二极管及直流稳压电源

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1、第一章 二极管及直流稳压电源如下图所示，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 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。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（1）二极管的单向导电性反向击穿（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

2、件 。反向截止（OC段）：二极管反向电流很小，二极管不导通。反向特性（图中OCD段）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。死区（OA段）：二极管不导通。正向特性（图OAB段）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。（2）二极管的伏安特性3.二极管的类型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。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。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。面接触型平面型点接触型（1）点接触型二极管

3、（2）面接触型二极管 （3）平面型二极管1.1.2 二极管的主要参数 1最大整流电流 二极管在室温下长期运行允许通过的最大正向平均电流。 2最高反向工作电压 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 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 工作条件：反向击穿。 电路符号实物图稳压二极管利用 PN 结的反向击穿区具有稳定电压的特性来工作的。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。 应 用：稳压设备和一些电子电路中。1.2.2 发光二极管 工作条件：正向导通。 电路符号实物图发光二极管简称为LED，它能把电能转换成光

4、能，实现发光的功能。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)。 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 工作条件：反向偏置。 电路符号实物图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。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。1.2.4 变容二极管 工作条件：反向偏置。 电路符号实物图变容二极管PN结的电

5、容是可变，由此可以实现改变电容的功能。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。1.2.5 激光二极管 工作条件：正向导通。 电路符号实物图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。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。1.3.1 整流电路直流稳压

6、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 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。V整流二极管，将交流电变成脉动直流电。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。（1）工作原理由此可见，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

7、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。2桥式整流电路 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。（1）工作原理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。 （2）桥式整流电路的特点 优点：

8、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 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：（1）负载 上的直流输出电压 和直流输出电流 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；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。直流输出电流为：（2）整流二极管上的平均整流电流 （3）整流二极管所承受的最高反向电压 整流二极管的选择可以 和 为依据，通过查阅器件手册来选出，但要留有一定的余量，以使整流二极管能长期安全工作。半

9、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。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。半波整流、桥式整流电路中二极管所承受的最高反向电压均是 的峰值 。1.3.2 滤波电路 半波整流电容滤波桥式整流电容滤波滤波：把整流电路输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近平稳的直流电。 常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路。 1电容滤波电路 电容滤波电路：将电容器接在整流电路后面，与负载并联，其电路如下图所示。半波整流电容滤波波形 桥式整流电容滤波波形 充电时，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压的最大值；放电时，电容器两端的电压逐渐降低，

10、直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻越大，充电和放电时电容器两端电压的变化越小。 优点：结构简单，输出电压高，脉动小。缺点：存在“浪涌电流”；同时，若负载电流太大，会使负载电压不平稳。适用：负载电流较小的场合。 2电感滤波电路电感滤波电路是将电感元件与负载串联，接在整流电路后面。 当输入电压升高导致流过L的电流增大时，L 中产生的自感电动势能阻止电流的增大；当输入电压降低导致流过L的电流减小时，L 中的自感电动势又能阻止电流的减小。经电感滤波后，输出电压的波形可以变得平滑，脉动减小。L越大，滤波效果越好。 电感滤波的特点：优点：峰值电流小，输出特性较平坦。缺点：输出电压较低，铁芯笨重、体积

11、大，易引起电磁干扰。适用：低电压、大电流的场合。3复式滤波电路L 型滤波电路：滤波效能高，适用于负载电流较大、要求纹波很小的的场合。 LC- 型滤波电路：滤波效果好，适用于负载电流较大、对直流输出稳定度要求较高的场合。RC- 型滤波电路：滤波效果好，适用于负载较轻，对输出电压稳定度要求不高的场合。 4滤波电路及元件的主要参数估算与选用 半波整流电容滤波 ：桥式整流电容滤波 ：（2）电容滤波电路中滤波电容 的选择滤波电容的选择主要应考虑：输出端得到平滑的直流电压；保证整流管的使用安全。 输出电流 （A）210.5 10.15 0.50.05 0.150.05 以下电容 容 量（F）330 022

12、0 01000470220 470220（1）电容滤波电路的直流输出电压电容滤波电路中电容的取值与负载电流的关系如下表：1.3.3 稳压电路1.集成稳压电路 型号：W78XX 系列和 W79XX 系列W78XX 系列是输出正值电压的稳压器，W79XX 系列是输出负值电压的稳压器；型号后 XX 两位数字代表输出电压值。 性能特点： 输出电流超过1.5A，必须加装散热器； 不需要外接元件； 内部有过热保护和过流保护电路。最简单的集成稳压电路只有输入、输出和公共端，故称之为三端集成稳压器。 （1）固定式三端集成稳压器固定式三端集成稳压器的应用电路：是稳压器的输入电压，从稳压器输出端可同时输出 两种电

13、压。提高输出电压电路稳压器输出电压为 ，稳压管的稳定电压为 ，则整个电路的输出为：正、负电压同时输出电路（2）可调式三端集成稳压器型号：正电压输出 LM117 / LM217 / LM317 系列；负电压输出 LM137 / LM237 / LM337 系列。性能特点： 输出电压连续可调； 稳压精度高，输出纹波小； 具有全过载保护功能； 各项性能指标都优于固定式三端集成稳压器。2.开关稳压电源 由开关调整管、滤波电路、取样比较电路、基准电压电路和脉冲调宽电路等组成。 开关稳压电源的调整管工作在开关状态，依靠调节其导通时间来实现稳压。（1）开关稳压电源的结构框图开关稳压电源输出电压输出电压的平均值与开关调整管的导通时间成正比。（2）开关稳压电源的稳压原理取样电路将输出电压取样后与基准电压进行比较和放大，其差值送入脉冲调宽电路，自动控制输出脉冲电压的脉宽，达到调节输出电压基本不变的稳压效果。