项目1：制作直流稳压电源

1、项目一：项目一：制作晶体管直流稳压电源制作晶体管直流稳压电源学习目标学习目标1知识目标知识目标(1)掌握PN结、二极管的特性，了解二极管的结构、种类及应用场合。(2)掌握晶体管直流稳压电源的组成，了解电路原理分析及基本计算。2技能目标技能目标(1)学会判别以及使用万用表测试二极管的极性。(2)制作晶体管直流稳压电源，掌握使用万用表和示波器测试该电源的参数，（3）学会对电路所出现的故障进行原因分析及排故。生活提点：生活提点：生活中经常用到的各种电器，如计算机、手机、生活中经常用到的各种电器，如计算机、手机、随身听、剃须刀等，包括将要制作的音频放大器，基随身听、剃须刀等，包括将要制作的音频放大器，

2、基本都是使用直流电源作为供电电源，但电网家用供电本都是使用直流电源作为供电电源，但电网家用供电一般都是一般都是 220V 220V 交流电，这就需要通过一定的装置把交流电，这就需要通过一定的装置把 220V 220V 的单相交流电转换为只有几伏或几十伏的直流电，的单相交流电转换为只有几伏或几十伏的直流电，能完成这个转换的装置就是直流稳压电源。能完成这个转换的装置就是直流稳压电源。 项目任务：项目任务：制作音频放大电路的直流稳压电源部分，要求该直制作音频放大电路的直流稳压电源部分，要求该直流稳压电源输出电压为流稳压电源输出电压为15V，输出功率要达到，输出功率要达到 10W 以以上。上。 该直流

3、稳压电源的该直流稳压电源的 PCB 板如图板如图1.1 所示。所示。图 1.1晶体管直流稳压电源 PCB板 制作晶体管直流稳压电源总体电路原理图制作晶体管直流稳压电源总体电路原理图核心元件：二极管三端稳压器项目实施：项目实施： 1.1 1.1 二极管的认知二极管的认知 1.2 1.2 测试二极管的单向导电性测试二极管的单向导电性 1.3 1.3 特殊二极管介绍特殊二极管介绍 1.4 1.4 直流稳压电源的制作直流稳压电源的制作1.1二极管的认知二极管的认知图1.2各种二极管实物1.1.1： 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 二极管二极管 = PN结结 + 管壳管壳 + 引线引线NP结构结构

4、符号符号阳极阳极+阴极阴极- 二极管按结构分三大类：二极管按结构分三大类：(1) 点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。N型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝(3) 平面型二极管平面型二极管用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2) 面接触型二极管面接触型二极管PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅负 极

5、引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座1.1.2判别二极管极性判别二极管极性二极管是有极性的，通常在二极管的外壳上标有二极二极管是有极性的，通常在二极管的外壳上标有二极管的极性符号。标有色道管的极性符号。标有色道(一般黑壳二极管为银白色标记，一般黑壳二极管为银白色标记，玻壳二极管为黑色银白或红色标记玻壳二极管为黑色银白或红色标记)的一端为负极，另一端的一端为负极，另一端为正极。如图为正极。如图1.3所示：所示：图1.3二极管的极性判别二极管的极性也可通过万用表的欧姆挡测定，将万用表打在二极管的极性也可通过万用表的欧姆挡测定，将万用表打在100 或或1k 挡上，由于二极管挡

6、上，由于二极管具有单向导电性，正向电阻具有单向导电性，正向电阻小，反向电阻大小，反向电阻大(这在后续内容会详细分析这在后续内容会详细分析)，在测试时，若，在测试时，若二极管正偏时，则万用表黑表笔所搭位置为二极管的正极，二极管正偏时，则万用表黑表笔所搭位置为二极管的正极，而红表笔所搭为二极管的负极。测试电路如图而红表笔所搭为二极管的负极。测试电路如图 1.4 所示。所示。图1.4二极管的极性测试电路 结论：结论：二极管正、反向电阻的测量值相差越大越好，一般二二极管正、反向电阻的测量值相差越大越好，一般二极管的正向电阻测量值为几百欧，反向电阻为几十千欧到极管的正向电阻测量值为几百欧，反向电阻为几十

7、千欧到几百千欧。几百千欧。 如果测得正、反向电阻均为无穷大，说明内部断路；如果测得正、反向电阻均为无穷大，说明内部断路； 若测量值均为零，则说明内部短路；若测量值均为零，则说明内部短路； 如测得正、反向电阻几乎一样大，这样的二极管已经如测得正、反向电阻几乎一样大，这样的二极管已经失去作用，没有使用价值了。失去作用，没有使用价值了。1.2测试二极管的单向导电性测试二极管的单向导电性图1.5测试电路测试步骤如下：(1)按图1.5的测试电路将器件装在面包板上，并正确连线。(2)将晶体管稳压电源+5V电压输出接LED正极，负极接地，观察LED是否发光并记录。(3)将电源+5V输出电压接LED负极，正极

8、接地，观察LED是否发光并记录。测试结果分析如下：(1)第一种接法下，LED发光，用电流表测试电路中有电流，说明二极管导通。(2)第二种接法下，LED不发光，用电流表测试出电流基本为零，说明二极管截止。想一想，为何在上述不同接法下，二极管想一想，为何在上述不同接法下，二极管会出现这样两种不同情况？会出现这样两种不同情况？由于二极管是由半导体组成的。让我们学由于二极管是由半导体组成的。让我们学习一下相关知识。习一下相关知识。1.2.1 1.2.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。

9、体、绝缘体和半导体。 典型的半导体是典型的半导体是硅硅Si和和锗锗Ge，它们都是它们都是4价元素价元素。sisi硅原子硅原子Ge锗原子锗原子Ge+4+4硅和锗最外层轨道上的硅和锗最外层轨道上的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都被共价键所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中，不紧紧束缚在共价键中，不会成为会成为自由电子自由电子，因此本因此本征半导体的导电能力很弱征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。，接近绝缘体。一一. 本征半导体本征半导体 本征半

10、导体本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常，常称为称为“九个九个9”。这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。 当温度升高或受到当温度升高或受到光的照射时，束缚光的照射时，束缚电子能量增高，有电子能量增高，有的电子可以挣脱原的电子可以挣脱原子核的束缚，而参子核的束缚，而参与导电，成为与导电，成为自由自由电子电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，在其原来的共价键中就出现

11、了一个价键中就出现了一个空位，称为空位，称为空穴空穴。可见本征激发同时产生可见本征激发同时产生电子空穴对。电子空穴对。 外加能量越高（外加能量越高（温度温度越高），产生的电子空越高），产生的电子空穴对越多。穴对越多。动画动画演示演示与本征激发相反的与本征激发相反的现象现象复合复合在一定温度下，本征激在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。对的浓度一定。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：310cm104 . 1锗：锗：313cm105 . 2自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4

12、空穴空穴电子空穴对电子空穴对自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 电子流电子流动画演示动画演示+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子E总电流总电流载流子载流子空穴空穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制导电机制二二. . 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为半导体称为杂质半导体杂质半导体。1.1. N型半导体型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例在本征

13、半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为如磷，砷等，称为N型半导体型半导体。 N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对2.2. P型半

14、导体型半导体杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与温度有关多子浓度多子浓度与温度无关与温度无关内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合+P型半导体+N型半导体+空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层三三. . PN结及其单向导电性结及其单向导电性1 . PN结的形成结的形成 动画演示少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多

15、子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，EP型半导体+N型半导体+内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡： 扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V2. PN结的单向导电性结的单向导电性(1) 加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多

16、子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流(2) 加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是征激发产生的少子浓度是一定的，故一定的，故IR基本上与外基本上与外加反压的大小无关加反

17、压的大小无关，所以所以称为称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但IR与温度有关。与温度有关。 PN结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；结导通； PN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻， PN结截止。结截止。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。动画演示动画演示1 1 动画演示动画演示23. PN结结的伏安特性曲线及表达式的伏安特性曲线及表达式根据理论推导，根据理论推导，PNPN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性

18、曲线如图正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结电击穿电击穿可逆可逆1.2.2半导体二极管的特性分析半导体二极管的特性分析国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge， C为为N型型Si， D为为P型型Si。

19、2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。一一 、半导体二极管的、半导体二极管的VA特性曲线特性曲线硅：硅：0.5 V 锗：锗： 0.1 V(1) 正向特性正向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2) 反向特性反向特性死区死区电压电压iu0击穿电压击穿电压UBR实验曲线实验曲线uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V1 1常用的半导体材料有硅和锗两种，纯净的半导体称为常用的半导体材料有硅和锗两种，纯净的半导体称为本征半导体。本征半导体。2 2本征半导体在掺入硼和磷元素后，导电能力将发生很本征半导体在掺入硼和磷元素后，导电能力将发生很大的变化，分别形

20、成大的变化，分别形成 P P 型型半导体和半导体和 N N 型半导体。型半导体。3 3P P 型半导体和型半导体和 N N 型半导体结合将形成型半导体结合将形成 PN PN 结，结，PN PN 结结具有单向导电性。具有单向导电性。4 4二极管组成核心是二极管组成核心是 PN PN 结，其具有正向导通、反向截结，其具有正向导通、反向截至、反向击穿特性。至、反向击穿特性。学学 习习 小小 结结二二. 二极管的模型及近似分析计算二极管的模型及近似分析计算例：例：IR10VE1k) 1(eTSUuIiD非线性器件非线性器件iu0iuRLC线性器件线性器件Riu 二极管的模型二极管的模型iuDU+-ui

21、DUDU串联电压源模型串联电压源模型DUu DUu U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。理想二极管模型理想二极管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu导通压降导通压降二极管的二极管的VA特性特性-+iuiu0二极管的近似分析计算二极管的近似分析计算IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电压源模型串联电压源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I测量值测量值 9.32mA相对误差相对误差00002 . 010032. 99.332. 9理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1kmA10K1V10I相对误差相对误差0000710032. 93

22、2. 9100.7V例：例：二极管构成的限幅电路如图所示，二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui。 (1)若若 ui为为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用理想二极管串联电压源模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREF

23、oUUu（2）如果）如果ui为幅度为幅度4V的交流三角波，波形如图（的交流三角波，波形如图（b）所）所示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。型分析电路并画出相应的输出电压波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如图所示。模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二极管串联采用理想二极管串联电压源模型分析，波形电压源模型分析，波形如图所示。如图所示。+-+UIuREFRiuO三三. 二极管的主

24、要参数二极管的主要参数(1) 最大整流电流最大整流电流IF二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2) 反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。(3) 反向电流反向电流I IR R在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极级；锗二极管在微安管在微安( A)级。级。四四. 二极管的主要用途二极

25、管的主要用途无触点开关无触点开关整流：交流变直流整流：交流变直流限幅、拑位作用（数电的理论依据）限幅、拑位作用（数电的理论依据）1.3 特殊二极管介绍特殊二极管介绍1稳压二极管稳压二极管常见稳压二极管如图1.6所示。图 1.6常见稳压二极管图形和文字符号 稳压工作原理稳压工作原理:在正常情况下稳压管工作在正常情况下稳压管工作在在反向击穿区反向击穿区，由于曲线，由于曲线很陡，反向电流在很大范很陡，反向电流在很大范围内变化时，端电压变化围内变化时，端电压变化很小，因而具有稳压作用很小，因而具有稳压作用。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会形成破坏性的热击穿，因此，在电路中应与稳压管串联一个具有

26、适当阻值的限流电阻。稳压电路稳压二极管的主要稳压二极管的主要 参数参数(1) 稳定电压稳定电压UZ (2) 动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。 rZ = U / I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 (3) (3) 最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin保证稳压管击穿所对应的电流，若保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。(4) (4) 最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压管会

27、因功耗过大而烧坏。iuUZIUIzminIzmax2发光二极管发光二极管 发光二极管的实物和图形符号如图发光二极管的实物和图形符号如图 (b)和和(c)所示。它是所示。它是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称 LED(Light Emitting Diode)。（b）发光二极管实物(c)图形符号结构：发光二极管和普通二极管相似，也由一个PN结组成，结构如图(a)所示。发光二极管在正向导通时，发出一定波长的可见光。光的波长不同，颜色也不同。常见的LED有红、绿、黄等颜色。特点与作用：发光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和抗冲击能力，同时

28、由于发光二极管体积小、可靠性高、耗电省、寿命长，被广泛用于信号指示等电路中。LED的反向击穿电压一般大于5V，但为使器件长时间稳定而可靠的工作，安全使用电压选择在5V以下，同时发光二极管在使用时也需要串联一个适当阻值的限流电阻。3光电二极管光电二极管 光电二极管的结构与普通二极管的结构基本相同，实物和图形符号如图所示，只是在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照，从而实现光电转换。 光电二极管的PN结可在反向偏置状态下反向偏置状态下运行，其主要特点是反向电流与光照度成正比。 1.4.1 1.4.1 整流与滤波电路整流与滤波电路1.4 1.4 直流稳压电源的制作直流稳压电源的制作

29、1.4.2 1.4.2 串联式稳压电路串联式稳压电路1.4.3 1.4.3 集成串联式稳压电路（稍后介绍）集成串联式稳压电路（稍后介绍）1.4.4 1.4.4 集成开关式稳压电路（稍后介绍）集成开关式稳压电路（稍后介绍） 电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。 整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。 滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u4。 稳稳压电路压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压

30、保持输出电压uo的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo1.4.1 整流与滤波电路整流与滤波电路1.半波整流电路半波整流电路二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止, uL=0+io+u2 0 时时:u20时时:一一. 单相整流电路单相整流电路u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD主要参数：主要参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）输出电

31、流平均值）输出电流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL ）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u （3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL 220 V1212R2+Luuu2L1DD22.全波整流电路全波整流电路+原理：原理：+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时，

32、D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLRuL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRILuD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID = IL/2（4）二极管

33、承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 3. 桥式整流电路桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时： D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2ttuL输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.9u2输出电流平均值输出电流平均值:IL= UL/RL =

34、0.9 u2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-脉动系数脉动系数1:用傅氏级数对桥式整流的输出用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttuuL uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值LLACLLACUUUUS11 67. 032223242211 uuUUSLLAC集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uL+ +- +1.

35、 电容滤波电容滤波二、滤波电路二、滤波电路+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C（1）空载（）空载（RL=）时：）时：u2tuLtuc=uL+41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。由于由于RL=，无放电回，无放电回路，所以路，所以uC保持。保持。22uuuCL （2）接入接入RL（且（且RLC较大）时较大）时u2tiDtu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。二极管中二极管中的电流的电流

36、uc= uL+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc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 较大较大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)TCRL)105( u2tiDtuc= uL+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL2. 电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构: 在桥式

37、整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值输出电压平均值: UL=0.9U2对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上3. 其它滤波电路其它滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。起来使用。LC滤波电路滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型滤波电路型滤

38、波电路1.4.2 串联式稳压电路串联式稳压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一一. . 稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。的电压变化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax稳压原理：稳压原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1)

39、 (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZIRU i由图知：由图知：(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI2、限流电阻的计算、限流电阻的计算（1 1）当）当输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二时，流过稳压二极管的电流最小。此时极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算出，由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值。即。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI

40、（2 2）当）当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极时，流过稳压二极管的电流最大。此时管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由此可计算出，由此可计算出稳压电稳压电阻的最小值阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：所以：二、常用的集成三端稳压器的使用二、常用的集成三端稳压器的使用类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压 W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+12V W7815 输出输出+15V

41、 W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V1端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端123额定电流以额定电流以 78(或或 79)后面的尾缀字母区分，其中后面的尾缀字母区分，其中 L 表示表示 0.1A，M 表示表示 0.5A，无尾缀字母表示，无尾缀字母表示1.5A。如。如 CW78M05 表示正输出、输出电压为表示正输出、输出电压为 5V、输出电流为、输出电流为 0.5A。其外形及。其外形及引脚排列如图引脚排列如图 所示。所示。 本项目中由于需要直流本项

42、目中由于需要直流15V 15V 输出，故选用了输出，故选用了 78L15 78L15 和和 79L15 79L15 两种三端稳压器。两种三端稳压器。+UOW781522C311CUi1. 基本使用方法基本使用方法+20V+15V注意：注意：输入电压输入电压Ui一般应比输出电压端一般应比输出电压端Uo高高3V以上。以上。二二. 三端固定式集成稳压器的使用三端固定式集成稳压器的使用 C1、C2的作用：的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。瞬态响应。2. 输出正负电压输出正负电压+C21CW7812W79121CC2+-+-iUUO 1O 2U

43、-+1323. 输出电压可调输出电压可调XX212OOURRRUU由：由：XXURRU)1 (120可得：可得：uuW78122R2C1COUUi-+1R132 特别提示特别提示 在使用时必须注意在使用时必须注意 U Ui i 和和 U Uo o 之间的关系。以之间的关系。以 78L15 78L15 为例。该三端稳压器的固定输出电压是为例。该三端稳压器的固定输出电压是 15V15V，而输入电压至少大于，而输入电压至少大于 17V17V，这样输入，这样输入/ /输出之间有输出之间有 2 23V 3V 及以上的压差，使调整管保证工作在放大区及以上的压差，使调整管保证工作在放大区。但压差取得大时，又

44、会增加集成块的功耗，所以。但压差取得大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入饱和，又不至于功耗偏大。不进入饱和，又不至于功耗偏大。 制作晶体管直流稳压电源总体电路原理图制作晶体管直流稳压电源总体电路原理图1整流电路（利用二极管的单向导电性）整流电路（利用二极管的单向导电性） 半波整流：半波整流：UL=0. 45U2 全波整流：全波整流：UL=0.9U2 桥式整流：桥式整流：UL=0.9U22滤波电路滤波电路 电容滤波（桥式整流）：电容滤波（桥式整流）： UL=1.2U2 电感滤波：电感滤波： UL=0.9U2

45、3稳压电路稳压电路 稳压管稳压电路：稳压管稳压电路：UO=UZ 小结小结1 1直流稳压电源是由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电直流稳压电源是由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路路 4 4 部分组成。部分组成。2 2单相桥式整流电路中的二极管在选用时应充分考虑电压、单相桥式整流电路中的二极管在选用时应充分考虑电压、电流的余量。电流的余量。3 3滤波电路中电解电容容量越大越好，同时应考虑耐压值。滤波电路中电解电容容量越大越好，同时应考虑耐压值。4 4稳压电路中稳压二极管是二极管中的一种，在反向击穿后稳压电路中稳压二极管是二极管中的一种，在反向击穿后电压变化很小，利用这个特点通过电路来实现输出电

46、压的稳电压变化很小，利用这个特点通过电路来实现输出电压的稳定，它属于分立器件且根据功率不同，选择范定，它属于分立器件且根据功率不同，选择范围较广；三端稳压器围较广；三端稳压器( (三端稳压管三端稳压管) )它是一种集成电路，它是它是一种集成电路，它是通过电路的线性放大原理来实现稳压的，一般适用于中小功通过电路的线性放大原理来实现稳压的，一般适用于中小功率的电路稳压。率的电路稳压。三三. . 串联式稳压电源串联式稳压电源稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路的缺点：（1 1）带负载能力差）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调改进：改进：（ 1 1 ） 提 高 带 负 载 能） 提

47、高 带 负 载 能力力在输出端加一射在输出端加一射极输出器极输出器UO=UZ-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo改进：改进：（2 2）使输出电压可调）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRR由四部分组成：由四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。1. 1.

48、串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成+DzzUR+AR2UURRf1-+L+oT-+-iU基 准 电 压调 整 管取 样 电 路放 大 比 较 环 节2.2.工作原理工作原理（1 1）输入电压变化时）输入电压变化时实质：实质：电压负反馈电压负反馈QvCE/ViC/mAQ+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1UiUfUoUoUo1UCE举例：举例： 分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB

49、2B3UZUOUIU基准电压取样电路调整管放大比较环节（2 2）负载电流变化时）负载电流变化时+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1ILUo1UoUCEUoUf3.3.输出电压的计算输出电压的计算REF221REFREFufO1=URRRUFUAUV 可见，调节可见，调节R1或或R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。用负反馈的理论计算：用负反馈的理论计算：212ofV=RRRUUF +o1+DzUR2REF+UUo-f-T-R+L1Ri+AUUR稳压原理稳压原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3 （UB2 ）Uo当当 Ui 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使

50、 Uo升高时升高时动画演示动画演示VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU(3) 输出电压的调节范围输出电压的调节范围VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUOP434BE3ZURRRRUU 因为：因为：4P43BE3ZO)(RRRRUUU 所以：所以：将参数代入，可将参数代入，可求出输出电压的调节

51、范围。求出输出电压的调节范围。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUV77.34 .322022024)(4p43BE3ZOmin RRRRUUUV8.94.322033022024)(4p43BE3ZOmax RRRRUUUEWB演示演示稳压电源稳压电源1.4.3 集成串联式稳压电集成串联式稳压电路路一一. 带隙基准电压源带隙基准电压源-+-2R3RT3T2T1iuREFU1RI1I2I32BE1BE2BE1=-RIUUU 21T22T11T

52、lnlnln=IIUIIUIIUESES 电阻电阻R R2 2上的压降：上的压降：2132T23BE222lnIIRRURRURIU 所以，输出的基准压：所以，输出的基准压：2BE3REFUUU 2132TBE3lnIIRRUU 当当 时时TREF3V25.1UU 温度系数为温度系数为0 0。特点：温度特性好。特点：温度特性好。C16VCC_CIRCLEDRT9RR34516920T87R7R13Z1TR13RTR1RTR10D公公 共共 端端2TR1211136VCC_CIRCLE1711T1514TRTRR1412TR219TRT1510VCC_CIRCLET4RRRT输输 入入 端端6R

53、T18Z2TFU5T输输 出出 端端81217二二. 三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器 调整管调整管过压保护过压保护过热过热保护保护启动电路启动电路取取样样电电路路基准电压源基准电压源过流保护过流保护放大比放大比较环节较环节电路组成及工作原理：电路组成及工作原理：1. 启动电路启动电路 由由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和和R 18组成。上电后，组成。上电后，R 4、D Z1先先导通，使得导通，使得T12和和T13导通，随后导通，随后T8和和T9也导通，整个电路进入正常工作状也导通，整个电路进入正常工作状态。这时态。这时R 1上压降增加，使上压降增加，使

54、T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。的联系。2. 基准电压源基准电压源由由T1T7管和电阻管和电阻R1R3组成的带隙基准电压源。组成的带隙基准电压源。2C2BE6BE5BE4BE3FRIUUUUUC2C1T322C2lnIIURRRI1C1BE1BE72C2BE4BE3C7RIUURIUUU 根据前面对带隙基准电压源的分析可知根据前面对带隙基准电压源的分析可知：T7管的集电极电位：管的集电极电位： 因此，有：因此，有： 12C2C1RRII 整理可得：整理可得： 12T32BE3Fln4RRURRUU 3. 放大比较环节：放大比较环节： 由由T3和和T4管组成的复合管构成，电流源管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。作它的有源负载。T3和和T4管管既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压UF叠叠加在基准电压上。输出电压：加在基准电压上。输出电压：4. 调整环节：调整环节： 由由T16和和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其