电工学-直流稳压电源

第8章直流稳压电源8.3直流稳压电源的组成8.5滤波电路8.6稳压电路8.4整流电路

8.1半导体的基础知识8.2半导体二极管

下一章

返回主页8.1半导体的基础知识导体、半导体、绝缘体。

物质按导电能力划分：

半导体的导电性能：

价电子参与导电、掺杂增强导电能力、热敏特性、光敏特性。一、本征半导体

1.什么是本征半导体

是一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。2.本征半导体的导电特性

在绝对零度时，不导电。温度（或光照）→价电子获得能量：本征激发产生自由电子和空穴对。自由电子和空穴均参与导电，统称为载流子。温度→载流子的浓度→导电能力。自由电子释放能量跳回共价键——复合。本征半导体载流子浓度较低，导电能力较弱。二、杂质半导体

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。(1)掺入五价的杂质元素自由电子的浓度空穴的浓度。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N型半导体。(2)掺入三价的杂质元素自由电子的浓度空穴的浓度。空穴为多数载流子。自由电子为少数载流子。称这种杂质半导体为P型半导体。

杂质半导体的示意表示法P型半导体N型半导体空间电荷＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－三、PN结1.PN结的形成扩散运动＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

扩散运动：多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－内电场PN结

多数载流子的扩散运动继续进行，使PN结加宽，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，少数载流子的运动越易于进行。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋

漂移运动：少数载流子在内电场作用下的运动。漂移运动使PN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，而不利于少数载流子的漂移运动。漂移运动＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－

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——平衡的PN结。内电场2.PN结的特性(1)正向偏置(2)反向偏置RＰN外电场ＰNR外电场正向导通I反向截止I≈0

主要特性：单向导电性。8.2半导体二极管一、普通二极管

ＰN阳极阴极(1)按结构分类

点接触型、面接触型。(2)按材料分类硅管、锗管。(3)按用途不同分类普通管、整流管、开关管等。1.基本结构U/VI/mA

O二、伏安特性

反向特性

正向特性死区

死区电压Uth

：硅管0.5V

锗管

0.1

V

导通压降UD

：硅管0.6~0.7V

锗管0.2~0.3V

UDUBRIR(1)实际特性锗管硅管UD(2)近似特性UI

OUI

O(3)理想特性3.主要参数(1)额定正向平均电流（最大整流电流）IF(2)正向压降UF(3)最高反向工作电压UR

一般规定为反向击穿电压的1/2或1/3。(4)最大反向电流IRm

*二、光电二极管（光敏二极管）

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。RED

光电二极管电路RED

发光二极管电路*三、发光二极管

作用：将电信号转化为光信号。发光的颜色取决于制造材料。*四、光电耦合器（光电隔离器）

作用：①电气隔离；②抗干扰；③系统保护。输入电路输出电路8.3直流稳压电源的组成

大小不合适的交流大小合适的交流~交流电源脉动直流不稳定的直流稳定直流直流负载滤波电路电源变压器整流电路稳压电路电源变压器将市电变换为整流所需的交流电压整流电路将交流电变换为方向不变的直流电滤波电路将脉动直流电变换为平滑的直流电压稳压电路将不稳定的直流电压变换为稳定直流电压8.4整流电路+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4u2正半周，D1和D3导通，uO=u2；电流通路：a→D1→RL→D3→b。u2负半周，D2和D4导通，uO=－u2；电流通路：b→D2→RL→D4→a。＋

uO－D4

D3D1

D2RL＋u2－u2ωtOuOiOωtO1.负载直流电压UO=0.9U2

2.负载直流电流3.二极管平均电流4.二极管反向电压UO=2U2sintd(t)1∫0=U2

22IO=UO

RLID=IO

12URm=2

U2

5.整流元件的选择IF≥IDUR≥URm[例8.4.1]一桥式整流电路，已知负载电阻RL=240，负载所需直流电压=12V，电源变压器一次电压U1=220V。试求该电路正常工作时的负载电流、二极管平均电流ID和变压器的电压比k。[解]负载直流电流IO=UORL=A=0.05A12240ID=IO=×0.05A=0.025A1212二极管平均电流

变压器的二次电压U2=

=V=13.33VUo0.9120.9变压器的电压比k=

==16.5U2U1

22013.338.5滤波电路一、电容滤波电路C＋

＋

uO

－RL＋u2－＋u1－uOωtO√2U2电容放电

当二极管导通时，电容被充电储能。当二极管截止时，电容放电。滤波电容的选择：

C≥(3~5)T2RL=1.5~2.52RLfUCN=√2U2输出电压的平均值:

UO=1.2U2（全波）空载输出直流电压:滤波电容的耐压：UCN≥√2U2[例8.5.1]一桥式整流、电容滤波电路，已知电源频率f=50Hz，负载电阻RL=100，输出直流电压UO=30V。试求：(1)选择整流二极管；(2)选择滤波电容器；(3)负载电阻断路时的输出电压UO；(4)电容断路时的输出电压UO。[解](1)选择整流二极管IO=UORL=A=0.3A30100U2=UO1.2301.2=25V=URm=2

U2

=2×25

V

=35.4VID=IO=×0.3A=0.15A1212查附录，选用2CZ53B4个（IF=300mA，UR=50V）。(2)选择滤波电容器C≥1.5~2.5RLf1.5~2.5100×50

==(300~500)μFFUCN≥=2×25

V=35.4V2

U2

(3)负载电阻断路时UO=2

U2

=2×25

V=35.4V(4)电容断路时UO=0.9U2=0.9×25V=22.5VIF≥2ID=2×0.15A=0.3A，UR≥URm=34.5V二、电感滤波电路对直流分量:

XL=0，大部分整流电压降在RL上。对谐波分量:

f

越高，XL越大，电压大部分降在XL

上。＋

uO－RLiO＋u2－＋u1－L＋

uO－RLiOC2

＋C1

＋三、复式滤波电路C2

＋C1

＋1.LC－形滤波电路2.RC－形滤波电路L＋

uO－RLiORL一、稳压二极管又称为齐纳二极管。为面结型硅二极管。反向特性正向特性

特点：①反向击穿电压小；②反向击穿特性陡。击穿电压UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin8.6稳压电路[解](1)Ui＝10V时DZ反向击穿稳压：UO=UZ=5V。

(2)Ui=3V时DZ反向截止：UO=Ui=3V。

(3)Ui=－5V时DZ正向导通：UO=0V。

(4)ui

=10sin

tV时当0＜ui＜5V时，DZ反向截止：UO=Ui=10sin

tV。当ui＞5V时，DZ反向击穿稳压：[例8.6.1]如图所示电路，设UZ=

5V，正向压降忽略不计。当直流输入Ui

=10V、3V、－5V时，Uo=？当输入为交流ui

=10sin

tV时，分析uO的波形。RDZ

＋Ui－＋UO－5

tuO/VO2