第8章 直流安定化电源(直流稳压电源)-1 (1)

1、目録目録 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識（半导体的基础知识）（半导体的基础知识） 8.2 半導体半導体 （半导体二极管半导体二极管） 8.3 直流安定化電源構成直流安定化電源構成（直流稳压电源的组成）（直流稳压电源的组成） 8.4 整流回路整流回路 （整流电路）（整流电路） 8.5 平滑回路平滑回路 （滤波电路）（滤波电路） 8.6 安定化回路安定化回路（稳压电路）（稳压电路） 8.7 （晶闸管）（晶闸管） 8.8 混合回路混合回路（半控桥整流电路半控桥整流电路） 第第8章直流安定化電源章直流安定化電源 （直流稳压电源）（直流稳压电源） 宿題宿題：8.2.2、8.4.2、8.4.3、8.

2、5.1、8.6.3、11.2.2、11.2.3 目録目録 一一、 、真性半導体真性半導体（本征半导体本征半导体） 真性半導体真性半導体不純物不純物含、含、純粋純粋結晶構造結晶構造 半導体半導体指指。 。Si Si Ge Ge 単結晶単結晶 。 （纯净的具有晶体结构的半导体纯净的具有晶体结构的半导体） 特徴特徴： ( (1) ) 電子正孔電子正孔 2 2種類種類含。含。 （ （带负电的电子和带正电的空穴两种载流子带负电的电子和带正电的空穴两种载流子） ） ( (2) ) 少。電子正孔。少。電子正孔。 （ （载流子的数量少且成对出现载流子的数量少且成对出现） ） ( (3) )温度上昇伴、温度上昇

3、伴、数増加数増加。 。 （载流子的数量随温度的升高而增加载流子的数量随温度的升高而增加） ） 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識 動画 目録目録 二二、不純不純物半導体物半導体（ （杂质半导体杂质半导体） ） 不純物半導体不純物半導体真性半導体真性半導体不純物不純物添加添加 出来上出来上半導体半導体。 （掺入少量杂质的半导体掺入少量杂质的半导体） ） 1、 、N N 形半導体形半導体 真性半導体真性半導体5 5価元素価元素( (燐燐P P）添加、自由電子）添加、自由電子 （多数（多数）濃度正孔（少数）濃度正孔（少数）遥多半）遥多半 導体。導体。 特徴特徴： ： （ （a） ）電子多数電子多数

4、。 （ （电子是多数载流子电子是多数载流子） ） 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識 （ （b） ）正孔少数正孔少数。 （ （空穴是少数载流子空穴是少数载流子） ） 電子電子正孔正孔 絵 目録目録 二二、不純不純物半導体物半導体（ （杂质半导体杂质半导体） ） 2、 、P P 形半導体形半導体 真性半導体真性半導体3価元素価元素( (硼素硼素B）添加、）添加、正孔正孔 （多数（多数）濃度）濃度自由電子自由電子（少数（少数）遥）遥 多半導体。多半導体。 特徴特徴： ： （ （a） ）正孔多数正孔多数。 （ （b） ）電子少数電子少数。 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識 1、 、N N 形半

5、導体形半導体 正孔正孔電子電子 絵 目録目録 三三、 、P-N接合接合（ （PN 结结） ） 1、 、 P-N接合形成接合形成 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識 拡散運動拡散運動 内部電界内部電界 （ （内电场内电场） ） （ （漂移漂移） ） （ （漂移漂移） ） P-N接合接合 （ （N N 形）形）（ （P P 形）形） 目録目録 二種多数二種多数濃度違濃度違（ （多子的浓度差多子的浓度差） ） 多数多数相手側拡散相手側拡散（ （多子扩散多子扩散） ） 空乏層形成空乏層形成 、内部電界、内部電界生。生。 （形成耗尽层（形成耗尽层（空间电荷区），产生内电场）空间电荷区），产生内电场）

6、少数少数相手側相手側（ （少子漂移少子漂移） ） 拡散拡散 拡散運動拡散運動運動釣合状態。運動釣合状態。 （ （扩散扩散 与漂移运动达到平衡与漂移运动达到平衡） ） 安定安定PNPN接合形成接合形成（ （形成稳定的形成稳定的 PN 结结） ） 内部電界内部電界内部電界内部電界拡散拡散 , , 拡散拡散 , , 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識 1、 、 P-N接合形成接合形成 目録目録 2、 、P-N接合特性整流性接合特性整流性（ （单向导电性单向导电性） ） 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識 外部電界外部電界 PN 接合接合正正電圧印加電圧印加PN 接合接合負負電圧印加電圧印加 外部

7、電界外部電界 内部電界内部電界 R E N N 形形 P P 形形 内部電界内部電界 R E N N 形形 P P 形形 順方向順方向 （ （PN 结正偏）结正偏） 逆方向逆方向 （ （PN 结反偏结反偏） ） I I0 PN 接合整流性持接合整流性持 目録目録 順方向時順方向時 P-N 接合導通接合導通 外部電界内部電界外部電界内部電界 方向反対方向反対 拡散運動有利拡散運動有利 拡散拡散 空乏層狭空乏層狭 外部電源外部電源 提供提供 大拡散電流大拡散電流I正 正 生生 逆方向時逆方向時 P-N接合遮断接合遮断（ （截止截止） ） 外部電界内部電界外部電界内部電界 方向同一方向同一 運動有利

8、運動有利 拡散拡散 空乏層空乏層厚厚 外部電源外部電源 提供提供 小電流小電流I I反 反 生生 8.1 半導体基礎知識半導体基礎知識 2、 、P-N接合特性整流性接合特性整流性（ （单向导电性单向导电性） ） 目録目録 一一、普通普通 材料分類材料分類 （锗二极管）（锗二极管） （ （硅二极管硅二极管） ） P-N接合面接合面 積分類積分類 点接触式点接触式 面接触式面接触式 用途分類用途分類 普通普通 整流整流 PN 陽極陽極陰極陰極 回路記号回路記号 写真写真 8.2半導体半導体 1、基本的構造種類、基本的構造種類 D 目録目録 2、V- I 特性特性（ （伏安特性伏安特性） ） V-I

9、V-I特性特性： ：電圧電流関係示図電圧電流関係示図。 。 順方向場合：順方向場合： 時、時、UA 0.5V。 時、時、UA 0.2V。 。 導通時、導通時、UD（ （Si） ） 0.7V、 、UD（ （Ge） 0.3V 。 U/V I/mA O GeSi B AA B UA： ：電圧、閾値電圧電圧、閾値電圧 （死区电压、阈值电压）（死区电压、阈值电压） 順方向順方向 特性特性 8.2半導体半導体 目録目録 温度上昇、曲温度上昇、曲 線左移動。線左移動。 逆方向場合：逆方向場合： （ （1）遮断時）遮断時（ OB段段）i 0； 8.2半導体半導体 U/V I/mA O GeSi B AA B

10、順方向順方向 特性特性 逆方向逆方向 特性特性 2、V- I 特性特性（ （伏安特性伏安特性） ） （ （2） ） B点超、逆方向電流急増、点超、逆方向電流急増、 降伏現象降伏現象起。起。 目録目録 実際特性、近似特性理想特性実際特性、近似特性理想特性 (b) 理想特性理想特性 電源電圧値電源電圧値UD相当時、相当時、 近似特性使近似特性使； 電源電圧値電源電圧値UD遥大遥大 時、理想特性使。時、理想特性使。 8.2半導体半導体 U I O I OUD U I O (a) 実際特性実際特性 (a) 近似特性近似特性 目録目録 U I O 3、主、主（ （主要参数主要参数） ） 1、 、IF ：

11、平均整流電流平均整流電流 （ （额定正向平均电流额定正向平均电流） ） 2、 、UF ：順電圧順電圧（ （正向电压降正向电压降） ） 3、 、UR ：逆方向電圧許容値逆方向電圧許容値 （最高反向工作电压最高反向工作电压） ） 4、 、IRm ：最大最大逆電流逆電流 （最大反向电流最大反向电流） ） 以上選択用以上選択用。 IF UF UR IRm 8.2半導体半導体 目録目録 例例8.2.1 下図回路、下図回路、DA、 、DB 場合、場合、次二条件下次二条件下VF求：求： （1）VA=VB=3V；（；（2）VA=3V，VB =0V 解解 UD =0.6V （1）DA、 、DB導通、導通、 VF

12、 = UD+VB=3.6V。 （2） VF=UD=0.6V。 DA遮断。遮断。 DA:隔離用隔離用 （隔离二极管隔离二极管） ） DB:用用 （箝箝位二极管位二极管） ） VBVA 、DBDA 先先導通、導通、 8.2半導体半導体 VF +6V R VA VB DA DB 目録目録 u/V t 3 ui O D1、 、D2遮断、遮断、uo= ui ； 例例8.2.2 下図回路、下図回路、ui = 3sinw wt V、D1 D2 場合、場合、出力出力uo波形描波形描。 0.7 -0.7 D1導通、導通、uo= 0.7 V； D2導通、導通、uo= -0.7 V。 回路回路 （ （限幅电路限幅电

13、路） ） |ui | 0.7 V時、時、 ui -0.7 V時、時、 8.2半導体半導体 ui R D1D2 uo uO 解解 目録目録 u/V t 4 ui O 例例8.2.3 下図回路、下図回路、ui = 4sinw wt V、 、US = 2 V 、D理想場合、出力理想場合、出力uo波形描波形描。 。 uo= US uo=ui 2 US ui US 時、時、D導通、導通、 uO US0時、時、uo波形波形 ？ 8.2半導体半導体 + - - R D uo US ui 目録目録 *二二、（ （光电二极管光电二极管) ) 光当光量比例逆電流流光当光量比例逆電流流。 *三三、 、発光発光（ （

14、发光二极管发光二极管） ） 順方向電流流、発光発光順方向電流流、発光発光 。順方向電圧降下。順方向電圧降下 2 V以下、順方向電流以下、順方向電流 約約10 mA 。 発光身近発光身近物数多応用物数多応用。 。 図図 E R D 回路回路 E R D 発光回路発光回路 8.2半導体半導体 目録目録 *四、四、 （ （光电耦合器光电耦合器、 、光电隔离器光电隔离器） ） 入力信号出力信号入力信号出力信号電気的絶縁電気的絶縁、耐、耐 性高性高。 （输入和输出信号之间电气隔离，因此提高了抗干扰能力）（输入和输出信号之间电气隔离，因此提高了抗干扰能力） 入入 力力 回回 路路 出出 力力 回回 路路

15、入力電気信号光変換、入力電気信号光変換、 光受光素子導通信号伝達。光受光素子導通信号伝達。 8.2半導体半導体 目録目録 直流安定化電源構成直流安定化電源構成 （ （直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成） ） 8.3 直流安定化電源構成直流安定化電源構成 戻戻8.6 交流交流 安定安定 直流直流 交流交流 電源電源 適当適当 大大 交流交流電圧電圧 電源電源 変圧器変圧器 整流整流 回路回路 脈流脈流 （ （脉动脉动 直流直流） ） 平滑回路平滑回路 （ （滤波电路滤波电路） ） 非安定非安定 直流直流 直流直流 負荷負荷 安定化安定化 回路回路 （ （稳压电路稳压电路） ） 目録目録 定義定

16、義： 交流交流 直流直流 整流整流 逆変換逆変換 一、一、単相整流回路単相整流回路（ （单相桥式整流电路单相桥式整流电路） ） 8.4 整流回路整流回路 + - - uO a b Tr + - - u2 + - - u1 RL iO D1 D3D2 D4 目録目録 + - - uO a b Tr + - - u2 + - - u1 RL iO D1 D3D2 D4 二二、単相整流回路単相整流回路動作原理動作原理 正半波正半波 期間期間: : u20 uo= u2 u2 ( (- -) ) ( (+) ) D2 D4遮断、遮断、 D1 D3導通導通 8.4 整流回路整流回路 目録目録 + - -

17、 uO a b Tr + - - u2 + - - u1 RL iO D1 D3D2 D4 負半波負半波 期間期間: u2 R 、直流成分大部分、直流成分大部分RL、 uO平滑。平滑。 (a)型型LC 平滑回路平滑回路 (b)型型RC 平滑回路平滑回路 8.5 平滑回路平滑回路 + C2 + RLuO - - L + C1 + C2 + RLuO - - + C1 R 目録目録 例例8.5.1 電圧電圧平滑平滑用単相用単相回回 路路、電源周波数、電源周波数 f = 50 Hz、負荷抵抗、負荷抵抗 RL= 100 、 、 U2 = 25 V時、次問題答時、次問題答。（1）整流整流 選択；選択；（

18、2）選択選択； ；（3） 出力側出力側 直流平均電圧直流平均電圧UO次各値想定時、回路状次各値想定時、回路状 態判断。態判断。 (a) UO = 30V； ； (b) UO = 22.5 V； ； (c) UO = 25 V； ； (d) UO = 11.25 V； ； (e) UO = 35.35 V。 。 8.5 平滑回路平滑回路 + C + - - uO Tr + - - u2 + - - u1 RL D1 D3D2 D4 目録目録 解解 （1） （ （2） ） 設計手引、設計手引、 C = 470 m mF, UCN = 50 V 電解選択。電解選択。 UO =1.2U2= 30V I

19、O = UO/RL= 0.3A IF2ID IO = 2 2 = 0.3A URURm= 35.4V= 2U2 8.5 平滑回路平滑回路 設計手引、設計手引、2CZ53B型（型（IF = 300 mA, UR = 50V）四選。）四選。 F)500300( )5 . 25 . 1( 2 )53( LL fRR T C V4 .352 2R UU 計算、計算、 目録目録 UO（ （V） ） 回路状態回路状態計算値計算値uo波形波形 30 25 22.5 11.25 35.35 通常状態通常状態 整流整流+C平滑平滑 UO=1.2U2 D一一 未接続未接続 半波整流半波整流+C平滑平滑 UO=1.

20、0U2 C未接続未接続 整流整流 UO=0.9U2 一一D C未接続未接続 半波整流半波整流 UO=0.45U2 RL未接続未接続 無負荷無負荷 2O 2UU （ （3） ） （U2 = 25 V） 8.5 平滑回路平滑回路 目録目録 2、主特性、主特性 一一、定電圧定電圧（ （稳压二极管稳压二极管） ） 面接触式構造面接触式構造 。 （ （面接触型硅二极管面接触型硅二极管） ） (a) 順方向特性順方向特性 普通同特性普通同特性 持。持。 8.6 安定化回路安定化回路 Izmin Izmax Uz U/V I/mA O 1、構成、構成 VI特性特性 目録目録 一一、定電圧定電圧（ （稳压二极

21、管稳压二极管） ） (b) 逆方向特性逆方向特性 a-b段特性、電圧段特性、電圧微量微量 変化、変化、電流急変電流急変 。 通常違、逆通常違、逆 方向特性利用方向特性利用一定範囲一定範囲 逆方向電圧逆方向電圧掛、掛、 壊。壊。 図記号図記号 8.6 安定化回路安定化回路 Izmin Izmax Uz U/V I/mA O VI特性特性 b a 3、主、主 降伏電圧降伏電圧（ （稳定电压稳定电压） ）：Uz 安定電流最小値安定電流最小値：Izmin 安定電流最大値安定電流最大値：Izmax 目録目録 4、 、電圧安定化原理電圧安定化原理 入力電圧負荷電流入力電圧負荷電流変化変化出力出力UO変化場

22、合、変化場合、 UO UO = UI UR UZ IZ I = (IZ + IO) UR = IR 8.6 安定化回路安定化回路 + C + - - UO Tr + - - UI RL D1 D3D2 D4 R DZ IZ IO I 一一、定電圧定電圧（ （稳压二极管稳压二极管） ） 目録目録 例例8.6.1 定電圧定電圧DZ1 DZ2降伏電圧降伏電圧 4.5 V、 、 9.5 V、順方向導通電圧全部、順方向導通電圧全部0.5 V場合、場合、 次各回路出力電圧次各回路出力電圧UO求。求。 8.6 安定化回路安定化回路 + - - UO + - - UI=18V R DZ1 DZ2 + - -

23、UO + - - UI=10V R DZ1 DZ2 + - - UO - - + + UI=4V R DZ1 DZ2 + - - UO - - + + UI=4V R DZ1 DZ2 + - - UO + - - UI=8V R DZ1 DZ2 (a) (b) (c) (d) (e) 目録目録 解解 （a）Ui18V （UZ1+UZ2）4.5+9.514 V DZ1 DZ2 逆方向降伏状態、出力電圧逆方向降伏状態、出力電圧Uo 安定。安定。 V14V)5 . 95 . 4( 2Z1ZO UUU （b） Ui10V（UZ1UZ2）14 V、 、DZ1 DZ2 降降 伏状態、全部遮断、伏状態、全部

24、遮断、 V10 iO UU （c） DZ1 DZ2導通状態、導通状態、 V1V)5 . 05 . 0( O U （d） Ui4 V 0、 、uA0、場合、場合、 遮断遮断。 uA uG G P N P N K A 2、 、 動作原理動作原理 8.7 （ （2） ）uA 0、且、且 uG 0時、時、 導通状態導通状態。 （3）一旦導通状態）一旦導通状態 、機能失機能失 。、。、uA 0条件満、条件満、 導通状態導通状態 維持維持、 uG0時遮時遮 断。断。 目録目録 （4）導通状態導通状態遮断状態遮断状態 操作条件操作条件 ( (IH: 保持電流保持電流) ) uA 0或或 iA IH 2、 、

25、 動作原理動作原理 (a) 導通条件（）：導通条件（）： uA 0 且且uG 0 (b) 一旦導通状態入一旦導通状態入 、機能失。機能失。 (c) 遮断（遮断（）：）： uA 0或或 iA IH 結論：結論： 8.7 uA uG G P N P N K A 目録目録 3、主、主 （ （1）平均電流）平均電流IF （ （额定正向平均电流额定正向平均电流） ） 連続通電連続通電順方向順方向電流平均値電流平均値。 （通常通常、商用周波数正弦半波商用周波数正弦半波電流平均値電流平均値 定格順方向平均電流定格順方向平均電流） （允许通过的工频正弦半波电流在一个周期内的平均值允许通过的工频正弦半波电流在一

26、个周期内的平均值） ） （ （2） ）繰返電圧繰返電圧UFRM （ （正向重复峰值电压正向重复峰值电压） ） A-K間繰返印加間繰返印加順方向順方向電圧最大許容瞬時値。電圧最大許容瞬時値。 （ （3） ）繰返逆電圧繰返逆電圧URRM （反向重复峰值电压反向重复峰值电压） 間繰返印加逆電圧間繰返印加逆電圧 最大許容瞬時値。最大許容瞬時値。 （ （4）電圧）電圧UG及電流及電流IG （ （控制控制极触发电压和电流极触发电压和电流） ） 8.7 導通最低限導通最低限電圧電圧及電流。及電流。 目録目録 *二二、双方向双方向（ （双向晶闸管双向晶闸管） ） 8.7 A2 A1 G 双方向、双方向、2 2

27、個個 逆並列接続、双方向電流流逆並列接続、双方向電流流 。 K A G *三、三、（可关断晶闸管可关断晶闸管 ） uA0、 、uG0条件満時、動通状態入；条件満時、動通状態入； uA0、 、uG0条件満時、遮断状態入。条件満時、遮断状態入。 双方向図記号双方向図記号 図記号図記号 目録目録 一、一、単相全波混合単相全波混合整流回路整流回路（半控桥整流电路）半控桥整流电路） 混合混合整流素子整流素子 単相単相全波全波整流回路整流回路 （半半控桥整流电路）控桥整流电路） 8.8 混合回路混合回路 単相全波単相全波整流回路整流回路 （全控桥整流电路）（全控桥整流电路） u2 D1 T2T1 D2 +

28、 - - uO RL + - - + - - u1 uG + - - uG + - - iO u2 T2T1+ - - uO RL + - - + - - u1 uG + - - uG + - - iO T3T4 uG + - - uG + - - 目録目録 二、二、単相全波混合単相全波混合整流回路動作原理整流回路動作原理 u2 t O t uO O uG O t + 制御角制御角 導通角導通角 8.8 混合回路混合回路 単相全波混合単相全波混合 整流回路整流回路 u2 D1 T2T1 D2 + - - uO RL + - - + - - u1 uG + - - uG + - - iO 目録目録 1、出力直流電圧、出力直流電圧 2 0.9 2 cos1 U 2、出力直流電流、出力直流電流 L O O R U I 三、整流関計算三、整流関計算 8.8 混合回路混合回路 t uO O )d(sin2 1 2 O ttUUw ww w 3、 、D及及通平均電流通平均電流 OTD 2 1 III 目録目録 4、電