第5章 晶体二极管及直流稳压电源

1、5.1 半导体的基础知识半导体的基础知识共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子空穴空穴自由电子自由电子 Si Si Si Sip+多多余余电电子子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使扩散的结果使空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区也称空间电荷区也称 PN 结结 +形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外

2、电场外电场IF内电场内电场PN+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型图图 1 12 二极管的结构和符号二极管的结构和符号 阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D二极管的

3、外形反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122D IBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t 动画动画UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUr 小常识：小常识：LED = Light Emitting Diode，发光二极管的简称，发光二极管的简称LCD= Liquid Crystal Display，液晶显示器的简称，液晶显示器的简称5.4直流电源直流电源功能：功能：

4、把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u2u1.1 单相整流电路单相整流电路 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。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。利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性t uDOuo = u 负半周，负半周， 二极管二极管D 截止截止 。 uD = +aTrDuoubRLiou tOuoOt U2U2U2 LLRURUI45. 0oo oDII

5、 UU2DRM ) d( sin221ttU U0.45 oU2.2. 桥式整流电路桥式整流电路+-u2正半周时正半周时电流通路电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo桥式整流电路桥式整流电路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时负半周时电流通路电流通路u20 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: :A D1RLD3Bu2uC时，二极管导通，电源在给负载时，二极管导通，电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电， uC 增加，增加，uo= uC 。 CC+Cici +aDuoubRLio= uC 二

6、极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。UU22DRM uoU2U2u tO tO25)(3LTCR 一一般般取取(1) (1) 输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。 带带近似取：近似取： Uo = 1. 0 U （半波）半波） Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波）桥式、全波）U2 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压有电容滤波有电容滤波 无电容滤波无电容滤波0 UooIO 结论结论 因此电容滤波适合于要求因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的

7、场合。小且负载变化较小的场合。 RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。的峰值电流越大。iD tuoU2 tOO例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。V 352522DRM UU A075020030212121LOOD.RUII uRLuo+C解：解：25V1.230 21O .UU可选用二极管可选用二极

8、管2CP11IOM =100mA UDRM =50V 例：例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。取取 RLC = 5 T/2已知已知RL = 50 S 05. 025015L CR uRLuo+C解：解：2. 选择滤波电容器选择滤波电容器F250F102502000.05 0506L R.C可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的的极性电容器极性电容器UO = UZ IR

9、= IO + IZUIUZRL (IO ) IR 设设UI一定，负载一定，负载RL变化变化UO 基本不变基本不变 IR (IRR) 基本不变基本不变 UO (UZ ) IZ +UIRL+CIOUO+uIRRDZIz限流调压限流调压稳压电路稳压电路UO = UZ IR = IO + IZUIUZUI UZ UO 基本不变基本不变 IRR IZ IR +UIRL+CIOUO+uIRRDZIzZMOOIMmin IIRUU (1) UZ = UO(2) IZM= (1.5 3) IoM(3) UI = (2 3) UO(4) RIIUU ominZMOIM OMZOImin IIUU ZIIRUU

10、OMOImin集成稳压器电路，具有体积小集成稳压器电路，具有体积小, ,可靠性高可靠性高, ,使用使用灵活灵活, ,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端引出端,故称之为三端集成稳压器。故称之为三端集成稳压器。1. 分类分类两位数字为输出电压值两位数字为输出电压值三三端端稳稳压压器器输出固定电压输出固定电压输出正电压输出正电压78XX 输出负电压输出负电压79XX （1. 25 37 V 连续可调）连续可调）W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1输入端输入端3 公共端公共端2 输出端输出端W7900系列稳压器外形

11、系列稳压器外形1 公共端公共端3输入端输入端2 输出端输出端 输出电流超过输出电流超过 1. 5 A（加散热器）（加散热器） 不需要外接元件不需要外接元件 内部有过热保护内部有过热保护 内部有过流保护内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为输出电压容差为 4% 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等等 。 ( 反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波动对稳压电路的影响。动对稳压电路的影响。0 0 o 100oo TIIU% UUUS ( 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变反映当输入

12、电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。能力。00ooI %100 I T UUUS 0.0050.02% 0.11.0%(3) 输出电压输出电压 UO (6) 最大输入电压最大输入电压 UiM (7) 最大功耗最大功耗 PM OMOIMM)(IUUP (4) 最大输出电流最大输出电流 IOM (5) 最小输入、输出电压差最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min 输出为固定正电压时的接法如图所示。输出为固定正电压时的接法如图所示。 0.11 F1 FCOW7805CiUi+_+_UO123 +23220V 24V+C 24V+CW7