P）を添加してできた、自由電子（多數キャリア）濃度が正孔（少數キャリア）より遙かに多い半導體である。特徴：（a）電子が多數キャリアとなる。

（電子是多數載流子）

8.1半導體の基礎知識（b）正孔が少數キャリアとなる。

（空穴是少數載流子）＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電子正孔絵二、不純物半導體（雜質半導體）2、P形半導體

真性半導體に3価元素(硼素B）を添加してできた、正孔（多數キャリア）濃度が自由電子（少數キャリア）より遙かに多い半導體である。特徴：（a）正孔が多數キャリアとなる。

（b）電子が少數キャリアとなる。8.1半導體の基礎知識1、N形半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－正孔電子絵三、P-N接合（PN結）1、

P-N接合の形成8.1半導體の基礎知識＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－拡散運動＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－內部電界（內電場）ドリフト（漂移）ドリフト（漂移）＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－P-N接合（N形）（P

形）二種の多數キャリアの濃度の違いにより（多子的濃度差）多數キャリアが相手側に拡散する（多子擴散）空乏層が形成し、內部電界が生じる。

（形成耗盡層（空間電荷區），產生內電場）少數キャリアが相手側にドリフトする（少子漂移）拡散拡散運動とドリフト運動が釣り合った狀態になる。（擴散與漂移運動達到平衡）安定なPN接合が形成される（形成穩定的PN結）內部電界內部電界拡散,ドリフト拡散,ドリフト8.1半導體の基礎知識1、

P-N接合の形成2、P-N接合の特性ーー整流性（單向導電性）

8.1半導體の基礎知識外部電界PN接合に正電圧を印加するPN接合に負電圧を印加する外部電界內部電界＋＋＋＋－－－－REN形＋＋＋＋－－－－P形＋＋＋＋－－－－內部電界REN形P形順方向にバイアス（PN結正偏）逆方向にバイアス（PN結反偏）II≈0PN接合は整流性を持つ順方向にバイアス時P-N接合が導通する外部電界と內部電界の方向が反対拡散運動に有利拡散>

ドリフト空乏層が狹くなる

キャリアは外部電源から提供される大きな拡散電流I正が生じる逆方向にバイアス時P-N接合が遮斷する（截止）外部電界と內部電界の方向が同一ドリフト運動に有利ドリフト>

拡散空乏層が厚くなるキャリアは外部電源から提供される小さなドリフト電流I反が生じる8.1半導體の基礎知識2、P-N接合の特性ーー整流性（單向導電性）

一、普通ダイオード材料による分類ゲルマニウムダイオード（鍺二極管）シリコンダイオード（硅二極管）P-N接合の面積による分類點接觸式面接觸式用途による分類普通ダイオード整流ダイオード……PN陽極陰極ダイオードの回路記號寫真8.2半導體ダイオード1、基本的構造と種類D2、V-I

特性（伏安特性）V-I特性：ダイオードの電圧と電流の関係を示した図。順方向の場合：シリコン?ダイオードの時、UA≈0.5Vとなる。

ゲルマニウム?ダイオードの時、UA≈0.2Vとなる。

導通の時、UD（Si）≈

0.7V、UD（Ge）≈

0.3Vとなる。U/VI/mA

OGeSiBAABUA：スレッショルド電圧、閾値電圧

（死區電壓、閾值電壓）順方向特性8.2半導體ダイオード溫度が上昇すると、曲線が左に移動する。逆方向の場合：（1）遮斷した時（OB段）i≈

0；

8.2半導體ダイオードU/VI/mA

OGeSiBAAB順方向特性逆方向特性2、V-I

特性（伏安特性）

（2）

B點を超えると、逆方向電流が急増し、

降伏現象を起こす。実際特性、近似特性と理想特性

(b)理想特性電源電圧値がUDに相當する時、近似特性を使うことができる；電源電圧値がUDより遙かに大きい時、理想特性を使うことができる。8.2半導體ダイオードUI

OI

OUDUI

O(a)実際特性(a)近似特性

UI

O3、主なパラメーター（主要參數）1、IF：平均整流電流

（額定正向平均電流）2、UF：順電圧（正向電壓降）3、UR：逆方向の電圧許容値（最高反向工作電壓）4、IRm：最大逆電流

（最大反向電流）以上のパラメーターはダイオードの選択に用いる。IFUFURIRm8.2半導體ダイオード[例8.2.1]

下図の回路において、DA、DBともにシリコン?ダイオードの場合、次の二つの條件下のおけるVFを求めよ：（1）VA=VB=3V；（2）VA=3V，VB=0V[解]

UD=0.6Vとすると（1）DA、DBいずれも導通し、VF=UD+VB=3.6Vとなる。（2）VF=UD=0.6Vとなる。DAが遮斷される。DA:隔離用ダイオード（隔離二極管）DB:クランプ用ダイオード（嵌位二極管）

VB<VA

であるため、DBはDAより先に導通し、8.2半導體ダイオードVF+6VRVAVBDADBu/Vωt3uiOD1、D2いずれも遮斷し、uo=uiとなる；[例8.2.2]

下図の回路において、ui

=3sinwt

Vとし、D1とD2をシリコン?ダイオードとした場合、出力uoの波形を描け。0.7-0.7D1が導通し、uo=0.7Vとなる；D2が導通し、uo=-0.7Vとなる。クリップ回路（限幅電路）|ui|<0.7Vの時、ui>

0.7Vの時、ui<-0.7Vの時、8.2半導體ダイオード＋ui－RD1D2＋uo－uO[解]

u/Vωt4uiO[例8.2.3]下図の回路において、ui

=4sinwt

V、US

=2Vとし、Dを理想なダイオードとした場合、出力uoの波形を描け。uo=US

となるuo=ui

となる2USui<US

の時、Dが遮斷し、ui>US

の時、Dが導通し、uOUS＝0とした時、uoの波形はどうなるか？8.2半導體ダイオード+-RD＋uo－US＋ui－*二、フォトダイオード（光電二極管)

光を當てると光量に比例した逆電流が流れる。*三、発光ダイオード（發光二極管）順方向電流が流れると、発光ダイオードは発光することができる。その順方向電圧降下は2V以下で、順方向電流は約10mA

である。発光ダイオードは身近な物に數多く応用されている。図ERDフォトダイオードの回路ERD発光ダイオードの回路8.2半導體ダイオード*四、フォトカプラー?フォトアイソレータ

（光電耦合器、光電隔離器）入力信號と出力信號が電気的に絶縁されているため、耐ノイズ性が高められる。（輸入和輸出信號之間電氣隔離，因此提高了抗干擾能力）入力回路出力回路

フォトカプラーは入力された電気信號を光に変換し、その光で受光素子を導通させることにより信號を伝達する。8.2半導體ダイオード直流安定化電源の構成（直流穩壓電源的組成）8.3直流安定化電源の構成戻し8.4交流安定直流交流電源～適當な大きさの交流電圧電源変圧器整流回路脈流（脈動直流）平滑回路（濾波電路）非安定直流直流負荷安定化回路（穩壓電路）定義：交流直流整流逆変換一、単相ブリッジ整流回路（單相橋式整流電路）8.4整流回路+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4二、単相ブリッジ整流回路の動作原理正半波期間:u2＞0uo=u2u2(-)

(+)D2とD4が遮斷、D1とD3が導通8.4整流回路+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4負半波期間:u2<0uo=－u2D1とD3が遮斷、u2D2とD4が導通8.4整流回路二、単相ブリッジ整流回路の動作原理(+)

(-)uD3,uD1uD4,uD2D1D3通D2

D4通OωtuDuoOωtu2Oωt図の対照8.4整流回路二、単相ブリッジ整流回路の動作原理u2D4D2D1D3+-uORL+-u2D4D2D1D3+-uORL+-2、Dを通る平均電流3、Dに加わる逆電圧の最大値1、出力電圧、電流の平均値三、解析計算Io8.4整流回路D1D3通D2

D4通uoOωtu2Oωtダイオードブリッジ（整流橋塊）

各端子を正確に接続する必要がある。~~入力交流電圧端子+-出力直流電圧端子ダイオ｜ドブリッジ個別素子8.4整流回路一、コンデンサ平滑回路（電容濾波電路）平滑回路の働き：脈流の直流電圧をより緩やかな直流電圧に変換すること。

（把脈動性比較大的直流電壓變成比較平緩的直流電壓）平滑コンデンサをもつ単相ブリッジ回路

（有電容濾波的整流電路）8.5平滑回路+-uOabTr+-u2+-u1RLD1D3D2D4+C1、動作原理ABD1とD3：導通C：充電D：遮斷C：放電D2とD4：導通C：充電平滑度が時定數

t（=RL?C）によって決められる。（平滑程度與τ（=RL?C）有關）8.5平滑回路u2ωtOωtuoO+C+-uOTr+-u2+-u1RLD1D3D2D4一般に、2、數値関係UOが高められた一般に、負荷を開放した時、

電解コンデンサ選択の原則：ダイオード選択の原則：ダイオードに衝撃電流が流れるため3、適用範囲：負荷電流が小さい回路に適用される。8.5平滑回路二、チョークコイル平滑回路（電感濾波電路）1、動作原理2、適用範囲：負荷の電流が大きく、電流の変化が著しい場合に適用される。直流成分にとっては、

XL=0、短絡に相當し、出力直流電圧の大部分はRLにかかる。高調波成分にとって、

f

が高いほど、XLが大きくなり、出力直流電圧の大部分はXLにかかる。出力電圧の平均値（約）が

UO=0.9U2となる。チョークコイル平滑回路8.5平滑回路u2D4D2D1D3+-uORL+-L三、π形平滑回路（復式濾波電路）1、回路2、作動原理π型

RCフィルター：（1）XC2が小さいため、交流成分の大部分がRにかかる。（2）

RL>Rであるため、直流成分の大部分がRLにかかり、

uOが平滑になる。(a)π型LC平滑回路

(b)π型RC平滑回路8.5平滑回路+C2+RLuO-L+C1+C2+RLuO-+C1R

[例8.5.1]

電圧平滑用のコンデンサをもつ単相ブリッジ回路において、電源の周波數

f=50Hz、負荷抵抗

RL=100、U2=25Vとした時、次の問題に答えよ。（1）整流ダイオードを選択せよ；（2）コンデンサを選択せよ；（3）出力側の直流平均電圧UOが次の各値になると想定した時、回路の狀態を判斷せよ。(a)UO

=30V；(b)UO

=22.5V；(c)UO

=25V；(d)UO

=11.25V；(e)UO

=35.35V。

8.5平滑回路+C+-uOTr+-u2+-u1RLD1D3D2D4[解]（1）（2）設計手引きにより、C=470mF,UCN=50Vの電解コンデンサを選択できる。UO=1.2U2=30VIO

=

UO/RL=0.3AIF≥2IDIO=2×2=0.3AUR≥URm=35.4V=2U28.5平滑回路設計手引きにより、2CZ53B型（IF=300mA,UR=50V）のダイオードを四つ選べる。と計算できるため、

UO（V）回路狀態計算値uoの波形302522.511.2535.35通常狀態ブリッジ整流+C平滑UO=1.2U2Dのうち一つが未接続半波整流+C平滑UO=1.0U2Cが未接続ブリッジ整流UO=0.9U2一つのDとCが未接続半波整流UO=0.45U2RLが未接続無負荷（3）（U2

=25Vとする）8.5平滑回路2、主な特性一、定電圧ダイオード（穩壓二極管）面接觸式の構造からなるシリコンダイオードである。（面接觸型硅二極管）順方向特性

普通のダイオードと同じ特性を持つ。8.6

安定化回路IzminIzmaxUzU/VI/mA

O1、構成V－I特性一、定電圧ダイオード（穩壓二極管）(b)逆方向特性

a-b段の特性は、電圧を微量に変化させると、電流が急変することである。

通常のダイオードと違って、逆方向特性を利用して一定範囲での逆方向電圧を掛けても、ダイオードが壊れることはない。図記號8.6

安定化回路IzminIzmaxUzU/VI/mA

OV－I特性ba

3、主なパラメーター

降伏電圧（穩定電壓）：Uz

安定電流の最小値：Izmin

安定電流の最大値：Izmax4、電圧安定化の原理入力電圧や負荷電流の変化による出力UOが変化した場合、UOUO=UI

–URUzIz

I=(IZ

+IO)UR

=IR8.6

安定化回路+C+-UOTr+-UIRLD1D3D2D4RDZ

IZ

IO

I

一、定電圧ダイオード（穩壓二極管）[例8.6.1]

定電圧ダイオードDZ1とDZ2の降伏電圧をそれぞれ4.5V、9.5Vとし、順方向導通電圧を全部0.5Vとした場合、次の各回路の出力電圧UOを求めよ。8.6

安定化回路+-UO+-UI=18VRDZ1

DZ2

+-UO+-UI=10VRDZ1

DZ2

+-UO-+UI=4VRDZ1

DZ2

+-UO-+UI=4VRDZ1

DZ2

+-UO+-UI=8VRDZ1

DZ2

(b)(c)(d)(e)[解]（a）∵Ui＝18V>（UZ1+UZ2）＝4.5+9.5＝14V

∴DZ1とDZ2が逆方向降伏狀態となり、出力電圧Uo

を安定させることができる。（b）∵Ui＝10V<（UZ1＋UZ2）＝14V、DZ1とDZ2が降伏狀態にならなく、全部遮斷するので、（c）DZ1とDZ2が導通狀態になるので、（d）∵Ui＝4V<UZ2＝9.5V、

∴DZ2が遮斷し、従って、（e）DZ1が降伏狀態となり、DZ2が導通狀態となるため、8.6

安定化回路1、三端子レギュレータの種類CW78XX系列：正出力CW79XX系列：負出力例えば:CW7805+5Vの出力電圧

CW7912–12Vの出力電圧

三端子レギュレータ8.6

安定化回路二、三端子レギュレータ（三端固定式集成穩壓器）2、電圧安定化回路の接続図（穩壓電路接線圖）入力端子：1、3出力端子：2、3CI：0.33F，発振防止（防振蕩）CO：0.1F，安定度を高める（提高UO穩定性）CW78XXの接続図8.6

安定化回路+C+-UO+-u2+-u1RL12CW78XX3CI+CO+2、電圧安定化回路の接続図（穩壓電路接線圖）入力端子：3、1出力端子：2、1C1：2.2FCO：1FCW79XXの接続図8.6

安定化回路+C-+UO+-u2+-u1RL32CW79XX1CI+CO+正、負両電源を出力できる回路の接続図（同時輸出正負兩組電壓接線圖）8.6

安定化回路12CW78053UOCICW7905321UI+–++CI+–CO++CO一、普通のサイリスタ

（普通晶閘管）1、基本構造普通のサイリスタ8.7サイリスタGゲート（控制極或門極）PNPNKカソード（陰極）Aアノード（陽極）AKG図記號（1）

uG≤0の時（遮斷狀態にあるまま）、

uA>0、uA＜0、いずれの場合でも、サイリスタが遮斷されることになる。＋uA－＋uG－GPNPNKA2、

動作原理8.7サイリスタ（2）uA>0、且つuG>0の時、

サイリスタが導通狀態になる。（3）サイリスタが一旦導通狀態になると、ゲートとしての機能を失うことになる。つまり、uA>0の條件を満たせば、サイリスターの導通狀態をこのままが維持することができ、

uG≤0の時でも遮斷されない。（4）導通狀態から遮斷狀態への操作條件(IH:保持電流)uA≤0或いは

iA≤

IH2、

動作原理(a)導通條件（ターンオン）：

uA>0且つuG>0(b)

サイリスタが一旦導通狀態に入ると、ゲートの機能を失うことになる。(c)

遮斷（ターンオフ）：uA≤0或いは

iA≤

IH結論：8.7サイリスタ＋uA－＋uG－GPNPNKA3、サイリスターの主なパラメータ（1）平均オン電流IF

（額定正向平均電流）

連続通電できる順方向電流の平均値である。

（通常では、商用周波數の正弦半波電流の平均値をサイリスターの定格順方向平均電流とする）（允許通過的工頻正弦半波電流在一個周期內的平均值）

（2）ピーク繰り返しオフ電圧UFRM（正向重復峰值電壓）

A-K間に繰り返し印加できる順方向電圧の最大許容瞬時値。（3）ピーク繰り返し逆電圧URRM（反向重復峰值電壓）

アノード?カソード間に繰り返し印加できる逆電圧の最大許容瞬時値。（4）ゲート?トリガ電圧UG及び電流IG（控制極觸發電壓和電流）8.7サイリスタサイリスタの導通をさせる最低限のゲート電圧及び電流。*二、雙方向サイリスタ（雙向晶閘管）8.7サイリスタA2A1G

雙方向サイリスタは、トライアックともいい、2個のサイリスタを逆並列に接続し、雙方向に電流を流せるようにしたものである。KAG*三、ゲートターンオフサイリスタ（可關斷晶閘管）

uA＞0、uG＞0の條件を満たした時、動通狀態に入る；uA＞0、uG＜0の條件を満たした時、遮斷狀態に入る。

雙方向サイリスタの図記號ゲートターンオフサイリスタの図記號一、単相全波混合ブリッジ整流回路（半控橋整流電路）混合整流素子による単相ブリッジ全波