电工学第8章直流稳压电源

电子技术1第8章直流稳压电源8.3直流稳压电源的组成8.5滤波电路8.6稳压电路8.4整流电路8.1半导体的基础知识8.2半导体二极管下一章上一章返回主页8.7晶闸管8.8可控整流电路8.9应用实例第8章直流稳压电源28.1半导体的基础知识导体、半导体、绝缘体。物质按导电能力划分：半导体的导电性能：价电子参与导电、掺杂增强导电能力、热敏特性、光敏特性。一、本征半导体1.什么是本征半导体是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。高等教育出版社第8章直流稳压电源32.本征半导体的导电特性在绝对零度时，不导电。温度（或光照）→价电子获得能量：本征激发产生自由电子和空穴对。自由电子和空穴均参与导电，统称为载流子。温度→载流子的浓度→导电能力。自由电子释放能量跳回共价键——复合。本征半导体载流子浓度较低，导电能力较弱。高等教育出版社第8章直流稳压电源4二、杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。(1)掺入五价的杂质元素自由电子的浓度空穴的浓度。自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。称这种杂质半导体为N型半导体。(2)掺入三价的杂质元素自由电子的浓度空穴的浓度。空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。称这种杂质半导体为P型半导体。高等教育出版社第8章直流稳压电源5杂质半导体的示意表示法P型半导体N型半导体空间电荷＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－高等教育出版社第8章直流稳压电源6三、PN结1.PN结的形成扩散运动＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－扩散运动：多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。高等教育出版社第8章直流稳压电源7＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－内电场PN结多数载流子的扩散运动继续进行，使PN结加宽，内电场增强。内电场越强，多数载流子的运动越难以进行。内电场越强，少数载流子的运动越易于进行。高等教育出版社第8章直流稳压电源8＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋漂移运动：少数载流子在内电场作用下的运动。漂移运动使PN结变薄，内电场削弱。内电场削弱，又有利于多数载流子的扩散运动，而不利于少数载流子的漂移运动。漂移运动高等教育出版社第8章直流稳压电源9＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运动达到动态平衡——平衡的PN结。内电场高等教育出版社第8章直流稳压电源102.PN结的特性(1)正向偏置(2)反向偏置RＰN外电场ＰNR外电场正向导通I反向截止I≈0主要特性：单向导电性。高等教育出版社第8章直流稳压电源118.2半导体二极管一、普通二极管ＰN阳极阴极(1)按结构分类点接触型、面接触型。(2)按材料分类硅管、锗管。(3)按用途不同分类普通管、整流管、开关管等。1.基本结构高等教育出版社第8章直流稳压电源12U/VI/mAO2.伏安特性反向特性正向特性死区死区电压Uth：硅管0.5V锗管0.1V导通压降UD：硅管0.6~0.7V锗管0.2~0.3VUDUBRIR(1)实际特性锗管硅管高等教育出版社第8章直流稳压电源13UD(2)近似特性UIOUIO(3)理想特性3.主要参数(1)额定正向平均电流（最大整流电流）IF(2)正向压降UF(3)最高反向工作电压UR一般规定为反向击穿电压的1/2或1/3。(4)最大反向电流IRm高等教育出版社第8章直流稳压电源14*二、光电二极管（光敏二极管）作用：将光信号转化为电信号。反向电流随光照强度的增加而上升。RED光电二极管电路RED发光二极管电路*三、发光二极管作用：将电信号转化为光信号。发光的颜色取决于制造材料。高等教育出版社第8章直流稳压电源15*四、光电耦合器（光电隔离器）作用：①电气隔离；②抗干扰；③系统保护。输入电路输出电路高等教育出版社第8章直流稳压电源168.3直流稳压电源的组成大小不合适的交流大小合适的交流~交流电源脉动直流不稳定的直流稳定直流直流负载滤波电路电源变压器整流电路稳压电路高等教育出版社第8章直流稳压电源17电源变压器将市电变换为整流所需的交流电压整流电路将交流电变换为方向不变的直流电滤波电路将脉动直流电变换为平滑的直流电压稳压电路将不稳定的直流电压变换为稳定直流电压高等教育出版社第8章直流稳压电源188.4整流电路+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4u2正半周，D1和D3导通，uO=u2；电流通路：a→D1→RL→D3→b。u2负半周，D2和D4导通，uO=－u2；电流通路：b→D2→RL→D4→a。高等教育出版社第8章直流稳压电源19＋uO－D4D3D1D2RL＋u2－u2ωtOuOiOωtO高等教育出版社第8章直流稳压电源201.负载直流电压UO=0.9U22.负载直流电流3.二极管平均电流4.二极管反向电压UO=2U2sintd(t)1∫0=U222IO=UORLID=IO12URm=2U25.整流元件的选择IF≥IDUR≥URm高等教育出版社第8章直流稳压电源21[例8.4.1]一桥式整流电路，已知负载电阻RL=240，负载所需直流电压=12V，电源变压器一次电压U1=220V。试求该电路正常工作时的负载电流、二极管平均电流ID和变压器的电压比k。[解]负载直流电流IO=UORL=A=0.05A12240ID=IO=×0.05A=0.025A1212二极管平均电流变压器的二次电压U2==V=13.33VUo0.9120.9变压器的电压比k===16.5U2U122013.33高等教育出版社第8章直流稳压电源228.5滤波电路一、电容滤波电路C＋＋uO－RL＋u2－＋u1－uOωtO√2U2电容放电当二极管导通时，电容被充电储能。当二极管截止时，电容放电。滤波电容的选择：C≥(3~5)T2RL=1.5~2.52RLf高等教育出版社第8章直流稳压电源23UCN=√2U2输出电压的平均值:UO=1.2U2（全波）空载输出直流电压:滤波电容的耐压：UCN≥√2U2高等教育出版社第8章直流稳压电源24[例8.5.1]一桥式整流、电容滤波电路，已知电源频率f=50Hz，负载电阻RL=100，输出直流电压UO=30V。试求：(1)选择整流二极管；(2)选择滤波电容器；(3)负载电阻断路时的输出电压UO；(4)电容断路时的输出电压UO。[解](1)选择整流二极管IO=UORL=A=0.3A30100U2=UO1.2301.2V=25V=URm=2U2=2×25V=35.4VID=IO=×0.3A=0.15A1212高等教育出版社第8章直流稳压电源25查附录，选用2CZ53B4个（IF=300mA，UR=50V）。(2)选择滤波电容器C≥1.5~2.5RLf1.5~2.5100×50==(300~500)FFUCN≥=2×25V=35.4V2U2(3)负载电阻断路时UO=2U2=2×25V=35.4V(4)电容断路时UO=0.9U2=0.9×25V=22.5VIF≥2ID=2×0.15A=0.3A，UR≥URm=34.5V高等教育出版社第8章直流稳压电源26二、电感滤波电路对直流分量:XL=0，大部分整流电压降在RL上。对谐波分量:f越高，XL越大，电压大部分降在XL上。＋uO－RLiO＋u2－＋u1－L高等教育出版社第8章直流稳压电源27＋uO－RLiOC2＋C1＋三、复式滤波电路C2＋C1＋1.LC－形滤波电路2.RC－形滤波电路L＋uO－RLiORL高等教育出版社第8章直流稳压电源28一、稳压二极管又称为齐纳二极管。为面结型硅二极管。反向特性正向特性特点：①反向击穿电压小；②反向击穿特性陡。击穿电压UZIZmaxU/VI/mAOIZmin8.6稳压电路高等教育出版社第8章直流稳压电源29[解](1)Ui＝10V时DZ反向击穿稳压：UO=UZ=5V。(2)Ui=3V时DZ反向截止：UO=Ui=3V。(3)Ui=－5V时DZ正向导通：UO=0V。(4)ui=10sintV时当0＜ui＜5V时，DZ反向截止：UO=Ui=10sintV。当ui＞5V时，DZ反向击穿稳压：[例8.6.1]如图所示电路，设UZ=5V，正向压降忽略不计。当直流输入Ui=10V、3V、－5V时，Uo=？当输入为交流ui=10sintV时，分析uO的波形。RDZ＋Ui－＋UO－5tuO/VO23UO=UZ=5V。当ui＜0V时，DZ正向导通：UO=0V。高等教育出版社第8章直流稳压电源30二、稳压二极管稳压电路+-u2+-u1C＋Ui－RL＋UO－IIORDZIZ稳压过程：UO→IZ→I→IRUO高等教育出版社第8章直流稳压电源31三、集成稳压电路分为线性集成稳压电路和开关集成稳压电路。1.三端固定式集成稳压器CW78XX系列正电压稳压器。CW79XX系列负电压稳压器。132输出电压规格：5V,6V,8V,9V,12V,15V···高等教育出版社第8章直流稳压电源32CW78XX接线图+-u2+-u1CRL＋UO－78XXCiCo123＋高等教育出版社第8章直流稳压电源33CW79XX接线图+-u2+-u1CRL－UO＋79XXCiCo321＋高等教育出版社第8章直流稳压电源34同时输出正负两组电压的接线图＋5V－5VCW7805Ci123CW790512Co3＋Ui－CiCoUO高等教育出版社第8章直流稳压电源35*3.三端可调式集成稳压器类型：CW117、CW217、CW317(正电压)CW137、CW237、CW337(负电压)输出电流等级：0.1A,0.5A,1.5A军品级工业级民品级典型电路：CW217CiCo321+C+-UO+-UiR1R2高等教育出版社第8章直流稳压电源36CW237CiCo231C-+UO-+UiR1R2+输出电压计算公式：UO=±1.25(1+)R2R1高等教育出版社第8章直流稳压电源378.6晶闸管一、普通晶闸管图形符号PNPNG（控制极或门极）K（阴极）A（阳极）AKG1.基本结构高等教育出版社第8章直流稳压电源382.工作条件（1）由截止变为导通：（3）由导通变为截止：uA≤0或iA＜IH（维持电流）（2）普通晶闸管导通后，控制极失去控制作用uG采用正触发脉冲电压uA0且uG0高等教育出版社第8章直流稳压电源393.主要参数(1)额定正向平均电流IF允许通过的工频正弦半波电流在一个周期内的平均值(2)正向重复峰值电压UFRM(3)反向重复峰值电压URRM(4)控制极触发电压UG和触发电流IG高等教育出版社第8章直流稳压电源40*二、双向晶闸管A2A1G相当于两个反向晶闸管并联，两者共用一个控制极。利用双向晶闸管可实现交流调压：RLG+ui-A2A1+uo-uitOuotO+高等教育出版社第8章直流稳压电源41单相桥式整流电路中的两个二极管用可控的晶闸管替换——半控。1.电路结构8.8可控整流电路abT+-u2+-u1uGT1D1uGT2D2RL+-uOiO－＋－＋高等教育出版社第8章直流稳压电源422.工作原理正半周，T2、D1承受反向电压截止，T1、D2承受正向电压，控制极电压uG在t=α时施加，故在≤t≤时，T1和D2导通电流通路：a→T1→RL→D2→babT+-u2+-u1uGT1D1－＋uGT2D2RL+-uOiO－＋高等教育出版社第8章直流稳压电源43负半周，T1、D2承受反向电压截止，T2、D1承受正向电压。控制极电压uG在t=α+时施加，故在+≤t≤2时，T2和D1导通。电流通路：b→T2→RL→D1→aabT+-u2+-u1uGT1D1u