电工学-第8章直流稳压电源(唐介版)汇编

1、第 8 章 直流稳压电源8.3 直流稳压电源的组成(z chn) 8.5 滤波(lb)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 上一章 返回主页 1共三十八页8.1 半导体的基础知识导体(dot)、半导体(dot)、绝缘体。 物质按导电能力(nngl)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大连理工大学电气工程系共三十八页2. 本征半导体的导电(dodin)特性 在绝对零度时，不导电(dodin)。 温度（或

2、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。 3大连理工大学电气工程系共三十八页二、杂质(zzh)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(xinzh)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

3、这种杂质半导体为 P 型半导体。4大连理工大学电气工程系共三十八页 杂质(zzh)半导体的示意表示法 P 型半导体 N 型半导体 空间电荷5大连理工大学电气工程系共三十八页三、PN 结1. PN 结的形成(xngchng)扩散(kusn)运动 扩散运动： 多数载流子由于浓度的差别而形成的运动。 6大连理工大学电气工程系共三十八页内电场(din chng)PN 结 多数载流子的扩散运动继续进行(jnxng)，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。7大连理工大学电气工程系共三十八页 漂移运动： 少数载流子在内电场作用下的

4、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(dush)载流子的扩散运动， 而不利于少数载流子的漂移运动。漂移(pio y)运动8大连理工大学电气工程系共三十八页 多数载流子的扩散运动与少数载流子的漂移运 动达到(d do)动态平衡 平衡的 PN 结。内电场(din chng)9大连理工大学电气工程系共三十八页2. PN 结的特性(txng)(1) 正向偏置(pin zh) (2) 反向偏置 R N 外电场 N R 外电场 正向导通 I反向截止 I0 主要特性： 单向导电性。 10大连理工大学电气工程系共三十八页8.2 半导体二极管一、普通(ptng)二极管 N 阳

5、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(ptng)管、整流管、开关管等。 1. 基本结构 11大连理工大学电气工程系共三十八页U/V I/mA O二、伏安(f n)特性 反向(fn xin) 特性 正向 特性 死区 死区电压 Uth ： 硅管 0.5 V 锗管 0.1 V 导通压降 UD ： 硅管 0.6 0.7V 锗管 0.2 0.3V UDUBR IR (1) 实际特性 锗管 硅管 12大连理工大学电气工程系共三十八页UD(2) 近似(jn s)特性 U I OU I O(3) 理想(lxing)特性 3. 主要参

6、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 13大连理工大学电气工程系共三十八页*二、光电二极管（光敏二极管） 作用(zuyng)：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。 R E D 光电二极管电路(dinl) R E D 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。 14大连理工大学电气工程系共三十八页*四、光电耦合器（光电隔离器） 作用： 电气隔离(gl)； 抗干扰； 系统保护。 输入电路

7、输出电路15大连理工大学电气工程系共三十八页8.3 直流稳压电源的组成(z chn) 大小(dxio)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16大连理工大学电气工程系共三十八页电源(dinyun)变压器将市电变换为整流所需的 交流(jioli)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 17大连理工大学电气工程系共三十八页8.4 整流(zhngli)电路+-uOabTr +-u2+-u1RL iOD1 D3D2 D4 u2

8、 正半周，D1 和 D3 导通， uO= u2 ；电流(dinli)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 。18大连理工大学电气工程系共三十八页 uO D4 D3 D1 D2RLu2u2tOuOiOtO19大连理工大学电气工程系共三十八页1. 负载(fzi)直流电压 UO = 0.9U2 2. 负载(fzi)直流电流 3. 二极管平均电流 4. 二极管反向电压 UO= 2 U2sintd(t)10= U2 2 2 IO=UO RLID= IO 12URm= 2 U2 5. 整流元件的选择IFIDURURm20

9、大连理工大学电气工程系共三十八页 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 = 12 V，电源变压器一次电压 U1 = 220 V。试求该电路正常(zhngchng)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(fzi)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 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k = = = 16.5 U2 U1 220 13.33 21大连理工大学电气工程系

10、共三十八页8.5 滤 波 电 路 一、电容滤波(lb)电路 C uO RLu2u1 uOt O2 U2 电容(dinrng)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=1.52.52RLf22大连理工大学电气工程系共三十八页 UCN =2 U2 输出(shch)电压的平均值: UO = 1.2 U2（全波） 空载输出直流电压: 滤波(lb)电容的耐压： UCN2 U2 23大连理工大学电气工程系共三十八页 例8.5.1 一桥式整流、电容滤波电路，已知电源频率(pnl) f = 50 Hz ，负载电阻 RL=100 ，输 出直

11、流电压 UO = 30 V 。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(xunz)整流二极管IO=UORL= A = 0.3 A30100U2=UO1.230 1.2= 25 V=URm= 2 U2 = 2 25 V =35.4 VID= IO = 0.3 A = 0.15 A1 21 224大连理工大学电气工程系共三十八页查附录(fl)，选用 2CZ53B 4 个 （IF=300mA，UR=50V）。(2) 选择(xunz)滤波电容器C1.52.5 RLf1.52.510050 = (

12、300500)FFUCN= 2 25 V =35.4 V 2 U2 (3) 负载电阻断路时UO= 2 U2 = 2 25 V = 35.4 V (4) 电容断路时UO = 0.9U2 = 0.925 V = 22.5 V IF2ID = 20.15A = 0.3 A， URURm=34.5 V25大连理工大学电气工程系共三十八页二、电感滤波(lb)电路 对直流分量(fn ling): 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 RLiOu2u1 L26大连理工大学电气工程系共三十八页 uO RLiOC2 C1 三、复式

13、滤波(lb)电路 C2 C1 1. LC 形滤波(lb)电路 2. RC 形滤波电路 L uO RLiORL 27大连理工大学电气工程系共三十八页一、稳压(wn y)二极管 又称为齐纳二极管。 为面结型硅二极管。反向(fn xin)特性正向特性 特点： 反向击穿电压小； 反向击穿特性陡。 击穿 电压 UZ IZmax U/V I/mA OIZmin 8.6 稳压电路28大连理工大学电气工程系共三十八页 解 (1) Ui10 V 时 DZ 反向击穿(j chun)稳压：UO = UZ = 5 V 。 (2) Ui = 3 V 时DZ 反向截止：UO= Ui = 3 V 。 (3) Ui =5 V

14、 时DZ 正向导通：UO= 0 V 。 (4) ui = 10sin t V 时 当 0ui5 V 时，DZ 反向截止：UO= Ui = 10sin t V。 当 ui5 V 时，DZ 反向击穿稳压： 例8.6.1 如图所示电路，设 UZ = 5 V，正向压降 忽略不计。当直流输入Ui = 10 V、3 V、5 V 时，Uo= ？当输入为交流(jioli) ui = 10sin t V 时，分析 uO的波形。 R DZ UiUO5 t uO/V O 2 3 UO = UZ = 5 V 。当 ui0 V 时，DZ 正向导通：UO= 0 V。 29大连理工大学电气工程系共三十八页二、稳压(wn y

15、)二极管稳压(wn y)电路+-u2+-u1CUi RLUO IIOR DZIZ稳压(wn y)过程： UO IZ I IR UO 30大连理工大学电气工程系共三十八页三、集成稳压(wn y)电路 分为线性集成稳压(wn y)电路和开关集成稳压(wn y)电路。 1. 三端固定式集成稳压器 CW7800 系列正电压稳压器。 CW7900 系列负电压稳压器。 1 3 2 输出电压规格： 5V, 6V, 8V, 9V, 12V, 15V 31大连理工大学电气工程系共三十八页 CW7800 接线图 +-u2+-u1CRL UO 7800 CiCo 1 2 3 32大连理工大学电气工程系共三十八页 C

16、W7900 接线图 +-u2+-u1CRL UO 7900 CiCo 3 2 1 33大连理工大学电气工程系共三十八页 同时(tngsh)输出正负两组电压的接线图5 V 5 V CW7805Ci1 2 3 CW79051 2 Co 3 Ui CiCoUO34大连理工大学电气工程系共三十八页*3. 三端(sn dun)可调式集成稳压器 类型(lixng)： CW117、CW217、CW317 (正电压) CW137、CW237、CW337 (负电压) 输出电流等级： 0.1A, 0.5A, 1.5A 军品级工业级民品级 典型电路： CW217 CiCo 3 2 1 + C+ - UO + - UiR1R235大连理工大学电气工程系共三十八页 CW237 CiCo 2 3 1 C- + UO - + UiR1R2+ 输出(shch)电压计算公式： UO= 1.25 ( 1+ ) R2R1 36大连理工大学电气工程系共三十八页第 8 章 结 束 下一章(y zhn) 上一章(y zhn) 返回主页 共三十八页内容摘要第 8 章 直流稳压电源。返回主页。价电子参与导电、 掺杂增强导电能力、。热敏特性、光敏特性。是一种完全纯净的、结构完整