电工电子技术应用 课件 项目四直流稳压电源分析与应用

电工电子技术应用项目四直流稳压电源分析与应用学习任务一识别与检测二极管一、半导体基本知识半导体根据物体导电能力(电阻率)不同，可以划分为导体、绝缘体和半导体。学习任务一识别与检测二极管半导体特性光敏性：制成光电二极管、光电三极管和光敏电阻热敏性：制成各种热敏元件掺杂性：制成二极管、晶体管(三极管)、场效应管等1.本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体，如硅(Si)、锗(Ge)单晶体。（1）本征半导体的共价键结构

最外层电子四个价电子。Si硅原子Ge锗原子简化模型价电子一、半导体基本知识学习任务一识别与检测二极管（2）本征半导体的导电特性

本征半导体有两种载流子，即自由电子和空穴均参与导电，这是半导体导电的特殊性质。空穴共价键自由电子本征激发：在热激发下产生自由电子和空穴对的现象复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。一、半导体基本知识学习任务一识别与检测二极管2.杂质半导体：

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。

N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。一、半导体基本知识学习任务一识别与检测二极管（1）N型半导体

+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子一、半导体基本知识学习任务一识别与检测二极管（2）P型半导体

空穴为多数载流子自由电子为少数载流子+3+4+4+4+4+4硼原子空穴一、半导体基本知识学习任务一识别与检测二极管杂质半导体简化示意图

负离子多数载流子少数载流子正离子多数载流子少数载流子P型N型一、半导体基本知识学习任务一识别与检测二极管二、PN结及其单向导电性1.PN结的形成：在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。

多数载流子的扩散

形成空间电荷区学习任务一识别与检测二极管2.PN结的单向导电性：正偏时处于导通状态，产生一个较大的正向电流；反偏时处于截止状态，产生一个非常小的反向电流，几乎等于零。

正向偏置的PN结反向偏置的PN结二、PN结及其单向导电性学习任务一识别与检测二极管三、二极管的结构与类型1.二极管的结构及电路符号

－外壳(阴极)(阳极)P

N阳极引线阴极引线(阳极)VD－＋(阴极)—结构电路符号外形图学习任务一识别与检测二极管2.分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型三、二极管的结构与类型学习任务一识别与检测二极管点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金正极

引线负极

引线平面型PNP型支持衬底学习任务一识别与检测二极管四、二极管的伏安特性和主要参数1.二极管特性——单向导电性Ｕ（BR）Ｕ/V

/mA

BB′-50.20.40.60.8

C′D′DC硅锗(1)正向特性：导通Uth死区电压硅管：(0.4

0.7)V锗管：(0.2

0.4)V导通压降硅管：一般取0.7V锗管：一般取0.4V学习任务一识别与检测二极管1.二极管特性——单向导电性Ｕ（BR）Ｕ/V

/mA

BB′-50.20.40.60.8

C′D′DC硅锗(2)反向特性：截止：反向饱和电流：反向击穿电压四、二极管的伏安特性和主要参数学习任务一识别与检测二极管2.主要参数Ｕ（BR）Ｕ/V

/mA

BB′-50.20.40.60.8

C′D′DC硅锗（1）最大整流电流(最大正向平均电流)（2）最高反向工作电压(为U(BR)/2

)（3）反向电流(越小单向导电性越好)（4）直流电阻(正、反电阻相差越大，二极管单向导电性越好)（5）交流电阻(动态电阻)（6）最高工作频率(超过时单向导电性变差)四、二极管的伏安特性和主要参数学习任务一识别与检测二极管五、二极管的应用1.限幅电路单向限幅电路输入输出波形图例题：输入电压直流电压，求输出电压解：理想二极管,忽略正向压降

时，二极管导通，

时，二极管截止，学习任务一识别与检测二极管2.钳位电路例题：解：理想二极管,忽略正向压降,求C点电位（1）时，二极管均导通，（2）时，导通截止，钳位电路五、二极管的应用学习任务一识别与检测二极管六、特殊二极管1.稳压二极管是一种面接触型二极管，简称稳压管，工作在反向击穿状态。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性。

稳压二极管的特性曲线和符号主要参数（1）稳定电压（反向击穿后两端的稳定工作电压）（2）稳定电流（正常工作时的参考电流值）学习任务一识别与检测二极管2.发光二极管（LED）（1）符号和特性符号u/Vi/mAO2特性（2）工作条件：正向偏置3.光电二极管（1）功能：将光信号转换成电信号（2）外形图六、特殊二极管学习任务一识别与检测二极管学习任务二分析与测试整流滤波电路学习任务二分析与测试整流滤波电路交流电源负载变压整流滤波稳压功能：把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压u4uou3u2u1直流稳压电源的组成一、整流电路（一）单相半波整流电路1.电路结构–++–aTrVDuoubRLio2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，二极管D导通；

u负半周，Va<Vb，二极管D截止。学习任务二分析与测试整流滤波电路（一）单相半波整流电路uDO3.工作波形u

tOuoO4.参数计算(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM学习任务二分析与测试整流滤波电路（一）单相半波整流电路5.整流二极管选择

平均电流ID

与最高反向电压UDRM

是选择整流二极管的主要依据。半波整流电路的优点：结构简单，使用的元件少。6.电路特点缺点：只利用了电源的半个周期，所以电源利用率低，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成分，容易饱和。故半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。学习任务二分析与测试整流滤波电路（二）单相桥式整流电路1.电路结构RLuiouo1234ab+–+–

u

正半周，Va>Vb，二极管

D1、D3

导通，D2、D4

截止。2.工作原理

u

负半周，Va<Vb，二极管2、4导通，1、3截止。学习任务二分析与测试整流滤波电路3.工作波形4.参数计算uD2uD4uouDtttuD1uD3u(1)整流电压平均值Uo(2)整流电流平均值Io(3)流过每管电流平均值ID(4)每管承受的最高反向电压UDRM学习任务二分析与测试整流滤波电路6.电路特点（二）单相桥式整流电路

(1)输出直流电压高；

(2)脉动较小；

(3)二极管承受的最大反向电压较低；

(4)电源变压器得到充分利用。5.简化画法+uo

RLio~+u2

学习任务二分析与测试整流滤波电路二、滤波电路

交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。

滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到输出平滑电压波形的目的。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。学习任务二分析与测试整流滤波电路（一）电容滤波电路1.电路结构io

+

uo=uc

RLVD1VD4VD3VD2

+u

C学习任务二分析与测试整流滤波电路（一）电容滤波电路2.工作原理

u>uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC

增加，uo=uC。

u<uC时，二极管截止，电容通过负载RL

放电，uC按指数规律下降，uo=uC

。V导通时给C充电，V截止时C向RL

放电；滤波后

uo

的波形变得平缓，平均值提高。3.工作波形学习任务二分析与测试整流滤波电路（一）电容滤波电路4.输出电压当RL=

时：当RL

为有限值时：通常取UO=1.2U2RC越大UO

越大5.电路特点（1)输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关。一般取(T—电源电压的周期)（2)流过二极管的瞬时电流很大

RLC

越大

ＵO

越高，IO

越大

整流二极管导通时间越短

iD

的峰值电流越大。学习任务二分析与测试整流滤波电路（二）其他形式滤波电路1.电感滤波电路电路特点：RLL~+u2

输出电压直流分量被电感L

短路；交流分量主要降在L上

电感越大，滤波效果越好学习任务二分析与测试整流滤波电路（二）其他形式滤波电路2.电感电容滤波电路电路特点：

当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小，在负载上得到比较平滑的直流电压。

LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。LuRLuo++––~+C

学习任务二分析与测试整流滤波电路（二）其他形式滤波电路3.形滤波电路电路特点：

LuRLuo++––~+C2+C1（1）

形LC滤波电路

滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。学习任务二分析与测试整流滤波电路（二）其他形式滤波电路3.形滤波电路电路特点：

比

形LC滤波器的体积小、成本低。（2）

形RC滤波器RuRLuo++––~+C2+C1学习任务二分析与测试整流滤波电路学习任务三稳压电路分析与应用学习任务三稳压电路分析与应用

稳压电路

稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。

稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。

稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。

一、硅稳压管稳压电路1.电路结构+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流调压稳压电路学习任务三稳压电路分析与应用

2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZ（1）设UI一定，负载RL变化RL(IO)IR

UO

基本不变

IR

(IRR)基本不变

UO

(UZ

)

IZ

（2）设负载RL一定，UI变