项目1直流电源

江西省电子信息技师学院项目1直流稳压电源的制作直流稳压电源的基本任务是将电力网交流电压变换为电子设备所需要的稳定的直流电源电压。222019/9/8内容提要半导体器件的识别与检测1整流滤波电路的应用2小功率直流稳压电源的制作与调试35基准稳压电路的分析与检测34比较放大电路的分析33332019/9/8任务一半导体器件的识别与检测任务目标：1．了解半导体的基础知识；讨论晶体二极管的特性、参数和简单应用电路；2．学习二极管、三极管使用常识和万用表检测方法任务教学方式：教学建议：半导体基础知识的学习中，应结合多媒体课件演示二极管、三极管内部结构、PN结形成机理和两者特性评估检测：教师与学生共同完成任务的检测与评估，并能对出现的问题进行分析与处理442019/9/8任务一半导体器件的识别与检测1.本征半导体。纯净的单晶半导体称为本征半导体。2.杂质半导体。掺入杂质的半导体称为杂质半导体。（1）N型半导体。多数载流子是电子。（2）P型半导体。多数载流子是空穴。3．PN结（1）PN结的形成（2）PN结的单向导电特性知识1半导体基本知识在N型半导体中，虽然自由电子数远大于空穴数，但由于施主离子的存在，使正、负电荷数相等，即自由电子数等于空穴数加正离子数，所以整个半导体仍然显电中性的。552019/9/81）PN结加正向电压2）PN结加反向电压给P区加高电位，同时N区加低电位，称PN结加正向电压或正向偏置（简称正偏）；给P区低电位、N区高电位，称为PN结加反向电压或反向偏置（简称反偏）。PN结具有单向导电特性。662019/9/8任务一半导体器件的识别与检测1．晶体二极管。二极管的核心是PN结。各种颜色的发光二极管常见晶体二极管实物外形及极性标志知识2晶体二极管、三极管772019/9/8通常按用途分为：整流二极管、开关二极管、检波二极管、变容二极管、稳压二极管、阻尼二极管、发光二极管、光电二极管等。按结构又分为面接触和点接触二极管。按工作原理分为隧道二极管、变容二极管、雪崩二极管等。二极管的分类882019/9/8二极管的伏安特性在小功率二极管正常工作的电流范围内，管压降（正向压降）硅管约为0.6～0.8V，锗管约为0.1～0.3V。硅管的导通电压或死区电压UD（ON）为0.5～0.6V，锗管的死区电压UD（ON）为0.1～0.2V。992019/9/8做一做：晶体二极管的识别与检测负极正极10102019/9/8表1-4晶体二极管的检测数据记录表型号封装形式万用表挡位开关位置PN正向电阻PN反向电阻好坏2AP91N40011N414811112019/9/82．三极管及其组成的基本放大电路发射结集电结12122019/9/8（1）晶体管放大偏置及电流分配关系放大的外部电压条件（放大偏置）：发射结正偏、集电结反偏。13132019/9/8NPN管电流分配示意图当晶体管处于发射结正偏、集电结反偏的放大状态下，由于发射结正偏，因而结两侧多子的扩散占优势，这时发射区电子源源不断地越过发射结注入到基区，形成电子注入电流IEN。注入基区的电子，成为基区中的非平衡少子，它在发射结处浓度最大，而在集电结处浓度最小。在扩散过程中，非平衡电子会与基区中的空穴相遇，使部分电子因复合而失去。但由于基区很薄且空穴浓度又低，所以被复合的电子数极少，而绝大部分电子都能扩散到集电结边沿。基区中与电子复合的空穴由基极电源提供，形成基区复合电流IBN，它是基极电流IB的主要部分。由于集电结反偏，在结内形成了较强的电场，因而，使扩散到集电结边沿的电子在该电场作用下漂移到集电区，形成集电区的收集电流ICN。14142019/9/8例1.1已知某晶体管处于放大状态，试判别各管脚对应的电极、管类型及管材料。解：放大状态时，根据管子b极处于中间电极电位的特点，可确定b极；再由与Ub相差零点几伏电位对应的电极为e极；最后即为c极。根据三个电极电位关系判断管类型，发射结电压值判断管材料。本题中，该管为PNP型管，①脚为b、②脚为e、③脚为c。15152019/9/8（2）晶体管伏安特性曲线（a）共基接法（b）共射接法（c）共集接法根据输入、输出回路公共端所接的电极不同，实际有共射极、共集电极和共基极三种基本（组态）放大器。16162019/9/8共射输入特性曲线共射输出特性曲线输出特性曲线是反映三极管输出回路电压与电流关系的曲线，是指基极电流IB为某一定值时，集电极电流IC与集电极电压UCE之间的关系。输入特性曲线是反映三极管输入回路电压和电流关系的关系，是表示输出电压UCE为定值时，IB与UBE对应关系的曲线。17172019/9/82）饱和区。发射结和集电结均处于正偏的区域为饱和区。3）截止区。发射结和集电结均为反偏，且iB≤-ICBO（对于大功率管，由于ICBO很大，不能忽略其影响）的区域为截止区。1）放大区。发射结为正偏，集电结反偏的工作区域为放大区。18182019/9/8做一做：晶体三极管的识别与检测（a）塑封管（b）金属壳封装管（c）片状管19192019/9/8NPN管三极管集电极、发射极判别示意图20202019/9/8表1-6晶体三极管检测数据记录表三极管型号封装形式万用表挡位开关位置管型管脚排列顺序（画图）3AX313DG2012SC181521212019/9/8任务二整流滤波电路的应用任务目标：1．掌握单相半波整流电路、单相全波整流电路、桥式全波整流电路、电容滤波电路、电感滤波电路的结构，能对原理进行简单的分析。2．了解倍压整流原理和应用电路。任务教学方式：教学建议：采用仿真技术，对各类整流滤波电路仿真过程进行投影，通过仿真结果，重点比较它们之间的结构和特点，并进行总结22222019/9/8任务二整流滤波电路的应用知识1整流电路之一——单相半波整流电路iLu1u2aTbDRLuotuo=uLD导通时产生（a）（b）23232019/9/8电压极性如图（a）所示，在变压器次级电压u2为正半周（a→b）时，整流二极管D正向偏置而导通，电流经二极管流向负载RL。而在次级电压u2为负半周时，二极管D反向偏置而截止，电流基本上等于零。所以，在负载电阻RL两端得到的电压极性是单向的，因为这种电路只有在交流电压半个周期内才有电流流过负载，即负载上得到一个单向的半波脉动电流，故称半波整流电路。2245.02UUUULOLLVRUII245.0U2为变压器二次绕组电压有效值负载电流平均值24242019/9/8例1．2已知某单相半波整流电路的负载RL=25Ω，若要求输出电压UL=110V，应选何种型号的整流二极管？解：由式UL=0.45U2可得：U2=UL/0.45=110/0.45≈244.4VIv=UL/RL=110/25=4.4AUvfm=U2=×244.4≈345.6V根据以上数据，查二极管工作手册，可选择最大整流电流为5A，最高反向工作电压为400V的整流二极管2CZ57F。2225252019/9/8做一做：半波整流电路的仿真测试26262019/9/8知识2整流电路之二——单相全波整流电路u1u2aTbD1RLuo=uLD2u2iL···u2u2tuo=uLD1导通产生D2导通产生D1导通产生27272019/9/8当u2为正半周(即极性为上正下负)时，D1正向偏置而导通、D2承受反向偏压而截止，有电流IL流过负载RL，在负载上得到的输出电压极性为上正下负；当u2为负半周时，此时D1截止、D2导通，电流IL流过负载RL时产生的电压极性与正半周相同，因此在负载上得到一个单向的脉动电压。LLRUI29.0LLDRUII245.021全波整流电路负载上的平均电流为：在全波整流电路中，D1和D2是轮流导通的，所以每个整流管的平均电流ID应为输出平均电流的一半，即28282019/9/8做一做：单相全波整流电路的仿真测试29292019/9/8知识3整流电路之三——单相桥式整流电路桥式整流电路常用画法30302019/9/8u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo-+u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路uo=uL负载的直流电流是由二极管D1、D3和D2、D4轮流提供的，因此二极管的整流电流应是负载直流电流的一半，但二极管承受的最大反峰电压与全波整流时不同，如正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止，此时二极管反向峰值电压等于U2。231312019/9/8例1.3若采用单相全波桥式整流电路来获得例题1.2相同数值的输出电压和电流，问变压器次级电压应为多大？应选何种型号的整流二极管。解：变压器次级电压为：U2=UL/0.9=110/0.9≈122.2V二极管整流电流和反向耐压为IV=IL/2=4.4/2=2.2AUvfm=U2≈172.8V根据以上数据，查二极管工作手册，可选择最大整流电流为3A、最高反向工作电压为200V的整流二极管2CZ56D。桥式全波整流电路中的电流和电压232322019/9/8（a）为电容滤波电路，（b）为电感电容滤波电路（倒L型），（c）为RC-型滤波电路滤波电路的种类33332019/9/8做一做：桥式全波整流电路的仿真测试34342019/9/8知识4滤波电路之一——电容滤波电路考虑到二极管正向内阻很小，变压器次级绕组电阻也很小，uc迅速（充电时间τ很短）跟随u2到峰值，u2达峰值后开始下降，而电压uc也将由于放电而逐渐下降。当u2uc时，二极管截止，于是uc以一定的时间常数按指数规律下降，给负载RL放电，直到下一个正半周来到时，当u2uc，二极管又导通，输出电压如图（b）中实线所示。当电路接通电源，u2的正半周由零逐渐增大时，二极管D导通，流过D的电流一路流向负载RL，一路向电容C充电贮能，电容端电压uc的极性为上正下负。35352019/9/8知识4滤波电路之一——电容滤波电路u2tuot36362019/9/8（1）加入电容滤波之后，输出电压的直流成份提高了，脉动成分降低了。对半波整流来说，负载电压近似为UL≈U2；对桥式全波整流来说，负载电压近似为UL≈1.2U2。（2）若电容放电时间常数越大，放电过程越慢，则输出电压越高，同时脉动成分也越少，即滤波效果越好。所以滤波电容的容量应较大，且要求负载RL也大，因此，电容滤波适用于负载电流较小，且负载电流变化不大的场合。电解电容与负载并联时，注意极性不能接反。为安全起见，电解电容耐压值应大于U2。实际电路中，选择滤波电容时，RL×C≥，式中T为电网交流电压的周期。（3）电容滤波电路中整流管的导通时间缩短了。当次级电压从峰值下降时，一旦小于变化中的电容端电压UC，二极管就截止，且电容放电时间常数越大，二极管导通时间越短，电流对整流管冲击越大，因此，必须选择最大整流电流较大的二极管。237372019/9/8RC-π型滤波电路有源滤波电路38382019/9/8做一做：电容滤波电路的仿真测试39392019/9/8知识5滤波电路之二——电感滤波电路u2u1RLuo=u.LL电感滤波特点1）滤波过程中，很大一部分交流分量降落在电感上，降低了负载电压的脉动成分，且电感量L越大，RL越大，滤波效果越好，因此电感滤波适用于负载电流较大的场合。但电感量大后不仅会使滤波器体积变大、重量增大，而且会使电路损耗增大。2）全波整流电路中，电感L上的反电动势有助于延长整流二极管导通时间，但四管中每两管交替导通时间仍不变，各占半个周期，这样克服了电容滤波电路中对整流管冲击电流大的缺点。3）与电容滤波电路相比，全波整流滤波电路输出电压UL较低，UO=UL=0.9U2。4）当输出电流给定时，为保持有较好的滤波特性，选用的电感LRL/3ω（ω为整流输出脉动电压的基波角频率）。对交流电源为50Hz的全波整流电路来说，L≥RL/942。40402019/9/8其它形式的滤波电路（a）L-C型滤波电路（b）LC-π型滤波电路41412019/9/8做一做：电感滤波电路的仿