二极管整流、滤波、稳压电路

1、第一部分 二极管及其整流电路复习复习1.导体、绝缘体、半导体导体、绝缘体、半导体 2.本征半导体本征半导体 完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体 。由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。子的浓度就一定了。 3.杂质半导体杂质半导体 （1）N型半导体型半导体在硅或锗的晶体中在硅或锗的晶体中 掺入少量的五价元掺入少量的五价元素素,如磷如磷,则形成则形成N型半导体。型

2、半导体。 N型半导体主要靠自由电子导电，掺入的型半导体主要靠自由电子导电，掺入的P（磷）（磷）越多导电能力就越强。越多导电能力就越强。第一部分 二极管及其整流电路（2）P型半导体型半导体在硅或锗的晶体中在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价掺入少量的三价元元 素素,如硼如硼,则形成则形成P 型半导体。型半导体。 P型半导体中空穴是多型半导体中空穴是多子，电子是少子。子，电子是少子。 4.PN结的形成结的形成 用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成形成 P型半导体区型半导体区域和域和 N型半导体区域型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个在这两个区域的交界

3、处就形成了一个PN 结。结。 PN结具有结具有单向导电性。单向导电性。 正向偏置：正向偏置： P区加正、区加正、N区加负电压区加负电压 多子运动增强，多子运动增强，PN结导通结导通 反向偏置：反向偏置： P区加负、区加负、N区加正电压区加正电压 少子运动增强，少子运动增强，PN结截止结截止第一部分 二极管及其整流电路5.半导体二极管半导体二极管PN阳极阳极A阴极阴极K硅材料二极管硅材料二极管 死区电压死区电压0.5V ，导通电压，导通电压0.7V锗材料二极管锗材料二极管 死区电压死区电压0.2V，导通电压，导通电压0.3V第一部分 二极管及其整流电路反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反

4、向特性UIPN+PN+1.二极管的伏安特性二极管的伏安特性第一部分 二极管及其整流电路第一部分 二极管及其整流电路直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 直流电源一般由交流电源、变压器、整流、滤波和直流电源一般由交流电源、变压器、整流、滤波和稳压电路几部分组成。稳压电路几部分组成。 变压器变压器将常规的交流电压（将常规的交流电压（220V220V、380V380V）变换成所需）变换成所需要的交流电压；要的交流电压； 整流电路整流电路将交流电压变换成单方向脉动的直流电；将交流电压变换成单方向脉动的直流电； 滤波电路滤波电路再将单方向脉动的直流电中所含的大部分再将单方向脉动的直流电中所含的大部分交流

5、成分滤掉，得到一个较平滑的直流电；交流成分滤掉，得到一个较平滑的直流电； 稳压电路稳压电路用来消除由于电网电压波动、负载改变对用来消除由于电网电压波动、负载改变对其产生的影响，从而使输出电压稳定。其产生的影响，从而使输出电压稳定。3 3 整流、滤波电路及稳压电路整流、滤波电路及稳压电路 第一部分 二极管及其整流电路滤波滤波整流整流稳压稳压变压变压交流交流电源电源负负载载OtuOtuOtuOtuOtu220 V单向单向脉动电压脉动电压合适的合适的交流电压交流电压滤滤 波波稳稳 压压组成组成框图框图第一部分 二极管及其整流电路整流电路整流电路整流电路的作用整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直

6、流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 常见的整流电路：常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性第一部分 二极管及其整流电路uo to to to to 2 3 uou2u2u1uDioioRLT 2 3 2U22U22U2Im 2 2 3 3 uDVDu2正正半周半周负负第一部分 二极管及其整流电路u20:导通导通i0u1u2aTbDRLu0忽略二极管正向压忽略二极管正

7、向压降：降： u0=u2t uit uoi0=u0 /RL第一部分 二极管及其整流电路u20 0 时时D D1 1,D,D3 3导通导通D D2 2,D,D4 4截止截止电流通路电流通路: :由由+ +经经D D1 1R RL LD D3 3- -u u2 20 0 时时D D2 2,D,D4 4导通导通D D1 1,D,D3 3截止截止电流通路电流通路: :由由- -经经D D2 2R RL LD D4 4+ +输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2tt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uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3

8、RLu0+-第一部分 二极管及其整流电路负载电压负载电压 U0的平均值的平均值: 209 . 022t22ooUUdu21U负载上的负载上的(平均平均)电流电流:L2oR0.9UI L2oDRU0.45I21I2RMDU2U每个二极管只有半周导通。流过每只整流二极管的平均每个二极管只有半周导通。流过每只整流二极管的平均电流电流 ID是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压：tuo(io )第一部分 二极管及其整流电路滤波电路滤波电路滤波原理滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流

9、脉动直流，其中，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压两端的电压(或通过电感中的电流或通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 将将电容电容与负载与负载RL并联并联(或将电感与负载或将电感与负载RL串联串联)，滤掉整流电路输，滤掉整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。压波形的目的。第一部分 二极管及其整流电路u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入时未接入时u2t设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1充电结束充电结

10、束忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻u0t没有电容时的输没有电容时的输出波形出波形一一. . 电容滤波电容滤波第一部分 二极管及其整流电路u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 u2tuot电容通过电容通过RL放电，在整放电，在整流电路电压小于电容电流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。第一部分 二极管及其整流电路近似估算近似估算: UL=1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很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

11、值电流越大电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(a) UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 较较大大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)2T)53(CRLu2tuc= uL第一部分 二极管及其整流电路2. 波形及输出电压波形及输出电压2O2U U 当当 RL = 时：时：O tuO 2 22U当当 RL 为有限值时：为有限值时：2O229 . 0UUU 通常取通常取 UO = 1.2U2RC 越大越大 UO 越大越大2)53(LTCR RL = 为获得良好滤波效果，一般取：为获得良好滤波效果，一般取：( (

12、T 为输入交流电压的周期为输入交流电压的周期) )第一部分 二极管及其整流电路结论：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。第一部分 二极管及其整流电路Tuou2Liou1uo二、电感滤波电路二、电感滤波电路 由于通过电感的电流不能突变，用一个大电感与负载串联由于通过电感的电流不能突变，用一个大电感与负载串联,流过负载的电流也就不能突变，电流平滑，输出电压的波形也流过负载的电流也就不能突变，电流平滑，输出电压的波形也就平稳了。就平稳了。 其实质是因为电感对交流呈现很大的阻抗，频率愈高，感其实质是因

13、为电感对交流呈现很大的阻抗，频率愈高，感抗越大，则抗越大，则交流成分绝大部分降到了电感上交流成分绝大部分降到了电感上,若忽略导线电阻，若忽略导线电阻，电感对直流没有压降，即电感对直流没有压降，即直流均落在负载上直流均落在负载上，达到了滤波目的。，达到了滤波目的。输出电压平均值输出电压平均值: UL=0.9U2第一部分 二极管及其整流电路RL tuouo、oi 2 3 uo电感电感L L越大，滤波效果越好。越大，滤波效果越好。Tuou2Liou1uo第一部分 二极管及其整流电路三三. . 其它滤波电路其它滤波电路为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。LC滤波电路

14、滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型滤波电路型滤波电路第一部分 二极管及其整流电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压第一部分 二极管及其整流电路稳压电路稳压电路 通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。 电子设备一般都需要稳定的电源电压。电子设备一般都需要稳定的电源电压。 如果电源电压不稳定，将会引

15、起直流放大器的零点漂移，如果电源电压不稳定，将会引起直流放大器的零点漂移，交流噪声增大，测量仪表的测量精度降低等。因此必须进行交流噪声增大，测量仪表的测量精度降低等。因此必须进行稳压。稳压。第一部分 二极管及其整流电路IFUF0正向特性正向特性反向击穿区反向击穿区UZIminIZmaxVZ负极负极伏安特性伏安特性一、稳压管一、稳压管 稳压管是一种特殊的稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。面接触型半导体二极管。 第一部分 二极管及其整流电路第一部分 二极管及其整流电路TRLCUiRIRUZIZDZuou2iou1 硅稳压管组成的并联型稳压电路如图所示，经整流滤波后得硅稳压管组成的并联型稳压电

16、路如图所示，经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压到的直流电压作为稳压电路的输入电压Ui，限流电阻，限流电阻R和稳压管和稳压管DZ组成稳压电路，输出电压组成稳压电路，输出电压Uo=UZ。第一部分 二极管及其整流电路TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1RiZO=UUUUIRU iRLZIII根据稳压管的特性，当根据稳压管的特性，当U UZ Z升高一升高一点时，点时，I IZ Z将会显著增加，这样必将会显著增加，这样必然使电阻然使电阻R R上的压降增大。上的压降增大。第一部分 二极管及其整流电路TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1稳压稳压当输入电压当输入电压Ui发生变

17、化，发生变化，负载负载RL变化时，输出电压基本不变变化时，输出电压基本不变下面分别以两种情况来讨论：下面分别以两种情况来讨论：U0IZUR=IRR=（IZ+Io）RU0当当U Ui i增加使增加使U U0 0升高时升高时第一部分 二极管及其整流电路TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1U0IZUR=IRR=（IZ+Io）RU0当当R RL L减小，输出电流增加，使减小，输出电流增加，使U U0 0减小时减小时第一部分 二极管及其整流电路下面从两个方面来分析其稳压原理：下面从两个方面来分析其稳压原理： （1）设）设RL不变，电网电压升高使不变，电网电压升高使Ui升高，导致升高，导致Uo升

18、高，升高，而而Uo=UZ。 根据稳压管的特性，当根据稳压管的特性，当UZ升高一点时，升高一点时，IZ将会将会显著增加，这样必然使电阻显著增加，这样必然使电阻R上的上的压降增大，吸收了压降增大，吸收了Ui的增加部分，从而保持的增加部分，从而保持Uo不变。不变。 RRIIIZZoUUUiUIIUUUZLRRio反之亦然。反之亦然。 第一部分 二极管及其整流电路（2）设电网电压不变，当负载电阻）设电网电压不变，当负载电阻RL阻值增大时，阻值增大时，IL减小，限流电阻减小，限流电阻R上压降上压降UR将会减小。将会减小。 由于由于Uo=UZ=Ui-UR，所以导致，所以导致Uo升高，即升高，即UZ升高，这样升高，这样必然使必然使IZ显