电工学-第8章直流稳压电源

1、1第 8 章 直流稳压电源 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 28.1 半导体的基础知识半导体的基础知识导体、半导体、绝缘体。导体、半导体、绝缘体。 物质按导电能力划分：物质按导电能力划分： 半导体的导电性能：半导体的导电性能： 价电子参与导电、价电子参与导电、 掺杂增强导电能力、掺杂增强导电能力、 热敏特性、光敏特性。热敏特性、光敏特性。 是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。 3 在绝对零度时，不导电。在绝对零度时，不导电。 温度（或光照）温度（或光照） 价电子获得能量：价电子获得能量： 本征激发产生自由电子和空穴对。本征激发产生自由电

2、子和空穴对。 自由电子和空穴均参与导电，自由电子和空穴均参与导电， 统称为载流子。统称为载流子。 温度温度 载流子的浓度载流子的浓度 导电能力导电能力 。 自由电子释放能量跳回共价键自由电子释放能量跳回共价键 复合。复合。 本征半导体载流子浓度较低，导电能力较弱。本征半导体载流子浓度较低，导电能力较弱。 4 在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会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。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掺入五价的杂质元素 （磷周围有五个价电子）（磷周围有五个价电子） 自由电子的浓度自由电子的浓度 空穴的浓度。空穴的浓度。

3、 自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。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称这种杂质半导体为 N 型半导体。型半导体。 (2) 掺入三价的杂质元素（硼周围有三个价电子）掺入三价的杂质元素（硼周围有三个价电子） 自由电子的浓度自由电子的浓度 空穴的浓度。空穴的浓度。 空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。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称这种杂质半导体为 P 型半导体。型半导体。5 杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法 P 型半导体型半导体 N 型半导体型半导体 空间电荷空间电荷 6扩散运动扩散运动 扩散运动：扩散运动： 多数载流

4、子由于浓度的差别而形成的运动。多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。 7 内电场内电场PN 结结 多数载流子的扩散运动继续进行，使多数载流子的扩散运动继续进行，使 PN 结加结加 宽，内电场增强。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，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。内电场越强，少数载流子的运动越易于进行。8 漂移运动：漂移运动： 少数载流子在内电场作用下的运动。少数载流子在内电场作用下的运动。 漂移运动使漂移运动使 PN 结变薄，内电场削弱。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，内电场削弱，又有利于

5、多数载流子的扩散运动， 而不利于少数载流子的漂移运动。而不利于少数载流子的漂移运动。漂移运动漂移运动9 多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运 动达到动态平衡动达到动态平衡 平衡的平衡的 PN 结。结。内电场内电场10(1) 正向偏置正向偏置 (2) 反向偏置反向偏置 R N 外电场外电场 N R 外电场外电场 正向导通正向导通 I反向截止反向截止 I0 主要特性：主要特性： 单向导电性。单向导电性。 118.2 半导体二极管半导体二极管 N 阳极阳极 阴极阴极 (1) 按结构分类按结构分类 点接触型、面接触型。点接触型、面接触型。 (2) 按材料分类

6、按材料分类 硅管、锗管。硅管、锗管。 (3) 按用途不同分类按用途不同分类 普通管、整流管、开关管等。普通管、整流管、开关管等。 1. 基本结构基本结构 12U/V I/mA O 反向反向 特性特性 正向正向 特性特性 死区死区 死区电压死区电压 Uth ： 硅管硅管 0.5 V 锗管锗管 0.1 V 导通压降导通压降 UD ： 硅管硅管 0.6 0.7V 锗管锗管 0.2 0.3V UDUBR IR 锗管锗管 硅管硅管 13UDU I OU I O(1) 额定正向平均电流（最大整流电流）额定正向平均电流（最大整流电流）IF (2) 正向压降正向压降 UF (3) 最高反向工作电压最高反向工作

7、电压 UR 一般规定为反向击穿电压的一般规定为反向击穿电压的 1/2 或或 1/3。 (4) 最大反向电流最大反向电流 IRm 14 作用：将光信号转化为电信号。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。反向电流随光照强度的增加而上升。 R E D 光电二极管电路光电二极管电路 R E D 发光二极管电路发光二极管电路 作用：将电信号转化为光信号。作用：将电信号转化为光信号。 发光的颜色取决于制造材料。发光的颜色取决于制造材料。 15 作用：作用： 电气隔离；电气隔离； 抗干扰；抗干扰； 系统保护。系统保护。 输输入入电电路路输输出出电电路路168.3 直流稳压电源的组成直

8、流稳压电源的组成 大小不合大小不合适的交流适的交流大小大小合适合适的交流的交流交流交流 电源电源 脉动脉动直流直流不稳定不稳定的直流的直流稳定稳定直流直流直流直流负载负载滤波滤波电路电路电源变电源变 压器压器 整流整流 电路电路 稳压稳压电路电路17电源变电源变压器压器将市电变换为整流所需的将市电变换为整流所需的 交流电压交流电压 整流整流电路电路将交流电变换为方向不变将交流电变换为方向不变 的脉动直流电的脉动直流电 滤波滤波电路电路将脉动直流电变换为平滑将脉动直流电变换为平滑 的直流电压的直流电压 稳压稳压电路电路将不稳定的直流电压变换将不稳定的直流电压变换 为稳定直流电压为稳定直流电压 1

9、8+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 u2 正半周，正半周，D1 和和 D3 导通，导通， uO= u2 ；电流通路：电流通路：a D1 RL D3 b 。 u2 负半周，负半周，D2 和和 D4 导通，导通， uO=u2 ；电流通路：电流通路：b D2 RL D4 a 。19 uO D4 D3 D1 D2RLu2u2tOuOiOtO201. 负载直流电压负载直流电压 UO = 0.9U2 2. 负载直流电流负载直流电流 3. 二极管平均电流二极管平均电流 4. 二极管反向电压二极管反向电压 UO= 2 U2sin td( t)1 0 = U2 2 2

10、 IO=UO RLID= IO 12URm= 2 U2 IFIDURURm21 例例8.4.1 一桥式整流电路，已知负载电阻一桥式整流电路，已知负载电阻 RL=240 ，负载所需直流电压，负载所需直流电压 = 12 V，电源变压器一次电压，电源变压器一次电压 U1 = 220 V。试求。试求该电路正常工作时的负载电流该电路正常工作时的负载电流 、二极管、二极管平均电流平均电流 ID 和变压器的电压比和变压器的电压比 k。 解解 负载直流电流负载直流电流 IO=UORL= A = 0.05 A12240ID= IO = 0.05 A = 0.025 A 1 21 2二极管平均电流二极管平均电流

11、变压器的二次电压变压器的二次电压 U2= = V = 13.33 V Uo0.9 12 0.9变压器的电压比变压器的电压比k = = = 16.5 U2 U1 220 13.33 228.5 滤滤 波波 电电 路路 一、电容滤波电路一、电容滤波电路 C uO RLu2u1 uOt O2 U2 电容放电电容放电 当二极管导通时，当二极管导通时， 电容被充电储能。电容被充电储能。 当二极管截止时，当二极管截止时， 电容放电。电容放电。 滤波电容的选择：滤波电容的选择： C(3 5) T2RL=1.52.52RLf23 UCN =2 U2 输出电压的平均值输出电压的平均值: UO = 1.2 U2（

12、全波）（全波） 空载输出直流电压空载输出直流电压: 滤波电容的耐压：滤波电容的耐压： UCN2 U2 24 例例8.5.1 一桥式整流、电容滤波电路，已知电源频一桥式整流、电容滤波电路，已知电源频率率 f = 50 Hz ，负载电阻，负载电阻 RL=100 ，输，输 出直流电压出直流电压 UO = 30 V 。试求。试求： (1) 选择整流二极管；选择整流二极管；(2) 选择滤波电容选择滤波电容器；器；(3) 负载电阻负载电阻 断路时的输出电压断路时的输出电压UO ；(4) 电容断路电容断路时的输出电压时的输出电压UO。解解 (1) 选择整流二极管选择整流二极管IO=UORL= A = 0.3

13、 A30100U2=UO1.230 1.2= 25 V=URm= 2 U2 = 2 25 V =35.4 VID= IO = 0.3 A = 0.15 A1 21 225查附录，选用查附录，选用 2CZ53B 4 个个 （IF=300mA，UR=50V）。）。(2) 选择滤波电容器选择滤波电容器C1.52.5 RLf1.52.510050 = (300500)FFUCN= 2 25 V =35.4 V 2 U2 (3) 负载电阻断路时负载电阻断路时UO= 2 U2 = 2 25 V = 35.4 V (4) 电容断路时电容断路时UO = 0.9U2 = 0.925 V = 22.5 V IF2

14、ID = 20.15A = 0.3 A， URURm=34.5 V26一、稳压二极管一、稳压二极管 又称为齐纳二极管。又称为齐纳二极管。 为面结型硅二极管。为面结型硅二极管。反向反向特性特性正向正向特性特性 特点：特点： 反向击穿电压小；反向击穿电压小； 反向击穿特性陡。反向击穿特性陡。 击穿击穿 电压电压 UZ IZmax U/V I/mA OIZmin 8.6 稳压电路稳压电路27 解解 (1) Ui10 V 时时 DZ 反向击穿稳压：反向击穿稳压：UO = UZ = 5 V 。 (2) Ui = 3 V 时时DZ 反向截止：反向截止：UO= Ui = 3 V 。 (3) Ui =5 V

15、时时DZ 正向导通：正向导通：UO= 0 V 。 (4) ui = 10sin t V 时时 当当 0ui5 V 时，时，DZ 反向截止：反向截止：UO= Ui = 10sin t V。 当当 ui5 V 时，时，DZ 反向击穿稳压：反向击穿稳压： 例例8.6.1 如图所示电路，设如图所示电路，设 UZ = 5 V，正向压降，正向压降 忽略不计。当直流输入忽略不计。当直流输入Ui = 10 V、3 V、5 V 时，时，Uo= ？当输入为交流当输入为交流 ui = 10sin t V 时，分析时，分析 uO的波形。的波形。 R DZ UiUO5 t uO/V O 2 3 UO = UZ = 5

16、V 。当当 ui0 V 时，时，DZ 正向导通：正向导通：UO= 0 V。 28二、稳压二极管稳压电路二、稳压二极管稳压电路+- -u2+- -u1CUi RLUO IIOR DZIZ稳压过程：稳压过程： UO IZ I IR UO 29 分为线性集成稳压电路和开关集成稳压电路。分为线性集成稳压电路和开关集成稳压电路。 CW7800 系列正电压稳压器。系列正电压稳压器。 CW7900 系列负电压稳压器。系列负电压稳压器。 1 3 2 输出电压规格：输出电压规格： 5V, 6V, 8V, 9V, 12V, 15V 30 CW7800 接线图接线图 +- -u2+- -u1CRL UO 7800 CiCo 1 2 3 31 CW7900 接线图接线图 +- -u2+- -u1CRL UO 7900 CiCo 3 2 1 32 同时输出正负两组电压的接线图同时输出正负两组电压的接线图5 V 5 V CW7805Ci1 2 3 CW79051 2 Co 3 Ui CiCoUO33*3. 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 类型：类型： C