电工技术第八章

1、电子技术电子技术第一代：第一代：电子管电子管 体积大、功耗大。体积大、功耗大。第二代：第二代：晶体管晶体管 具有体积小、重量轻、功耗具有体积小、重量轻、功耗 小、寿命长等优点。小、寿命长等优点。第三代：第三代：集成电路集成电路第四代：第四代：中、大规模集成电路中、大规模集成电路第五代第五代: : 超大规模集成电路超大规模集成电路电子技术简介电子技术简介 一、课程内容一、课程内容tT模拟电子技术模拟电子技术: :它处理的是模拟信号，模拟信它处理的是模拟信号，模拟信 号是随时间连续变化的。号是随时间连续变化的。数字电子技术数字电子技术: :它处理的是数字信号，数字信它处理的是数字信号，数字信 号在

2、时间上和数值上都是不连续的。号在时间上和数值上都是不连续的。tu0110 模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术 器件器件电路电路 应用应用3. 学时安排：学时安排：32学时学时4. 教材教材:电工学电工学唐介主编唐介主编 参考书参考书:电子技术电子技术哈工大秦曾煌主编哈工大秦曾煌主编2. 讲课的顺序讲课的顺序 第第8 8章章 直流稳压电源直流稳压电源+4+4+4+4+4+4+4+4+4. . .8.1 半导体的基础知识半导体的基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4. . .如：硅、锗等。如：硅、锗等。 .8.1 半导体的基础知识半导体的基础知识一、本征半导体一、本征半导体自由

3、电子自由电子空穴空穴1. 在本征半导体中存在两种载流子在本征半导体中存在两种载流子 自由电子和空穴。自由电子和空穴。2. 在外电场作用下在外电场作用下, 载流子的运动方向载流子的运动方向 自由电子自由电子: 带负电带负电, 逆电场方向运动逆电场方向运动 空空 穴穴: 带正电带正电, 沿电场方向运动沿电场方向运动3. 载流子的数量与温度有关。载流子的数量与温度有关。 T 、数量、数量 本征半导体的特点：本征半导体的特点： .+4+4+4+5+4+4+4+4+4. . .自由电子自由电子.2. N型半导体型半导体 掺入微量的五价元素磷。掺入微量的五价元素磷。 1. P型半导体型半导体 在本征半导体

4、中在本征半导体中, 掺入微量的三价元素硼。掺入微量的三价元素硼。二二. .杂质半导体杂质半导体 空穴总数空穴总数 自由电子数量自由电子数量空穴为多数载流子空穴为多数载流子,自由电子为少数载流子。自由电子为少数载流子。 .+4+4+4+3+4+4+4+4+4. . .空穴空穴自由电子数量自由电子数量空穴数量空穴数量自由电子为多数载流子自由电子为多数载流子,空穴为少数载流子空穴为少数载流子. 1. 杂质半导体有杂质半导体有P型半导体和型半导体和N型半导体两种。型半导体两种。 P型半导体型半导体空穴为多数载流子，自由电子为少空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。数载流子。 N型半导体型半导体自由电

5、子为多数载流子，空穴为少自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。数载流子。结论：结论： P 型半导体型半导体 N 型半导体型半导体 2. 在杂质半导体中，多数载流子主要是由杂质提在杂质半导体中，多数载流子主要是由杂质提供的，其数量取决于掺杂浓度；而少数载流子是供的，其数量取决于掺杂浓度；而少数载流子是本征半导体带来的，其数量与温度有关。本征半导体带来的，其数量与温度有关。 空间电荷区空间电荷区PNPN结结耗尽层耗尽层内电场内电场三、三、PN结结 1. PN结的形成结的形成 扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动少数载流子的运动。少数载流子的运动。 多数载流子的运动。多数载流子的运动。 当扩散运动和漂

6、当扩散运动和漂移运动达到平衡时移运动达到平衡时, ,PNPN结的宽度一定而结的宽度一定而处于稳定状态。处于稳定状态。 P型型N型型PN结处于正向导通，结处于正向导通，此时此时I正正较大较大, PN结呈现的电阻较小。结呈现的电阻较小。2. PN结的特性结的特性a. 当外加正向电压（当外加正向电压（正向偏置正向偏置 ） N R 外电场外电场 I内电场内电场变窄变窄b. 当加反向电压（当加反向电压（反向偏置反向偏置）PN结处于反向截止结处于反向截止,此时此时I反反0, 呈现很大的电阻。呈现很大的电阻。R N 外电场外电场 I0 内电场内电场变宽变宽 结论结论: PN结具有单向导电性。结具有单向导电性

7、。 一、结构和分类一、结构和分类 1.1.结构结构 点接触型：结电容小，允许通过的电流小，但工作频率高。点接触型：结电容小，允许通过的电流小，但工作频率高。 面接触型：结电容大，允许通过的电流大，但工作频率低。面接触型：结电容大，允许通过的电流大，但工作频率低。 2.2.分类分类 按材料分：硅管、锗管。按材料分：硅管、锗管。 按用途分：普通型、整流型、开关型。按用途分：普通型、整流型、开关型。8.2 半导体二极管半导体二极管 3.3.符号符号 N 阳极阳极 阴极阴极 D二、伏安特性二、伏安特性 I = f (U) 1. 正向部分正向部分a. 当当U UA时时 二极管导通二极管导通, I 很大，

8、很大，工作电压较小工作电压较小, 呈现的电阻小。呈现的电阻小。U/V I/mA OUD死区死区Aa. 反向截止区反向截止区 I反反 较小较小,称为截止，称为截止， I反反越小越好。越小越好。 b.反向击穿区反向击穿区 当当 U UBR 时时, 反向电流反向电流 破坏性击穿。破坏性击穿。2. 反向部分反向部分击穿电压击穿电压U/V I/mA OUDAUBR 反向饱反向饱 和电流和电流 IR 三、主要参数三、主要参数1.额定正向平均电流：额定正向平均电流：(IF)2.正向电压降：正向电压降：(UF）3.最高反向工作电压：（最高反向工作电压：（UR）4.最大反向电流：（最大反向电流：（IRm）3.

9、理想二极管的伏安特性理想二极管的伏安特性UDU I OU I O 也叫光敏二极管。也叫光敏二极管。 无光照射时无光照射时I很小很小, 截止截止; 有光照射时有光照射时I,导通导通. 三三. 发光二极管发光二极管 加正向电压时加正向电压时,导通并发光导通并发光 特点：特点： 压降为压降为1.8-2.0V, 正向电流为正向电流为10mA 常用的有常用的有3、 5、12 颜色有：红色、绿色、紫色、颜色有：红色、绿色、紫色、 黄色等黄色等二二. 光电二极管光电二极管1. 限幅电路限幅电路 RD1D2+ui_+uO_例：设例：设 ui = 2sint V, D1、D2为锗管为锗管, 其正向压降其正向压降

10、 uD= 0.3 V，画出输出电压，画出输出电压 uO的波形。的波形。uOt 0.3-0.3四、应用四、应用 uit 0.32 例例: DA 、DB为硅二极管为硅二极管, 当当 UA = UB =3V, UA =3V, UB=0V UF= ？+6VRUFUAUBDADB解：解： DA 、DB导通导通 UF=(3+0.6)V=3.6V DB先导通先导通 UF=(0+0.6)V=0.6V 此时此时DA截止。截止。 DB 起箝位作用，起箝位作用， 2. 箝位电路箝位电路3. 隔离作用隔离作用 因因DA处于截止状态，在电路中起隔离作用。处于截止状态，在电路中起隔离作用。 将交流电能转换为直流电能的过程

11、叫整流，将交流电能转换为直流电能的过程叫整流，实现这一转换的电路叫做整流电路。实现这一转换的电路叫做整流电路。8.3 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 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 电源电源变变 压器压器 整流整流 电路电路 稳压稳压电路电路一、半波整流电路一、半波整流电路 1. 电路电路变压器：变压、隔离。变压器：变压、隔离。 二极管：整流元件。二极管：整流元件。8.4 整流电路整流电路 uo u1 u2aTr bD RL 正半周正半周 u2 0 2

12、. 工作原理工作原理 令：令：u2= U2sint 2二极管导通。二极管导通。 uO = u2 uO u1 u2aTr bD RL p p 2p p 3p p0u2tuO0tp p 2p p 3p piOiO 负半周负半周 u20_+二极管截止。二极管截止。 iO= 0，uO= 0。 uO u1 u2aTr bD RLp p 2p p 3p p0u2tuO0tp p 2p p 3p piOuD0tp p 2p p 3p piOiO 直流电压的平均值直流电压的平均值3. 定量分析定量分析 URm= U22直流电流的平均值直流电流的平均值二极管反向电压最大值二极管反向电压最大值 222020oO4

13、5.02dsin21d1UUttUTtuTUpp二极管正向电流的平均值二极管正向电流的平均值 ID=IOuO0tiOuD0tp p 2p p 3p pIO=UO RL元件作用：元件作用： 变压器：变压、隔离。变压器：变压、隔离。 二极管二极管D1 D4：整流元件。：整流元件。 二、桥式整流电路二、桥式整流电路 1. 电路电路+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 D1、D3导通，导通，D2、D4截止。截止。2. 工作原理工作原理 令：令：u2= U2sint 2 正半周正半周 u2 0 +_uO= u2p p 2p p 0u2tuO0tp p 2p p i

14、O+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 D2 、D4导通导通，D1、D3截止。截止。负半周负半周 u20 uO= - u2 _+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 p p 2p p 0u2tuO0tp p 2p p iO3.定量分析定量分析半波整流半波整流 桥式整流桥式整流直流电压直流电压平均值平均值UO 0.45U2 直流电流直流电流平均值平均值IO二极管正向电流二极管正向电流平均值平均值ID 二极管反向二极管反向电压最大电压最大URm整流波形整流波形 U22 U220.9U2 IO/2 uO0tuO0tUO R

15、LUO RLIO 4. 整流元件的选择整流元件的选择 a. 先计算电路中的先计算电路中的ID和和URM 。 b. 查手册，令查手册，令 IFID UPRURM 例：若例：若ID= 250mA, URM= 40V， 查手册选查手册选2CZ53B。 整流桥整流桥 例例: 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，负载所需直流电压需直流电压 = 12 V，电源变压器一次电压，电源变压器一次电压 U1 = 220 V。试。试求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 、二极管平均电流、二极管平均电流 ID 和和变压器的电压比变压器的电压比 k。 解

16、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 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 UO的平均值的平均值。 UO与时间常数与时间常数有关。有关。 2. 工作原理工作原理uo= uC 8.5 滤波电路滤波电路C uO RLu2u1 uOt O电容放电电容放电 电容充电电容充电 一、电容滤波一、电容滤波1. 电路电路小小, 放电则快放

17、电则快, 曲线曲线1, UO小。小。大大, 放电则慢放电则慢, 曲线曲线2, UO大。大。 UO= U22, C无处放电无处放电, 曲线曲线3, (最大最大)。UO与与的关系：的关系：= RLCuOt O1233. 定量分析定量分析 输出直流电压平均值输出直流电压平均值 UO1.2U2输出输出直流电流平均值直流电流平均值 二极管正向电流平均值二极管正向电流平均值 ID = IO / 2 二极管反向电压最大值二极管反向电压最大值URM= U2M= U22UO RLIO = 二极管二极管耐压值耐压值 UCNU2m= U2 2查手册选电解电容器。查手册选电解电容器。 4. 元件的选择元件的选择 计算

18、计算 ID 和和 URm 。 查手册查手册 令令IF2ID , UPRURm取取(35)T/2电容值电容值 C(35)T/2RL 电容电容uOt O输出波形输出波形例例:已知已知:Uo=30V RL=200求求:两表的读数两表的读数?(设电压表的设电压表的内阻无穷大内阻无穷大,电流表的内阻为电流表的内阻为0) 选择适当的二极管选择适当的二极管 选选择滤波电容择滤波电容 若为半波整流时若为半波整流时Uo=? 解解: 1. Uo = 1.2U2选选2CZ53BC uO RLu2u1 AVU2=UO1.230 1.2= 25 V=ID= IO = 0.15 A = 0.075 A1 21 2IO=U

19、ORL= A = 0.15 A30200 2. URm= 2 U2 = 2 25 V =35.4 V3. 电容值电容值 C(35)T/ 2RL =150250 uF 耐压值耐压值UCNU2m= U2 2= 35.4V查附录查附录1选选 220uF / 50V的电解电容器的电解电容器Uo1.0U2 = 25 V uOt O输出波形输出波形uOt O输出波形输出波形4.4.半波整流电容滤波半波整流电容滤波 例例:已知已知:Uo=30V RL=200求求:两表的读数两表的读数?(设电压表的设电压表的内阻无穷大内阻无穷大,电流表的内阻为电流表的内阻为0) 选择适当的二极管选择适当的二极管 选选择滤波电

20、容择滤波电容 若为半波整流时若为半波整流时Uo=? 二、电感滤波二、电感滤波 1. 电路电路uo t 2. 原理原理 3. 特点特点 L越大越大, 滤波效果越好；但在滤波效果越好；但在L上压降大上压降大, Uo uO RLiOu2u1 L三、复式滤波电路三、复式滤波电路 型滤波型滤波 型滤波型滤波 型滤波型滤波 型滤波型滤波 C2 C1 uO RL iOL uO RL iOC2 C1 RC1 uO RL iOL uO RL iOC2 R输出电压输出电压Uo 输出波形输出波形半波整流电路半波整流电路0.45U2 桥式整流电路桥式整流电路0.9U2 带有电容滤波带有电容滤波 的整流电路的整流电路1

21、.2U2 带有电感滤波带有电感滤波 的整流电路的整流电路 2uot2uotuo t uo t 一、稳压二极管一、稳压二极管 3. 型号型号 2CW常数常数8.6 稳压电路稳压电路二二极极管管硅硅管管稳稳压压管管稳稳压压值值2. 符号符号1. 结构结构 面接触型二极管。面接触型二极管。 DZ 正向特性正向特性 3. 伏安特性伏安特性 I = f (U) 相当一个二极管正向导通。相当一个二极管正向导通。 反向截止区反向截止区： I反反很小，且恒定不变。很小，且恒定不变。 反向特性反向特性 电流在电流在(IZmin IZmax) 内变化时内变化时, 电压变化很小。电压变化很小。稳压管就是利用这一特性

22、实现稳压作用的。稳压管就是利用这一特性实现稳压作用的。 反向击穿区反向击穿区： 特性区陡；击穿电压小。特性区陡；击穿电压小。 稳定电压稳定电压 稳压范围稳压范围 UZ IZmax U/V I/mA OIZmin 解解 (1) Ui10 V 时时 DZ 工作在反向击穿区，稳压作用工作在反向击穿区，稳压作用, UO = UZ = 5 V 。 (2) Ui = 3 V 时时 DZ工作在反向截止区，工作在反向截止区， UO= Ui = 3 V 。 (3) Ui =5 V 时时 DZ工作在正向导通区工作在正向导通区 UO= 0 V 。 例例8.6.1 如图所示电路，设如图所示电路，设 UZ = 5 V，

23、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 UiUO 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 UiUO0uo/V t50ui/V t105解解 当电源电压波动时当电源电压波动时

24、 二、二、 稳压电路稳压电路 Ui 瞬时瞬时UO (UZ) IZ UO I RI C RLu2u1 Ui UO IIOR DZIZUOIO I RI （ Ui变变) UO IZ I RI 当负载电流变化当负载电流变化, 而输入电压而输入电压Ui不变不变R 的作用：的作用： 电压调节电压调节 限制电流限制电流 例：已知电路如图，例：已知电路如图，U2=40V, UZ=10V, R= RL 求：求：当当S1 、S2断开、断开、S3闭合时，闭合时，UO=? 此时此时M断开断开UO=?当当S2断开、断开、S1 、S3闭合时，闭合时，UO=? 此时此时S3断开断开Uo=?当当S1 、S2 、S3闭合时，闭合时，UO=?UO=1/20.9 U2=18VUO=1/20.45U2=9VUO=1/21.2 U2=24VUO=UZ=10VUo= U2=56V2C RLu2u1 UO R DZS1S2S3M1. 三端固定集成稳压器三端固定集成稳压器 CW78（正压系列）（正压系列） CW79（负压系列）（负压系列） 为稳定电压标称值。为稳定电压标称值。如：如：7808稳定电压稳定