直流安定化电源(直流稳压电源)课件

8.1

半導体の基礎知識（半导体的基础知识）

8.2

半導体ダイオード（半导体二极管）8.3

直流安定化電源の構成（直流稳压电源的组成）8.4

整流回路

（整流电路）8.5

平滑回路

（滤波电路）8.6

安定化回路（稳压电路）8.7

サイリスタ（晶闸管）

8.8

サイリスタ混合ブリッジ回路（半控桥整流电路）第8章直流安定化電源

（直流稳压电源）宿題：8.2.2、8.4.2、8.4.3、8.5.1、8.6.3、11.2.2、11.2.3一、真性半導体（本征半导体）

真性半導体とは不純物を含まず、純粋な結晶構造からなる半導体のことを指す。SiやGeの単結晶などがそれである。

（纯净的具有晶体结构的半导体）特徴：(1)電子と正孔2種類のキャリアを含む。（带负电的电子和带正电的空穴两种载流子）(2)

キャリアが少ない。電子と正孔がペアになっている。（载流子的数量少且成对出现）(3)温度の上昇に伴い、キャリアの数が増加する。（载流子的数量随温度的升高而增加）8.1半導体の基礎知識動画二、不純物半導体（杂质半导体）不純物半導体とはある真性半導体に不純物を添加することによって出来上がる半導体のことである。（掺入少量杂质的半导体）1、N形半導体真性半導体に5価元素(燐P）を添加してできた、自由電子（多数キャリア）濃度が正孔（少数キャリア）より遥かに多い半導体である。特徴：（a）電子が多数キャリアとなる。

（电子是多数载流子）

8.1半導体の基礎知識（b）正孔が少数キャリアとなる。

（空穴是少数载流子）＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋電子正孔絵二、不純物半導体（杂质半导体）2、P形半導体

真性半導体に3価元素(硼素B）を添加してできた、正孔（多数キャリア）濃度が自由電子（少数キャリア）より遥かに多い半導体である。特徴：（a）正孔が多数キャリアとなる。

（b）電子が少数キャリアとなる。8.1半導体の基礎知識1、N形半導体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－正孔電子絵三、P-N接合（PN结）1、

P-N接合の形成8.1半導体の基礎知識＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－拡散運動＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－内部電界（内电场）ドリフト（漂移）ドリフト（漂移）＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋－－－－＋＋＋＋－－－－P-N接合（N形）（P

形）二種の多数キャリアの濃度の違いにより（多子的浓度差）多数キャリアが相手側に拡散する（多子扩散）空乏層が形成し、内部電界が生じる。

（形成耗尽层（空间电荷区），产生内电场）少数キャリアが相手側にドリフトする（少子漂移）拡散拡散運動とドリフト運動が釣り合った状態になる。（扩散与漂移运动达到平衡）安定なPN接合が形成される（形成稳定的PN结）内部電界内部電界拡散,ドリフト拡散,ドリフト8.1半導体の基礎知識1、

P-N接合の形成2、P-N接合の特性ーー整流性（单向导电性）

8.1半導体の基礎知識外部電界PN接合に正電圧を印加するPN接合に負電圧を印加する外部電界内部電界＋＋＋＋－－－－REN形＋＋＋＋－－－－P形＋＋＋＋－－－－内部電界REN形P形順方向にバイアス（PN结正偏）逆方向にバイアス（PN结反偏）II≈0PN接合は整流性を持つ順方向にバイアス時P-N接合が導通する外部電界と内部電界の方向が反対拡散運動に有利拡散>

ドリフト空乏層が狭くなる

キャリアは外部電源から提供される大きな拡散電流I正が生じる逆方向にバイアス時P-N接合が遮断する（截止）外部電界と内部電界の方向が同一ドリフト運動に有利ドリフト>

拡散空乏層が厚くなるキャリアは外部電源から提供される小さなドリフト電流I反が生じる8.1半導体の基礎知識2、P-N接合の特性ーー整流性（单向导电性）

一、普通ダイオード材料による分類ゲルマニウムダイオード（锗二极管）シリコンダイオード（硅二极管）P-N接合の面積による分類点接触式面接触式用途による分類普通ダイオード整流ダイオード……PN陽極陰極ダイオードの回路記号写真8.2半導体ダイオード1、基本的構造と種類D2、V-I

特性（伏安特性）V-I特性：ダイオードの電圧と電流の関係を示した図。順方向の場合：シリコン･ダイオードの時、UA≈0.5Vとなる。

ゲルマニウム･ダイオードの時、UA≈0.2Vとなる。

導通の時、UD（Si）≈

0.7V、UD（Ge）≈

0.3Vとなる。U/VI/mA

OGeSiBAABUA：スレッショルド電圧、閾値電圧

（死区电压、阈值电压）順方向特性8.2半導体ダイオード温度が上昇すると、曲線が左に移動する。逆方向の場合：（1）遮断した時（OB段）i≈

0；

8.2半導体ダイオードU/VI/mA

OGeSiBAAB順方向特性逆方向特性2、V-I

特性（伏安特性）

（2）

B点を超えると、逆方向電流が急増し、

降伏現象を起こす。実際特性、近似特性と理想特性

(b)理想特性電源電圧値がUDに相当する時、近似特性を使うことができる；電源電圧値がUDより遥かに大きい時、理想特性を使うことができる。8.2半導体ダイオードUI

OI

OUDUI

O(a)実際特性(a)近似特性

UI

O3、主なパラメーター（主要参数）1、IF：平均整流電流

（额定正向平均电流）2、UF：順電圧（正向电压降）3、UR：逆方向の電圧許容値（最高反向工作电压）4、IRm：最大逆電流

（最大反向电流）以上のパラメーターはダイオードの選択に用いる。IFUFURIRm8.2半導体ダイオード[例8.2.1]

下図の回路において、DA、DBともにシリコン･ダイオードの場合、次の二つの条件下のおけるVFを求めよ：（1）VA=VB=3V；（2）VA=3V，VB=0V[解]

UD=0.6Vとすると（1）DA、DBいずれも導通し、VF=UD+VB=3.6Vとなる。（2）VF=UD=0.6Vとなる。DAが遮断される。DA:隔離用ダイオード（隔离二极管）DB:クランプ用ダイオード（嵌位二极管）

VB<VA

であるため、DBはDAより先に導通し、8.2半導体ダイオードVF+6VRVAVBDADBu/Vωt3uiOD1、D2いずれも遮断し、uo=uiとなる；[例8.2.2]

下図の回路において、ui

=3sinwt

Vとし、D1とD2をシリコン･ダイオードとした場合、出力uoの波形を描け。0.7-0.7D1が導通し、uo=0.7Vとなる；D2が導通し、uo=-0.7Vとなる。クリップ回路（限幅电路）|ui|<0.7Vの時、ui>

0.7Vの時、ui<-0.7Vの時、8.2半導体ダイオード＋ui－RD1D2＋uo－uO[解]

u/Vωt4uiO[例8.2.3]下図の回路において、ui

=4sinwt

V、US

=2Vとし、Dを理想なダイオードとした場合、出力uoの波形を描け。uo=US

となるuo=ui

となる2USui<US

の時、Dが遮断し、ui>US

の時、Dが導通し、uOUS＝0とした時、uoの波形はどうなるか？8.2半導体ダイオード+-RD＋uo－US＋ui－*二、フォトダイオード（光电二极管)

光を当てると光量に比例した逆電流が流れる。*三、発光ダイオード（发光二极管）順方向電流が流れると、発光ダイオードは発光することができる。その順方向電圧降下は2V以下で、順方向電流は約10mA

である。発光ダイオードは身近な物に数多く応用されている。図ERDフォトダイオードの回路ERD発光ダイオードの回路8.2半導体ダイオード*四、フォトカプラー•フォトアイソレータ

（光电耦合器、光电隔离器）入力信号と出力信号が電気的に絶縁されているため、耐ノイズ性が高められる。（输入和输出信号之间电气隔离，因此提高了抗干扰能力）入力回路出力回路

フォトカプラーは入力された電気信号を光に変換し、その光で受光素子を導通させることにより信号を伝達する。8.2半導体ダイオード直流安定化電源の構成（直流稳压电源的组成）8.3直流安定化電源の構成戻し8.4交流安定直流交流電源～適当な大きさの交流電圧電源変圧器整流回路脈流（脉动直流）平滑回路（滤波电路）非安定直流直流負荷安定化回路（稳压电路）定義：交流直流整流逆変換一、単相ブリッジ整流回路（单相桥式整流电路）8.4整流回路+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4二、単相ブリッジ整流回路の動作原理正半波期間:u2＞0uo=u2u2(-)

(+)D2とD4が遮断、D1とD3が導通8.4整流回路+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4負半波期間:u2<0uo=－u2D1とD3が遮断、u2D2とD4が導通8.4整流回路二、単相ブリッジ整流回路の動作原理(+)

(-)uD3,uD1uD4,uD2D1D3通D2

D4通OωtuDuoOωtu2Oωt図の対照8.4整流回路二、単相ブリッジ整流回路の動作原理u2D4D2D1D3+-uORL+-u2D4D2D1D3+-uORL+-2、Dを通る平均電流3、Dに加わる逆電圧の最大値1、出力電圧、電流の平均値三、解析計算Io8.4整流回路D1D3通D2

D4通uoOωtu2Oωtダイオードブリッジ（整流桥块）

各端子を正確に接続する必要がある。~~入力交流電圧端子+-出力直流電圧端子ダイオ｜ドブリッジ個別素子8.4整流回路一、コンデンサ平滑回路（电容滤波电路）平滑回路の働き：脈流の直流電圧をより緩やかな直流電圧に変換すること。

（把脉动性比较大的直流电压变成比较平缓的直流电压）平滑コンデンサをもつ単相ブリッジ回路

（有电容滤波的整流电路）8.5平滑回路+-uOabTr+-u2+-u1RLD1D3D2D4+C1、動作原理ABD1とD3：導通C：充電D：遮断C：放電D2とD4：導通C：充電平滑度が時定数

t（=RL∙C）によって決められる。（平滑程度与τ（=RL∙C）有关）8.5平滑回路u2ωtOωtuoO+C+-uOTr+-u2+-u1RLD1D3D2D4一般に、2、数値関係UOが高められた一般に、負荷を開放した時、

電解コンデンサ選択の原則：ダイオード選択の原則：ダイオードに衝撃電流が流れるため3、適用範囲：負荷電流が小さい回路に適用される。8.5平滑回路二、チョークコイル平滑回路（电感滤波电路）1、動作原理2、適用範囲：負荷の電流が大きく、電流の変化が著しい場合に適用される。直流成分にとっては、

XL=0、短絡に相当し、出力直流電圧の大部分はRLにかかる。高調波成分にとって、

f

が高いほど、XLが大きくなり、出力直流電圧の大部分はXLにかかる。出力電圧の平均値（約）が

UO=0.9U2となる。チョークコイル平滑回路8.5平滑回路u2D4D2D1D3+-uORL+-L三、π形平滑回路（复式滤波电路）1、回路2、作動原理π型

RCフィルター：（1）XC2が小さいため、交流成分の大部分がRにかかる。（2）

RL>Rであるため、直流成分の大部分がRLにかかり、

uOが平滑になる。(a)π型LC平滑回路

(b)π型RC平滑回路8.5平滑回路+C2+RLuO-L+C1+C2+RLuO-+C1R

[例8.5.1]

電圧平滑用のコンデンサをもつ単相ブリッジ回路において、電源の周波数

f=50Hz、負荷抵抗

RL=100、U2=25Vとした時、次の問題に答えよ。（1）整流ダイオードを選択せよ；（2）コンデンサを選択せよ；（3）出力側の直流平均電圧UOが次の各値になると想定した時、回路の状態を判断せよ。(a)UO

=30V；(b)UO

=22.5V；(c)UO

=25V；(d)UO

=11.25V；(e)UO

=35.35V。

8.5平滑回路+C+-uOTr+-u2+-u1RLD1D3D2D4[解]（1）（2）設計手引きにより、C=470mF,UCN=50Vの電解コンデンサを選択できる。UO=1.2U2=30VIO

=

UO/RL=0.3AIF≥2IDIO=2×2=0.3AUR≥URm=35.4V=2U28.5平滑回路設計手引きにより、2CZ53B型（IF=300mA,UR=50V）のダイオードを四つ選べる。と計算できるため、

UO（V）回路状態計算値uoの波形302522.511.2535.35通常状態ブリッジ整流+C平滑UO=1.2U2Dのうち一つが未接続半波整流+C平滑UO=1.0U2Cが未接続ブリッジ整流UO=0.9U2一つのDとCが未接続半波整流UO=0.45U2RLが未接続無負荷（3）（U2

=25Vとする）8.5平滑回路2、主な特性一、定電圧ダイオード（稳压二极管）面接触式の構造からなるシリコンダイオードである。（面接触型硅二极管）順方向特性

普通のダイオードと同じ特性を持つ。8.6

安定化回路IzminIzmaxUzU/VI/mA

O1、構成V－I特性一、定電圧ダイオード（稳压二极管）(b)逆方向特性

a-b段の特性は、電圧を微量に変化させると、電流が急変することである。

通常のダイオードと違って、逆方向特性を利用して一定範囲での逆方向電圧を掛けても、ダイオードが壊れることはない。図記号8.6

安定化回路IzminIzmaxUzU/VI/mA

OV－I特性ba

3、主なパラメーター

降伏電圧（稳定电压）：Uz

安定電流の最小値：Izmin

安定電流の最大値：Izmax4、電圧安定化の原理入力電圧や負荷電流の変化による出力UOが変化した場合、UOUO=UI

–URUzIz

I=(IZ

+IO)UR

=IR8.6

安定化回路+C+-UOTr+-UIRLD1D3D2D4RDZ

IZ

IO

I

一、定電圧ダイオード（稳压二极管）[例8.6.1]

定電圧ダイオードDZ1とDZ2の降伏電圧をそれぞれ4.5V、9.5Vとし、順方向導通電圧を全部0.5Vとした場合、次の各回路の出力電圧UOを求めよ。8.6

安定化回路+-UO+-UI=18VRDZ1

DZ2

+-UO+-UI=10VRDZ1

DZ2

+-UO-+UI=4VRDZ1

DZ2

+-UO-+UI=4VRDZ1

DZ2

+-UO+-UI=8VRDZ1

DZ2

(b)(c)(d)(e)[解]（a）∵Ui＝18V>（UZ1+UZ2）＝4.5+9.5＝14V

∴DZ1とDZ2が逆方向降伏状態となり、出力電圧Uo

を安定させることができる。（b）∵Ui＝10V<（UZ1＋UZ2）＝14V、DZ1とDZ2が降伏状態にならなく、全部遮断するので、（c）DZ1とDZ2が導通状態になるので、（d）∵Ui＝4V<UZ2＝9.5V、

∴DZ2が遮断し、従って、（e）DZ1が降伏状態となり、DZ2が導通状態となるため、8.6

安定化回路1、三端子レギュレータの種類CW78XX系列：正出力CW79XX系列：負出力例えば:CW7805+5Vの出力電圧

CW7912–12Vの出力電圧

三端子レギュレータ8.6

安定化回路二、三端子レギュレータ（三端固定式集成稳压器）2、電圧安定化回路の接続図（稳压电路接线图）入力端子：1、3出力端子：2、3CI：0.33F，発振防止（防振荡）CO：0.1F，安定度を高める（提高UO稳定性）CW78XXの接続図8.6

安定化回路+C+-UO+-u2+-u1RL12CW78XX3CI+CO+2、電圧安定化回路の接続図（稳压电路接线图）入力端子：3、1出力端子：2、1C1：2.2FCO：1FCW79XXの接続図8.6

安定化回路+C-+UO+-u2+-u1RL32CW79XX1CI+CO+正、負両電源を出力できる回路の接続図（同时输出正负两组电压接线图）8.6

安定化回路12CW78053UOCICW7905321UI+–++CI+–CO++CO一、普通のサイリスタ

（普通晶闸管）1、基本構造普通のサイリスタ8.7サイリスタGゲート（控制极或门极）PNPNKカソード（阴极）Aアノード（阳极）AKG図記号（1）

uG≤0の時（遮断状態にあるまま）、

uA>0、uA＜0、いずれの場合でも、サイリスタが遮断されることになる。＋uA－＋uG－GPNPNKA2、

動作原理8.7サイリスタ（2）uA>0、且つuG>0の時、

サイリスタが導通状態になる。（3）サイリスタが一旦導通状態になると、ゲートとしての機能を失うことになる。つまり、uA>0の条件を満たせば、サイリスターの導通状態をこのままが維持することができ、

uG≤0の時でも遮断されない。（4）導通状態から遮断状態への操作条件(IH:保持電流)uA≤0或いは

iA≤

IH2、

動作原理(a)導通条件（ターンオン）：

uA>0且つuG>0(b)

サイリスタが一旦導通状態に入ると、ゲートの機能を失うことになる。(c)

遮断（ターンオフ）：uA≤0或いは

iA≤

IH結論：8.7サイリスタ＋uA－＋uG－GPNPNKA3、サイリスターの主なパラメータ（1）平均オン電流IF

（额定正向平均电流）

連続通電できる順方向電流の平均値である。

（通常では、商用周波数の正弦半波電流の平均値をサイリスターの定格順方向平均電流とする）（允许通过的工频正弦半波电流在一个周期内的平均值）

（2）ピーク繰り返しオフ電圧UFRM（正向重复峰值电压）

A-K間に繰り返し印加できる順方向電圧の最大許容瞬時値。（3）ピーク繰り返し逆電圧URRM（反向重复峰值电压）

アノード・カソード間に繰り返し印加できる逆電圧の最大許容瞬時値。（4）ゲート・トリガ電圧UG及び電流IG（控制极触发电压和电流）8.7サイリスタサイリスタの導通をさせる最低限のゲート電圧及び電流。*二、双方向サイリスタ（双向晶闸管）8.7サイリスタA2A1G

双方向サイリスタは、トライアックともいい、2個のサイリスタを逆並列に接続し、双方向に電流を流せるようにしたものである。KAG*三、ゲートターンオフサイリスタ（可关断晶闸管）

uA＞0、uG＞0の条件を満たした時、動通状態に入る；uA＞0、uG＜0の条件を満たした時、遮断状態に入る。

双方向サイリスタの図記号ゲートターンオフサイリスタの図記号一、単相全波混合ブリッジ整流回路（半控桥整流电路）混合整流素子による単相ブリッジ全波