《电工电子技术：第8章 直流稳压电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术：第8章 直流稳压电源（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第8章章直流稳压电源直流稳压电源8.1半导体基础知识半导体基础知识8.2半导体二极管半导体二极管8.5滤波电路滤波电路8.3直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成8.4单相整流电路单相整流电路8.6稳压电源稳压电源导体导体导体导体绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体半导体半导体半导体半导体导体导体导体导体、绝缘体绝缘体绝缘体绝缘体、半导体半导体半导体半导体很容易传导电流的物质，很容易传导电流的物质，很容易传导电流的物质，很容易传导电流的物质，如：铜，铝如：铜，铝如：铜，铝如：铜，铝等等等等几乎不能传导电流的物质，几乎不能传导电流的物质，几乎不能传导电流的物质，几乎不能传导电流的物质，如：塑料，橡胶如：塑料
2、，橡胶如：塑料，橡胶如：塑料，橡胶等等等等导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如：硅，如：硅，如：硅，如：硅，锗以及大多数金属氧化物和硫化物锗以及大多数金属氧化物和硫化物锗以及大多数金属氧化物和硫化物锗以及大多数金属氧化物和硫化物等等等等8.1半导体的基础知识半导体的基础知识半导体材料受到了人们的特别重视。半导体材料受到了人们的特别重视。半导体为何有如此悬殊的导电特性呢？半导体为何有如此悬殊的导电特性呢？半半半半导导体体体体特性特性特性特性热敏特性热敏特性热敏特性热敏特性，利用利用该特性
3、可做成特性可做成热敏元件敏元件。 光敏特性光敏特性光敏特性光敏特性，利用利用该特性可以做成各种特性可以做成各种光光电元件元件。 掺杂特性掺杂特性掺杂特性掺杂特性，利用利用该特性就做成了各种不同用途的半特性就做成了各种不同用途的半导体器件，如体器件，如半半导体二极管体二极管、三极管三极管、场效效应管管及及晶晶闸管管等。等。一、本征半导体一、本征半导体一、本征半导体一、本征半导体硅硅(Si)(Si)、锗锗( (GeGe) ) 原子核原子核四价元素四价元素价电子价电子+4惯性核惯性核硅和锗的简化硅和锗的简化原子模型原子模型由于原子内层电子与原子核结合较紧密，很少由于原子内层电子与原子核结合较紧密，很
4、少有可能离开运动轨迹的可能，而价电子却不一有可能离开运动轨迹的可能，而价电子却不一样，它与导电性能有着很大的关系。样，它与导电性能有着很大的关系。硅、锗材料都是晶体，所硅、锗材料都是晶体，所以半导体也称以半导体也称晶体晶体，这就，这就是晶体管名称的由来。是晶体管名称的由来。本征半导体本征半导体是指完全纯净的，是指完全纯净的，具有晶体结构的半导体。具有晶体结构的半导体。在本征半导体的晶体结构中，内部原子排列得在本征半导体的晶体结构中，内部原子排列得规则整齐，每个原子都和相邻的四个原子构成规则整齐，每个原子都和相邻的四个原子构成四个共价键，从而得到一个稳定的结构，按四四个共价键，从而得到一个稳定的
5、结构，按四角形组成晶格点阵。角形组成晶格点阵。晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式晶体中原子的排列方式 共价键共价键: :由相邻两个原子各拿出一个价电由相邻两个原子各拿出一个价电子组成价电子对所构成的联系。子组成价电子对所构成的联系。晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半导体的特点本征半导体的特点本征半导体的特点本征半导体的特点 本征激发本征激发本征激发本征激发a）绝对零度，无外界激发时，不存在自由电子，相绝对零度，无外界激发时，不存在自由电子，相当于绝缘体；当于绝缘体；b）T或受光激发等，共价键中价电子挣脱束缚为自或
6、受光激发等，共价键中价电子挣脱束缚为自由电子，具有导电功能。由电子，具有导电功能。本本无无光照、热激发光照、热激发绝绝本本导电导电光、热激发光、热激发温度对温度对半导体半导体器件性器件性能影响能影响很大很大价价价价电电子受到子受到子受到子受到热热或光或光或光或光的激励的激励的激励的激励( ( ( (共价共价共价共价键键的价的价的价的价电电子被束子被束子被束子被束缚缚，较较稳稳定定定定) ) ) )时时，有少量价，有少量价，有少量价，有少量价电电子能子能子能子能挣挣脱共价脱共价脱共价脱共价键键的束的束的束的束缚缚而成而成而成而成为为自自自自由由由由电电子，在原来的位置上留下一个空位子，在原来的位
7、置上留下一个空位子，在原来的位置上留下一个空位子，在原来的位置上留下一个空位称称称称为为空穴空穴空穴空穴。 空穴和自由电子的形成空穴和自由电子的形成空穴和自由电子的形成空穴和自由电子的形成+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴自由电子自由电子自由电子自由电子SiSiSiSiSiSiSiSiSi空穴空穴空穴运动的方向与价电子空穴运动的方向与价电子空穴运动的方向与价电子空穴运动的方向与价电子运动的方向相反，因此空运动的方向相反，因此空运动的方向相反，因此空运动的方向相反，因此空穴运动相当于正电荷的运穴运动相当于正电荷的运穴运动相当于正电荷的运穴运动相当于正电荷的运动。动。动。动。空穴带正电。
8、空穴带正电。空穴带正电。空穴带正电。空穴和自由电子总是成对空穴和自由电子总是成对空穴和自由电子总是成对空穴和自由电子总是成对出现的出现的出现的出现的空穴电流空穴电流电子电流电子电流半导体中同时存在着电子半导体中同时存在着电子半导体中同时存在着电子半导体中同时存在着电子导电和空穴导电导电和空穴导电导电和空穴导电导电和空穴导电在一定温度下，载流子在一定温度下，载流子在一定温度下，载流子在一定温度下，载流子（自由电子和空穴）的产（自由电子和空穴）的产（自由电子和空穴）的产（自由电子和空穴）的产生和复合达到动态平衡，生和复合达到动态平衡，生和复合达到动态平衡，生和复合达到动态平衡，维持一定数目。维持一
9、定数目。维持一定数目。维持一定数目。温度越高，载流子的数目就温度越高，载流子的数目就温度越高，载流子的数目就温度越高，载流子的数目就越多，导电性能也就越好。越多，导电性能也就越好。越多，导电性能也就越好。越多，导电性能也就越好。 由于本征半导体的导电能力很小，因此不能直由于本征半导体的导电能力很小，因此不能直接用于制造半导体器件。实际中用于制造半导体器接用于制造半导体器件。实际中用于制造半导体器件的都是杂质半导体。件的都是杂质半导体。杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些少量杂质，在本征半导体中掺入某些少量杂质，使其导电能力使其导电能力大大增加。大大增加。自由自由电子和
10、空穴子和空穴都都为载流子流子( (运载电流的粒子运载电流的粒子) )。 这是半导体导电方式的最大特点，也是半这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。导体和金属在导电原理上的本质差别。 本征半本征半导体中，自由体中，自由电子和空穴成子和空穴成对产生，生，不断复不断复合，合，整个半整个半整个半整个半导导体体体体对对外呈外呈外呈外呈电电中性，不中性，不中性，不中性，不显显示示示示电电性。性。性。性。 二、二、二、二、杂质半导体：杂质半导体：杂质半导体：杂质半导体：N N型半导体和型半导体和型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体型半导体型半导体1 1、N N型半导体型
11、半导体型半导体型半导体 在硅（或锗）的晶体内在硅（或锗）的晶体内掺入少量的五价元素杂质，掺入少量的五价元素杂质，如磷（或锑）等，则晶体点如磷（或锑）等，则晶体点阵中某些位置上的原子被磷阵中某些位置上的原子被磷原子所代替；原子所代替； 多余的价电子只受原子核的吸引，而不受共价键的多余的价电子只受原子核的吸引，而不受共价键的束缚，在磷原子周围活动，只需较小的能量就能成为自束缚，在磷原子周围活动，只需较小的能量就能成为自由电子，室温下，几乎所有的电子都能成为由电子，室温下，几乎所有的电子都能成为自由电子自由电子。 当磷原子给出了多余价电子后，磷原子本身失去电当磷原子给出了多余价电子后，磷原子本身失去
12、电子而成为子而成为正离子正离子。但在产生自由电子的同时，并不产生但在产生自由电子的同时，并不产生空穴，这不同于本征半导体。空穴，这不同于本征半导体。自由电子数远大于空穴数自由电子数远大于空穴数自由电子数远大于空穴数自由电子数远大于空穴数这样的一种半导体将以自由电子导电为主，所以自这样的一种半导体将以自由电子导电为主，所以自由电子称为由电子称为多数载流子多数载流子（简称（简称多子多子），而空穴称为），而空穴称为少数载流子少数载流子（简称（简称少子少子）。）。这种在本征半导体中这种在本征半导体中掺入微量五价元素，掺入微量五价元素，使自由电子浓度大大使自由电子浓度大大增加的半导体称为增加的半导体称为
13、N型半导体（型半导体（电子半导电子半导电子半导电子半导体体体体）。）。2 2、P P型半导体（空穴半导体）型半导体（空穴半导体）型半导体（空穴半导体）型半导体（空穴半导体）在本征半导体中掺入微量在本征半导体中掺入微量的三价元素，可使半导体的三价元素，可使半导体中的空穴浓度大为增加，中的空穴浓度大为增加，形成形成P型半导体。型半导体。在在硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素硼，它与硅（或锗）的晶体内掺入少量三价元素硼，它与邻近四价原子组成共价键时，因缺少一个电子，在邻近四价原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生了一个空穴。晶体中便产生了一个空穴。当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发
14、条件当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发条件下获得能量时，就有可能填补这个空位，使硼原子成下获得能量时，就有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键则因缺为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键则因缺少一个电子，形成了少一个电子，形成了空穴空穴。但但在在产生空穴的同时并不产生新的自由电子，只是产生空穴的同时并不产生新的自由电子，只是原来的硅晶体本身仍会产生少量的电子空穴对。此原来的硅晶体本身仍会产生少量的电子空穴对。此时空穴数远大于自由电子数，在这种半导体中以空时空穴数远大于自由电子数，在这种半导体中以空穴导电为主，称穴导电为主，称空穴空穴为多数载流子，而自由
15、电子为为多数载流子，而自由电子为少数载流子。少数载流子。同时称这种在本征半导体中掺入微量三价元素，使同时称这种在本征半导体中掺入微量三价元素，使空穴浓度大大增加空穴浓度大大增加的半导体为的半导体为P P型半导体型半导体型半导体型半导体（空穴半（空穴半导体）。导体）。把把P型和型和N型半导体结合在一起，交界面处就会形成型半导体结合在一起，交界面处就会形成PN结，形成结，形成PN结后，就具有了结后，就具有了P型或型或N型半导体单独型半导体单独存在时所没有的特殊特性。正是利用这些特性，才能存在时所没有的特殊特性。正是利用这些特性，才能用来生产各种类型的半导体器件。用来生产各种类型的半导体器件。1、P
16、N结的形成结的形成N型半导体中有较多的型半导体中有较多的自由电子，自由电子，代表失去一代表失去一个电子的磷离子，带正个电子的磷离子，带正电。电。P型半导体中有较多的型半导体中有较多的空穴，空穴，代表得到一个代表得到一个电子的硼离子电子的硼离子,带负电。带负电。三、三、三、三、PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性结及其单向导电性PN内电场内电场当两者结合时当两者结合时,交界面交界面出现了电子和空穴的浓出现了电子和空穴的浓度差。这时度差。这时,电子和空电子和空穴都要从浓度高的地方穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。向浓度低的地方扩散。随着随着P型区大批空穴扩散到型区大批空穴
17、扩散到N区与电子复合区与电子复合,N区区大大批电子扩散到批电子扩散到P区中与空穴复合区中与空穴复合,使交界面附近只使交界面附近只留下不能移动的留下不能移动的正负电荷区域。正负电荷区域。正负电荷相互作用，形成一个电场，方向正负电荷相互作用，形成一个电场，方向N区区指向指向P区区,由于这个电场不是外加电压形成的，故称为由于这个电场不是外加电压形成的，故称为内内电场电场。PN内电场内电场 这些不能移动的带这些不能移动的带电粒子通常称为空间电电粒子通常称为空间电荷荷,它们集中在它们集中在P区和区和N区交界面附近，形成了区交界面附近，形成了一个很薄的一个很薄的空间电荷区空间电荷区，这就是这就是PN结结。
18、空间电荷区空间电荷区在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗尽了了，或者说消耗尽了,因此空间电荷区有时又称为因此空间电荷区有时又称为耗耗尽层尽层。它的电阻率很高，扩散越强，空间电荷区越。它的电阻率很高，扩散越强，空间电荷区越宽。宽。PN内电场内电场在内电场作用下，在内电场作用下，多子扩散受阻多子扩散受阻，而这个电场有利于，而这个电场有利于N区的区的少数载流子空穴向少数载流子空穴向P区漂移、区漂移、P区的区的少数载流子电子少数载流子电子向向N区漂移运动，区漂移运动，漂移运动的方向正好与扩散运动的方漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反
19、，当扩散和漂移作用相互抵消时，便达到动态平向相反，当扩散和漂移作用相互抵消时，便达到动态平衡。衡。复合复合阻止多子扩散，增强少子漂移阻止多子扩散，增强少子漂移PN结（耗尽层，空间电荷区）结（耗尽层，空间电荷区）结合结合多子扩散多子扩散内电场内电场动态平衡动态平衡PN结正偏结正偏PN结正向导通结正向导通外电场与内电场方向相反外电场与内电场方向相反有利于扩散进行有利于扩散进行扩散扩散漂移漂移PN结变窄结变窄外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较大的扩散电流产生较大的扩散电流I正正下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返回回PN结的单向导电性结的单向导电性2 2、PNPN结的单向导电性结的单
20、向导电性结的单向导电性结的单向导电性（a）PN结外加正向电压结外加正向电压（b）PN结外加反向电压结外加反向电压PN结反偏结反偏PN结反向截止结反向截止外电场与内电场方向相同外电场与内电场方向相同有利于漂移进行有利于漂移进行漂移漂移扩散扩散PN结变厚结变厚外部电源不断提供电荷外部电源不断提供电荷产生较小的反向电流产生较小的反向电流I反反下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返回回PN结的单向导电性结的单向导电性1、不加电阻、不加电阻R是否可以？是否可以？2、如何用三用表判断、如何用三用表判断PN结的结的P端，端，N端端PN结加结加正向电压正向电压时，时，PN结处于结处于导通状态导通状态，呈现电
21、阻，呈现电阻很低；很低；PN结加结加反向电压反向电压时，时，PN结处于结处于截止状态截止状态，呈现电阻，呈现电阻很高。很高。这就是这就是PN结的单向导电特性结的单向导电特性结论：结论：一、基本结构和分类一、基本结构和分类整流二极管整流二极管 检波二极管波二极管 稳压二极管二极管 光光电二极管二极管 开关二极管开关二极管 按按用用途途 材料材料: :硅或锗硅或锗阴极阴极阳极阳极D电流方向电流方向二极管的符号二极管的符号按按结构构 点接触型点接触型 面接触型面接触型 8.2半导体二极管半导体二极管面接触型二极管面接触型二极管面接触型二极管面接触型二极管（一般为硅管），（一般为硅管），PN结结面积大
22、结结面积大（结电容大），故可承受较大电流，适用于整流，（结电容大），故可承受较大电流，适用于整流，不宜用作于高频电路。不宜用作于高频电路。例例2CP面接触型硅二极管面接触型硅二极管点接触型二极管点接触型二极管点接触型二极管点接触型二极管（一般为锗管），它（一般为锗管），它PN结结面积很结结面积很小（结电容很小），因此不能通过较大电流，但其小（结电容很小），因此不能通过较大电流，但其高频性能好，故一般适用于高频和小功率的工作，高频性能好，故一般适用于高频和小功率的工作，也用作脉冲数字电路里的开关元件。也用作脉冲数字电路里的开关元件。定义：二极管电流与电压之间的关系。定义：二极管电流与电压之间的关
23、系。UIOUDUIOUIOAABB硅硅锗锗正向：死区（正向：死区（OA 段）硅管约段）硅管约0.5V，锗管约锗管约0.2V；正向导通区硅管正向导通区硅管约约0.7V，锗管约锗管约0.3V。温度增加，温度增加，曲线左移曲线左移反向：截止区（反向：截止区（OB 段）段）I 近似为近似为0；击穿区管子被击穿击穿区管子被击穿下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返回回上一节上一节图图8.2.2半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性(a)近似特性近似特性(b)理想特性理想特性图图8.2.3近似和理想特性伏安特性近似和理想特性伏安特性1 1、伏安特性、伏安特性、伏安特性、伏安特性二、普通二极管二、普
24、通二极管二、普通二极管二、普通二极管2 2、主要参数、主要参数、主要参数、主要参数(1)(1)IF：额定正向平均电流额定正向平均电流(2)(2)UF：正向电压降正向电压降(3)(3)UR：最高反向工作电压最高反向工作电压(4)(4)IRm：最大反向电流最大反向电流以上各值是选择二极管的依据。以上各值是选择二极管的依据。 因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通因通常使用二极管时应保证其工作在正向导通或反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏或反向截止状态，故认为二极管正偏则导通，反偏则截止则截止单向导电性。单向导电性。范围很广，主要都是利用它的单向导电性，例如用于范围很广，主要都是利用它的单
25、向导电性，例如用于整流、限幅、开关、隔离、箝位等。整流、限幅、开关、隔离、箝位等。判断二极管在电路中工作状态的方法判断二极管在电路中工作状态的方法将二极管断开将二极管断开,求出二极管阳极与阴极之间所承受求出二极管阳极与阴极之间所承受的电压的电压,对于理想二极管来说对于理想二极管来说,如果求出的电压大于如果求出的电压大于零零,则说明该二极管处于正向偏置而导通则说明该二极管处于正向偏置而导通;如果该电如果该电压小于零压小于零,则说明该二极管处于反向偏置而截止则说明该二极管处于反向偏置而截止。如果电路中有两个或两个以上的二极管如果电路中有两个或两个以上的二极管,则首先断则首先断开所有二极管开所有二极
26、管,求出各管所承受的电压求出各管所承受的电压,其中承受正其中承受正向电压最大者将优先导通向电压最大者将优先导通,对于理想二极管来说对于理想二极管来说,导导通时其正向导通压降为零通时其正向导通压降为零,可将其短路可将其短路,然后再用上然后再用上述方法判断其余二极管的情况述方法判断其余二极管的情况。3 3、二极管的应用、二极管的应用、二极管的应用、二极管的应用例例15VRD用以前的限幅flash下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返回回上一节上一节补充例题补充例题1当当Us分别为分别为2V、4V，而而ui分别为分别为3V、3V时，试画出时，试画出uo的波形。的波形。求求F的电位的电位，二极管的正
27、向电位降忽略，二极管的正向电位降忽略A端电位比端电位比B端电位高，端电位高，优优先导通，则先导通，则当当导通时，导通时，上所上所加为反向电压截止加为反向电压截止例例2* * * * 三、光电二极管三、光电二极管三、光电二极管三、光电二极管它的反向电流随光照强度的增加而上升。光电二极管工作它的反向电流随光照强度的增加而上升。光电二极管工作于反向偏置状态，无光照时电路中电流很小，有光照时电流会于反向偏置状态，无光照时电路中电流很小，有光照时电流会急剧增加。急剧增加。光电二极管电路光电二极管电路发光二极管电路发光二极管电路* * * * 四、发光二极管四、发光二极管四、发光二极管四、发光二极管发光二
28、极管工作于正向偏置状态，正向电流通过发光二极发光二极管工作于正向偏置状态，正向电流通过发光二极管时，它会发出光来，正向工作电压一般不超过管时，它会发出光来，正向工作电压一般不超过2V，正向电正向电流为流为10mA左右。发光二极管常用于数字仪表和音响设备中的左右。发光二极管常用于数字仪表和音响设备中的显示器。显示器。* * * * 五、光垫耦合器五、光垫耦合器五、光垫耦合器五、光垫耦合器(1)试试从从正正向向电电压压，反反向向饱饱和和电电流流的的大大小小以以及及温温度度的的影影响响等方面比较，硅管和锗管的优点。等方面比较，硅管和锗管的优点。 【答答】 从正向电压降看，硅管的正向电压降比锗管的大，
29、从正向电压降看，硅管的正向电压降比锗管的大，这是锗管的优点这是锗管的优点; ;从反向饱和和电流看从反向饱和和电流看, ,硅管的反向饱和电流硅管的反向饱和电流比锗管小，这是硅管的优点；从温度的影响看，温度增加时比锗管小，这是硅管的优点；从温度的影响看，温度增加时, ,会引起反向饱和电流增大，而反向击穿电压减小。这方面锗会引起反向饱和电流增大，而反向击穿电压减小。这方面锗管比硅管对温度更为敏感，这也是锗管不如硅管的地方。管比硅管对温度更为敏感，这也是锗管不如硅管的地方。返返回回下一题下一题上一题上一题分析与思考：分析与思考：分析与思考：分析与思考：P.213P.213P.213P.213 作业：作
30、业：8.2.1；8.2.2直流电源直流电源由发电机及蓄电池提供直流电源由发电机及蓄电池提供直流电源直流稳压电源（用于电子电路中）直流稳压电源（用于电子电路中）直流稳压电源直流稳压电源主要是利用交流电压通过整流、滤波及主要是利用交流电压通过整流、滤波及稳压等环节来获取。稳压等环节来获取。电子设备中通常需要电压稳定的直流电源供电，直流电子设备中通常需要电压稳定的直流电源供电，直流稳压电源将交流电网电压经过变压，整流，滤波和稳稳压电源将交流电网电压经过变压，整流，滤波和稳压电路的处理，即可向负载提供稳恒的直流电压和电压电路的处理，即可向负载提供稳恒的直流电压和电流。流。883 3 直流稳压电源的组成
31、直流稳压电源的组成电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流变为合适的交流电压电压u2。整整流流电电路路滤滤波波电电路路稳稳压压电电路路u1u2u3u4uo整整流流电电路路滤滤波波电电路路稳稳压压电电路路整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流变为平滑的直流电压电压u4。稳稳压电路压电路:消除电网波动及负载变化的影响消除电网波动及负载变化的影响,保保持输出电压持输出电压uo的稳定。的稳定。884 4 单相整流电路单相整流电路u20时，二极管导通。时，二极管导
32、通。iou1u2aTbDRLuo忽略二极管正向压降：忽略二极管正向压降：bu1u2aTDRLuoio=0u20时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:AD1RLD3Bu2 0时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D4D2D1D3RLuoABuD4,uD2uD3,uD1几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+-交直流管脚用错将如何？
33、交直流管脚用错将如何？交直流管脚用错将如何？交直流管脚用错将如何？ 造成短路烧毁变压器！造成短路烧毁变压器！负载电阻负载电阻中直流电流当然也增加了一倍，即中直流电流当然也增加了一倍，即+_+正半周正半周：D1、D3通，通，D2、D4止止负半周负半周：D1、D3止，止，D2、D4通通已知交流电源电压已知交流电源电压U1=220V，负载电阻，负载电阻RL=50 ，要求在负载上得到的直流电压分量，要求在负载上得到的直流电压分量Uo=24V，如采用单相桥式整流电路供电，（如采用单相桥式整流电路供电，（1）如何选择）如何选择整流二极管，（整流二极管，（2）确定变压器匝数比。）确定变压器匝数比。（1）通过
34、每个二极管的平均电流为）通过每个二极管的平均电流为变压器副边电压有效值为变压器副边电压有效值为 解解例例一般取一般取二极管的最大反向电压二极管的最大反向电压查查手册，可选用手册，可选用2CP31A（50V，500mA）小小结结作业：作业：P.2238.4.1;8.4.2885 5 滤波电路滤波电路从前面的讨论得知，无论是哪种整流电路，其输从前面的讨论得知，无论是哪种整流电路，其输从前面的讨论得知，无论是哪种整流电路，其输从前面的讨论得知，无论是哪种整流电路，其输出电压和电流均存在着脉动现象，这在少数要求出电压和电流均存在着脉动现象，这在少数要求出电压和电流均存在着脉动现象，这在少数要求出电压和
35、电流均存在着脉动现象，这在少数要求不高的场合，如电镀，电解以及直流电磁铁等处不高的场合，如电镀，电解以及直流电磁铁等处不高的场合，如电镀，电解以及直流电磁铁等处不高的场合，如电镀，电解以及直流电磁铁等处可以应用。可以应用。可以应用。可以应用。但但但但在在在在大多数情况下，例如各种电子设备，都要求大多数情况下，例如各种电子设备，都要求大多数情况下，例如各种电子设备，都要求大多数情况下，例如各种电子设备，都要求平稳的直流，因此要加滤波器以改善输出波形的平稳的直流，因此要加滤波器以改善输出波形的平稳的直流，因此要加滤波器以改善输出波形的平稳的直流，因此要加滤波器以改善输出波形的脉动程度。脉动程度。脉
36、动程度。脉动程度。一方面尽量降低输出电压中的脉动成分。另一方一方面尽量降低输出电压中的脉动成分。另一方一方面尽量降低输出电压中的脉动成分。另一方一方面尽量降低输出电压中的脉动成分。另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。近于理想的直流电压。近于理想的直流电压。近于理想的直流电压。滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电
37、压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。成份，达到平滑输出电压波形的目的。一、电容滤波电路一、电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+(1)空载：空载： RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1
38、时刻接时刻接通电源通电源t1充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+无放电回路电压保持无放电回路电压保持(2)RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuo在在u2电压小于电容电压电压小于电容电压时，二极管截止，电容时，二极管截止，电容不充电，电容通过不充电，电容通过RL放放电，电，uo会逐渐下降。当会逐渐下降。当电容电压下降到低于电容电压下降到低于u2时，又开始充电。时，又开始充电。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+tu2tuot只有只有u2电压大于电压大于uc时，二极管导通才
39、时，二极管导通才有充电电流有充电电流iD。因因此二极管电流是脉此二极管电流是脉冲波。冲波。二极管电流二极管电流iD的波形的波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可见，采用电容滤可见，采用电容滤波时，整流管的导波时，整流管的导通角变小。通角变小。t一般取一般取(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。(2)流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。RLC 越大越大Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短整流管导电时间越短iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取2、电容滤波电路的特点、电容滤
40、波电路的特点(1)输出电压输出电压Uo与放电时间常数与放电时间常数RLC 有关。有关。RLC 愈大愈大电容器放电愈慢电容器放电愈慢Uo(平均值平均值)愈大愈大输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻RL 或或C的变化而改变的变化而改变,Uo随随之改变。之改变。如如:RL 愈小愈小(Io越大越大),Uo下降多。下降多。结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。(3)输出特性输出特性(外特性外特性)uo电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20Io二、电感滤波二、电感滤波电路结构电路结
41、构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo问：为什么电容滤波要与负载并联，而电感滤波是串联？问：为什么电容滤波要与负载并联，而电感滤波是串联？1、滤波原理、滤波原理对直流分量对直流分量:XL=0相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量:f越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2u2u1RLLuo2、电感滤波的特点、电感滤波
42、的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。干扰。u2u1RLLuo电感电流不能跳变电感电流不能跳变故负载电流可持续故负载电流可持续总结：整流滤波电路（总结：整流滤波电路（C滤波）滤波）+_+_+_+_+直流电压电流表直流电压电流表直流分量、平均值直流分量、平均值交流电压电流表交流电压电流表有效值有效值+_+_+_+_+例：例：在带有C滤波器的桥式整流电路中，交流电源电压 ，要得到的输
43、出直流电压为 ，负载电阻。试选择D和C，并决定匝比K。流过每个二极管的电流平均值为 （1）选D解：解：取所以变压器副边电压有效值二极管承受的最高反向电压解解例例+u2+uORLC选2CP12 ( 100V, 100mA ) 。（2）选C电容耐压应大于 ，实选 ，耐压100V。（3）算K作业：作业：P2238.5.1886 6 稳压电路稳压电路 经整流和滤波后的电压往往会随交流电经整流和滤波后的电压往往会随交流电源电压的波动和负载的变化而变化。源电压的波动和负载的变化而变化。 电压在不稳定时会产生测量和计算误差，电压在不稳定时会产生测量和计算误差，引起控制装置的工作不稳定，甚至根本无法引起控制装
44、置的工作不稳定，甚至根本无法正常工作。正常工作。 所以要求有很稳定的直流电源供电。最所以要求有很稳定的直流电源供电。最简单的方法是采用稳压管来稳定电压。简单的方法是采用稳压管来稳定电压。 一、硅稳压管一、硅稳压管一、硅稳压管一、硅稳压管( ( ( (齐纳二极管齐纳二极管齐纳二极管齐纳二极管) ) ) ) 一种特殊的半导体硅二极管，在电路中能一种特殊的半导体硅二极管，在电路中能起稳定电压的作用，故称为起稳定电压的作用，故称为稳压管稳压管稳压管稳压管。 稳压稳压管管符号符号其伏安特性曲线与普通二极管相似其伏安特性曲线与普通二极管相似稳压管经特殊的工艺加工而成，稳压管经特殊的工艺加工而成，它工作在反
45、向击穿区它工作在反向击穿区。 当反向电压撤除后，又能恢复正常。当反向电压撤除后，又能恢复正常。 从图中可看出，当反向电压小于从图中可看出，当反向电压小于U UZminZmin时，反向电流很小；时，反向电流很小； 当反向电压增大到击穿电压时，当反向电压增大到击穿电压时，反向电流剧增，稳压管反向击穿。反向电流剧增，稳压管反向击穿。 UIOUZIZ UZ IZIZM电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小。变化很小。 稳压管就是利用这一特性起到稳压作用。稳压管就是利用这一特性起到稳压作用。 反向电流不能无限制地增大，当超过最大稳定电流反向电流不
46、能无限制地增大，当超过最大稳定电流I IZmaxZmax时时，稳压管会过热而损坏。，稳压管会过热而损坏。 特点：特点：u反向击穿电压一般比普通二极管低很多。反向击穿电压一般比普通二极管低很多。u反向击穿特性很陡。反向击穿特性很陡。u它工作在反向击穿状态。它工作在反向击穿状态。主要参数主要参数主要参数主要参数1 1、稳定电压、稳定电压、稳定电压、稳定电压U UZ Z稳压管在正常工作下管子两端的稳压管在正常工作下管子两端的电压电压2 2、电压温度系数、电压温度系数、电压温度系数、电压温度系数 U U稳压值受温度变化影响的系稳压值受温度变化影响的系数数3 3、动态电阻、动态电阻、动态电阻、动态电阻
47、r rZ Z稳压管端电压的变化量与相应的电稳压管端电压的变化量与相应的电流变化量的比值流变化量的比值rZ越小，稳压管反向伏安特性曲线越陡，稳压性能越好越小，稳压管反向伏安特性曲线越陡，稳压性能越好5 5、最大允许耗散功率、最大允许耗散功率、最大允许耗散功率、最大允许耗散功率P PZMZM为为管子不发生损坏时的最大功率损耗管子不发生损坏时的最大功率损耗反向电流通过反向电流通过PNPN结，产生功率损耗，结，产生功率损耗，T T4 4、稳定电流、稳定电流、稳定电流、稳定电流I IZ Z稳压管的稳定电流只是一个作为依据的参考值，但稳压管的稳定电流只是一个作为依据的参考值，但对每一个稳压管，都规定一个最
48、大稳定电流对每一个稳压管，都规定一个最大稳定电流IZmax作业：作业：8.6.1a,c求求(a)(b)稳压值稳压值6V稳压值稳压值10V正向压降正向压降0.7V(a)解解例例RURU(b)+_+二、二、二、二、硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路 当当RL不变时，设输入电压不变时，设输入电压Ui由于电网电压波动而升高，由于电网电压波动而升高，这将引起这将引起DZ两端电压，也就是输出电压两端电压，也就是输出电压Uo升高，根据升高，根据稳压管的特性可知，稳压管的特性可知，DZ电压的少许增加将导致流经电压的少许增加将导致流经DZ的电流的电流iZ大大增加，使总电流大大增加，
49、使总电流IR也大大增加，这在限流也大大增加，这在限流电阻电阻R上引起的附加电压降上引起的附加电压降UR补偿了补偿了Ui的变化，使的变化，使UL基本恒定。如果基本恒定。如果Ui降低，过程也类似。降低，过程也类似。+当当Ui不变时，不变时，IR不变。设负载电流不变。设负载电流Io增大，增大，IR=Iz+Io。由于电流在由于电流在R上的压降升高，输出电压上的压降升高，输出电压Uo将下降，而将下降，而Uo(即即Uz)的少许下降将使流过的少许下降将使流过Dz的电流的电流Iz下降很多，下降很多，从而补偿了从而补偿了Io的增加而使总的增加而使总IR基本保持不变，因而基本保持不变，因而Uo也也基本恒定，这个过
50、程可表示为：基本恒定，这个过程可表示为：+由以上分析，由以上分析，DZ起电流调节作用，限流电阻起电压起电流调节作用，限流电阻起电压调节作用，当调节作用，当Uo有少许变化时，引起有少许变化时，引起IZ的较大变化，的较大变化，通过通过R上的压降变化调节上的压降变化调节Uo使之基本恒定。使之基本恒定。Uo不会绝对不变，因为上述调整过程正是由不会绝对不变，因为上述调整过程正是由Uo的的微小变化引起的。微小变化引起的。光有光有DZ，而无，而无R是不能稳压的，如是不能稳压的，如R=0，Ui增加多增加多少直接使少直接使Uo固定地增加多少，固定地增加多少，DZ也会因过热而烧坏。也会因过热而烧坏。注意：注意：元
51、件选择元件选择元件选择元件选择1.稳定电压稳定电压UZ，取，取UZUo，如果一个，如果一个DZ的稳压值的稳压值不够，可用两个或多个管子串联。不够，可用两个或多个管子串联。2.稳压管最大管最大稳定定电流流IZmax， 取取IZmax(1.53)Iomax， 这里里Iomax为为负载电流可能达到的最大流可能达到的最大值。 3.稳压电路的路的输入直流入直流电压应取取为Ui(23)Uo 三、集成稳压电路三、集成稳压电路三、集成稳压电路三、集成稳压电路1、三端固定式集成稳压器分类、三端固定式集成稳压器分类CW7800系列：输出正电压系列：输出正电压CW7900系列：输出负电压系列：输出负电压如：如：CW
52、7805表示输出表示输出+5V电压电压CW7912表示输出表示输出12V电压电压132图图8.6.4三端固定三端固定稳压器外形图稳压器外形图上一页上一页下一页下一页返返回回下一节下一节上一节上一节2、稳压电路接线图、稳压电路接线图输入端：输入端：1、3输出端：输出端：2、3C1：0.33 F，防振荡防振荡CO：0.1 F，稳定稳定UO输入端：输入端：3、1输出端：输出端：2、1C1：2.2 FCO：1 F3RL+C12CW7800+C+CO1UO+图图8.6.5CW7800接线图接线图上一页上一页下一页下一页返返回回下一节下一节上一节上一节1RL+C12CW7900+C+CO3UO+-图图8.6.6CW7900接线图接线图上一页上一页下一页下一页返返回回下一节下一节上一节上一节图图8.6.7同时输出正负两组电压接线图同时输出正负两组电压接线图12CW78053UO+ C1+C1CW7905+CO+CO321UO1UO2Ui+作业：作业：P2248.6.2
