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1、UO= 9V，IO=350mA项目一项目一 9V9V直流稳压电源分析与制作直流稳压电源分析与制作概述直流稳压电源系统的组成Otu1220 V电源 变压器+ u1 Otu2合适的 交流电压整流 电路+u2Otu3单向 脉动电压OtuI滤 波稳压 电路+uIRL滤波 电路+u3Otu稳 压分为半导体二极管基础知识、桥式整流电路分析相关知识相关知识2：滤波电路 分为电容滤波、电感滤波、复式滤波相关知识相关知识3：稳压电路分析与设计 分为硅稳压二极管稳压电路、集成三端式稳压器、开关 型稳压电源相关知识相关知识4：直流稳压电源制作相关知识相关知识1：整流电路分析与设计相关知识相关知识相关知识相关知识1：
2、整流电路分析与设计1. 半导体二极管基本知识1.1 PN 结及其单向导电性1.2 半导体二极管的类型与型号命名1.3 半导体二极管的伏安特性、主要参数 及电路模型1.4 二极管管脚判别与质量检测1.5 其他二极管1.1 PN结及其单向导电性 一、PN结 本征半导体 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。导电能力弱杂质半导体 掺入微量元素导电能力显著增加N型半导体 在本征半导体硅或锗中掺入微量五价元素 ，如磷、砷（杂质）所构成。P型半导体 在本征半导体硅或锗中掺入微量三价元 素，如棚、铟（杂质）所构成。在N型和P型两种半导体交界面形成的薄层即为 PN结二、PN结的单向导电性 1. 外加正向电压(正向偏置
3、)（P+、N ） IF限流电阻 2. 外加反向电压(反向偏置) （P、N+）PN结截止IRPN 结的单向导电性：正偏呈低阻导通正向电流IF较大; 反偏呈高阻截止，反向电流为IR很小。PN结导通 + URPN + URPNPN 结具有结电容1.2 半导体二极管类型与型号命名构成：PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode)PN阳极阴极符号：阳(正)极 ak 阴(负)极 分类：按材料分硅二极管 锗二极管按用途分普通二极管 整流二极管 稳压二极管 开关二极管按结构工艺分点接触型 面接触型 平面型点接触型阳极 引线触丝N 型锗片管壳阴极 引线特点： PN结面积小 结电容小 适于高频、小电流
4、应用： 小功率整流 高频检波 开关电路 如国产2AP系列和 2AK系列阴极引线 面接触型N型硅PN 结阳极引线铝合金 小球支架金锑 合金特点：PN结面积大 结电容大 适于低频、大电流 (几百毫安以上) 应用：整流 如国产2CZ系列阳极 引线阴极 引线集成电路中的 平面型P N P 型支持衬底常用二极管外形图2CZ542CZ132CZ302AP1N4001+二极管的型号国标GB24974 规定： 第一部分阿拉伯 数字表 示器件 电极数第二部分字母 (汉拼) 表示器 件材料 和极性第三部分字母 (汉拼) 表示器 件类型第四部分阿拉伯 数字表 示器件 序号第五部分字母 (汉拼) 表示 规格号如硅整流
5、二极管 2 C Z 52 A二极管N 型 硅整流管序号规格号12345 电极 数器件材料和极性字母表示器件类型用 数 字 表 示 器 件 序 号字 母 表 示 规 格 号符 号意 义符 号意 义符 号意 义符号意 义23二 极 管三 极 管A B C DA B C D EN型,锗材料 P型,锗材料 N型,硅材料 P型,硅材料PNP,锗材 料 NPN,锗材 料 PNP,硅材料 NPN,硅材 料 化合物材料PV WCZLSNUKXG普通管 微波管 稳压 管 参量管 整流管 整流堆 遂道管 阻尼管 光电器件 开关管 低频小功率管(f3MHZ,PC1W )高频小功率管 (f3MHZ,PC1W)DATY
6、BJCSBTFHPINJG 低频大功率管 (f3MHZ,PC1W)高频大功率管(f3MHZ,PC1W )可控整流器体效应器件雪崩管阶跃 恢复管场效应管半导体特殊器件复合管PIN型管 激光器件 表1.2.1 半导体器件型号组成部分的符号及其意义返回OuD /ViD /mA正向特性Uon死区电压 (门坎、阈值)ID = 0Uon = 0.5 V0.1 V(硅管) (锗管)u UonID 急剧上升0 u Uon UF = (0.6 0.8) V硅管 0.7 V (0.1 0.3) V锗管 0.2 V反向特性ISU (BR)反向击穿U(BR) u 0 ID = IS Vb 二极管正偏导通1. 用理想模
7、型UO = US1= 12 V 2. 用恒压降模型 UF = 0.7 V UO = IDR US2= 12.7 V返回1.4、二极管管脚极性及质量的判断在 R 100或 R 1 k 档测量红表笔是(表内电源)负极， 黑表笔是(表内电源)正极。正反向电阻各测量一次，测量时手不要接触引脚。(1) 用指针式万用表检测*一般硅管正向电阻为几千欧， 锗管正向电阻为几百欧；反向电 阻电阻为几百千欧。 *正反向电阻相差小为劣质管。正反向电阻都是无穷大或零 则二极管内部断路或短路。1k000(2) 用数字式万用表检测红表笔是(表内电源)正极， 黑表笔是(表内电源)负极。2k20k200k 2M20M200在
8、挡进行测量，当 PN 结完好 且正偏时，显示值为 PN 结两端的 正向压降(V)。反偏时，显示 。返回1.5.1 稳压管一、硅稳压管及其伏安特性符号工作条件：反向击穿a k特性IUOUZ IZminIZM UZIZIZ+ +特点： * 正向特性与普通二极相同 * 反向击穿特性较陡 * 反向击穿电压 几 几十V，在允许范围内为电击穿二、主要参数1. 稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。 2. 稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，小于 Imin 时不稳压。3. 最大工作电流 IZM最大耗散功率 PZM P ZM = UZ IZM 4. 动态电阻 rZ rZ = UZ / IZ越小稳
9、压效果越好。几 几十 IUOUZ IZminIZM UZIZIZ5. 稳定电压温度系数 CT表1.4.1 几种硅半导体稳压二极管的主要参数参数型号UZ/ VIZ / mAIZM / mArZ / CTV / (%/C)PZM / W 2CW55 2CW71 2DW7A6.2 7.5 35 40 5.8 6.610 3 1033 6 30 15 100 25 0.06 0.10 0.050.25 0.25 0.25具有温度补偿的2DW系列123正温度 系数负温度 系数2DW1 2 3对应 正极三、使用稳压管注意事项1. 必须工作在反向偏置(利用正向特性稳压除外)。 2. 工作电流应在 IZ 和
10、IZM之间。 3. 串联使用时，稳压值等于各管稳压值之和。不能并联使用，以免因不同管子稳压值的差异造 成电流分配不均匀，引起管子过载损坏。1.5.2光电(光敏)二极管1符号和特性工作条件：反向偏置2. 结构和工作原理入射光 玻璃透镜管芯 管壳电极引线无光照时，暗电流小，反向电 阻高达几十兆欧。光照时，产生光生载流子从而 形成光电流，光电流随光照强 弱变化，反向电阻降为几千欧 几十千欧 。1.5.3 发光二极管 LED (Light Emitting Diode) 1. 符号和特性 工作条件：正向偏置一般工作电流几十 mA，导通电压 (1 2.5 ) V 2. 主要参数 电学参数：I FM ，U
11、(BR) ，IR 光学参数：峰值波长 P，亮度 L，光通量 发光类型： 可见光： 红、黄、绿 不可见光：红外光符号u /Vi /mAO2特性材料： 砷化镓 ，磷化镓 等4. 特点体积小、发光均匀稳定、亮度较高、响应快、寿命长 工作电压UF低(约 2 V)，工作电流小IF (可取 10 mA)5. 应用显示、光电传输系统、与光电管构成光电耦合器件发射电路接 收 电 路光缆5. 驱动电路 RUCLEDIFucRDIFLED直流驱动电路交流驱动电路限流电阻的选择： 1. 设定工作电压：如 2 V （LED正向电压 1 2.5 V ）2. 设定工作电流：如 10 mA （10 30 mA )3. 根据
12、欧姆定律求电阻 ：R = (UC UF)/ IF (R 要选择标称值)普通二极管、稳压管限流电阻的选择也参照此法避免LED承 受高反压自我检查题：P22 1.3、1.4、1.7作业：P22 1.15（b）、1.16(b)(c)2 桥式整流电路分析2.1 单相桥式整流电路2.2 硅整流组合管2.1 单相桥式整流电路D3RLD4D2D1u1u2+ uo ioRLD4D3D2D1+ ui u2u1输入正半周1. 工作原理输入负半周+uotOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD= iO2. 负载上直流电压 UO 和直流电流 IO 的计算3. 二极管参数的计算二极管平均电流二极管最大反向压例
13、 1.3.1 一单相桥式整流电路，要求UO= 40V， IO= 2A， 220V交流电源，试选择整流二极管。解：变压器副边电压有效值为二极管承受最高反压为二极管的平均电流为可选择 2CZ56CURM = 100 VIFM = 3 A外形表1.4.2 几种硅整流组合管的典型参数参数型号IFM/AUDRM/VIR/AUF/VQL10.05251000 10 1.2QL30.2QL50.5QL95 202.2 硅整流组合管相关知识2：滤波电路1. 电容滤波2. 电感滤波3. 复式滤波io+uo= ucRLD1D4D3D2+ u 1. 电容滤波V 导通时给 C 充电，V 截止时 C 向 RL 放电；（
14、1）工作原理滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。电容 充电电容 放电CRC 越大 UO 越大（2）波形及参数计算 当 RL = 时：OtuO2当 RL 为有限值时：RL = 输入交 流电压 的周期当满足：UO = (1.1 1.2) U2I2 = (1.5 2) IO变压器副边绕组 电流有效值桥式整流电容滤波负载开路：UO=1.4U2桥式整流电容滤波：UO=1.2U2桥式整流无滤波电容：UO=0.9U2半波整流无滤波电容：UO=0.45U2半波整流电容滤波：UO=1.0U2整流滤波电路输出电压计算及故障分析：（3）输出特性OUOIO输出电压随输出 电流的增大而明显降 低，带负载能力差。一
15、般用于负载电 流较小且变化不大的 场合。电容滤波： 优点：电路简单，输出直流电压较高，纹波较小。 缺点：带负载能力差。例 1.3.2要求直流输出电压 UO = 24 V， IO= 120 mA，220V的交 流电源频率 f = 50 Hz，采用单相桥式整流电容滤波，选择元件。 解1. 电源变压器参数计算变压器变比：变压器副边电流：I2= 2IO= 2120 mA= 240 mA2. 整流二极管选择二极管平均电流：承受最高反压：2CZ53B: IF = 0.3 A URM = 50 V硅堆QL3: 0.2 A, 50 V3. 选滤波电容电解电容: 220 F 耐压 50 V 2. 电感滤波 io+uoRLD1D4D3D2+ u2 + u1 L整流后的输出电压：直流分量被电感 L 短路 交流分量主要降在 L 上优点：频率越高，L 越大， RL越小，滤波效果越好。缺点：电感铁心笨重、体积大。适用于负载电流较大且负载变化大的场合。3. 复式滤波复式 滤波 型 型RCLCLC相关知识3：稳压电路设计与分析1 稳压管稳压电路2 具有放大环节的串联型稳压电路3 稳压电路的质量
