电工电子技术 课件 项目六 二极管及其应用

任务一

二极管的认识

任务二

直流稳压电源的分析(1)了解半导体的结构、分类与PN结特性。(2)掌握半导体二极管的工作原理与特性以及主要参数。(3)了解常用半导体二极管的应用电路。(4)了解识别二极管的方法。任务一

二极管的认识理解二极管的基本概念,了解二极管的单向导电性;掌握二极管的结构与特性;熟悉二极管的类型与符号,能识别与选择二极管。一、

二极管的结构多数现代电子器件是由导电性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制成的。导电能力强的物质称为导体。几乎不导电的物质称为绝缘体。半导体就是指导电性能介于导体和绝缘体之间的一类物质,如硅(Si)、锗(Ge)、砷、金属氧化物和硫化物等。很多半导体的导电能力在不同条件下有很大的差别。例如有些半导体(如钴、锰、镍等)的氧化物对温度的反应特别灵敏,环境温度增高时,它们的导电能力要增强很多,利用这种特性可制成各种热敏电阻。又如有些半导体(如镉、铅等的硫化物与硒化物)受到光照时,它们的导电能力明显增强,当无光照时又变得像绝缘体那样不导电,利用这种特性可制成各种光敏电阻。更重要的是,在纯净的半导体中掺入微量的某种杂质后,它的导电能力就可增加几十万乃至几百万倍。例如,在纯硅中掺入百万分之一的硼后,硅的电阻率就从2×103Ω·m左右减小到4×10-3Ω·m左右,利用这种特性可制成各种不同用途的半导体器件,如二极管等。(一)本征半导体本征半导体是完全纯净且晶体结构完整的半导体。1.本征半导体结构半导体较典型的应用材料是硅和锗,它们都是四价元素,最外层都有四个价电子。硅晶体结构如图61所示,它们原子之间形成有序的排列,邻近原子之间形成稳定的共价键。2.本征激发本征半导体共价键中的价电子并不像绝缘体那样被束缚得很牢,在室温下,受热运动激发,其价电子会获得足够的能量从而摆脱共价键的束缚,成为自由电子,同时,在共价键相应处留下一个空位,即空穴。这种产生自由电子和空穴的现象,叫本征激发,如图62所示。受本征激发,在本征半导体中产生的自由电子和空穴成对出现,数量相同,而且随着温度升高,其电子与空穴对的浓度也会增高,因而具备有限的导电能力。温度越高,本征半导体内的自由电子和空穴对数目越多,其导电能力越强,这就是半导体导电能力受温度影响的主要原因。本征半导体在外加电场作用下,束缚电子可随机填充到邻近的空穴上,同时在这个束缚电子原处又留下了新的空穴,其他束缚电子同样可移到这个新空穴上,这样就在共价键中出现一定的电荷迁移。在外电场的作用下自由电子和空穴做定向运动形成电流,这样的自由电子和空穴通常称为载流子。空穴的移动方向与电子移动方向相反,可把空穴看成带正电的粒子(正电荷),其电量与自由电子(负电荷)相等,符号相反。(二)杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质,可以使本征半导体的导电能力得到有效提高。根据掺入杂质的性质不同,杂质半导体分为N型半导体和P型半导体两大类。1.N型半导体在硅(或锗)本征半导体内掺入少量的五价元素杂质(如磷、砷等),因为磷或砷这样的五价元素原子与相邻的四价元素硅原子或锗原子之间形成共价键后,会多出一个电子,这个多出的电子极易受热激发而摆脱原子束缚成为自由电子,参与导电,同时使五价元素杂质对应位置出现一个空穴,形成带正电荷的杂质元素离子,使半导体仍保持电中性,如图63所示。此时,杂质半导体受本征激发仍会产生电子和空穴,这样,自由电子成为此杂质半导体中占多数的载流子,称为多子;空穴成为少数载流子,称为少子。这种主要依靠自由电子为多数载流子参与导电的杂质半导体,称为N型半导体。2.P型半导体在硅(或锗)本征半导体内掺入少量的三价元素杂质(如硼、铟等),因为硼或铟这样的三价元素原子与相邻的四价元素硅原子或锗原子之间形成共价键后,会形成一个额外的空穴,这个多出的空穴,参与导电,同时使三价元素杂质形成带负电荷的杂质元素离子,使半导体仍保持电中性,如图64所示。此时,杂质半导体受本征激发仍会产生自由电子和空穴,这样,空穴成为此杂质半导体中占多数的载流子,称为多子;自由电子成为少数载流子,称为少子。这种主要依靠空穴为多数载流子参加导电的杂质半导体,称为P型半导体。(三)PN结杂质半导体中的正负电荷数是相等的,因此保持电中性。在实际应用中,利用特定的掺杂工艺,使一块本征半导体的两边分别形成N型半导体和P型半导体,在这两种杂质半导体交界处会形成PN结。1.扩散运动

在一块本征半导体上形成的N型半导体和P型半导体交界处结构如图65(a)所示。N区中的多子是自由电子,P区中的多子是空穴。由于交界面两侧有很高的多子浓度差,因此N区和P区中的多子都会从高浓度区向低浓度区扩散。此时,N区中自由电子浓度高、空穴浓度低;P区中空穴浓度高、自由电子浓度低。接着,N区中的自由电子扩散到P区,P区中的空穴扩散到N区。若无电场,扩散运动将持续到使两侧自由电子与空穴浓度差消失为止,扩散运动方向由P区指向N区,如图65(a)所示。2.建立内电场

在N区和P区中多子扩散运动的过程中,N区中杂质原子失去一个自由电子,就会形成一个正离子,这个自由电子扩散到P区后与P区的空穴复合后,在P区就会形成一个负离子;同样,P区中杂质原子失去一个空穴,就会形成一个负离子,这个空穴扩散到N区后与N区的自由电子复合后,在N区就会形成一个正离子。这些不能移动的带电粒子,在交界面N区一侧形成带正电的电荷区,在交界面P区一侧形成带负电的电荷区,这样在N区和P区交界面就形成了很薄的空间电荷区,且在空间电荷区中产生电场,该电场称为内电场,如图65(b)所示,内电场方向由N区指向P区。3.漂移运动由于内电场方向由N区指向P区,因此在内电场作用下,N区和P区中的少子发生漂移,即N区少子空穴进入空间电荷区向P区漂移,P区少子自由电子进入空间电荷区向N区漂移,如图65(c)所示。少子的漂移运动方向与多子的扩散运动方向相反。最初,内电场弱时,多子的扩散运动占优势;随着扩散运动进行,空间电荷区逐渐变宽,使内电场增强;内电场的增强,使少子漂移运动加强,同时扩散运动被削弱;当漂移运动与扩散运动相等时,交界面处的正负离子数不再变化,空间电荷区也不再变化,此时达到动态平衡状态,形成PN结。在PN结中的空间电荷区中,多数载流子已扩散到对方区域并被复合掉了,可以说是被消耗了,因此空间电荷区也称耗尽区,它的电阻率很高,是高阻区。(四)PN结单向导电特性PN结未外加电压作用时呈现平衡状态。当给PN结两端加上外加电压后,PN结就会呈现出其导电特性。1.外加正向电压外加正向电压指在PN结的P端接高电位,N端接低电位,此时也称PN结正向偏置,简称正偏,如图66所示。当PN结正偏时,外加电场与PN结的内电场方向相反,在外加电场的作用下,空间电荷区变窄,内电场减弱,从而打破了未加电场时扩散运动与漂移运动的平衡,增强了扩散运动。即P区空穴向N区扩散,同时,N区自由电子向P区扩散,形成了同向的电流。正电荷移动方向即流过PN结的电流方向由P区指向N区。PN结正偏电压越大,其内电场被削弱得越厉害,多子的扩散运动越强烈,因而产生的正向电流随着正向电压的增加而迅速增加。2.外加反向电压外加反向电压指在PN结的P端接低电位,N端接高电位,此时也称PN结反向偏置,简称反偏,如图67所示。当PN结反偏时,外加电场与PN结的内电场方向相同,在外加电场的作用下,空间电荷区变厚,内电场增强,从而使由少子漂移运动产生的反向电流极其微弱,此时流过PN结的电流方向由N区指向P区。由上述分析得知,当PN结外加正向电压时,流过PN结的电流较大,PN结处于导通状态;当PN结外加反向电压时,流过PN结的电流极其微小,PN结处于截止状态。因此,PN结正偏导通、反偏截止,这就是PN结的单向导电特性。(五)二极管半导体二极管是在PN结的P区和N区分别引出两根金属引线,并用管壳封装而成,简称二极管。其中P区引出的引线为正极(或阳极),N区引出的引线为负极(或阴极)。图68(a)是二极管的符号,图68(b)是二极管的结构图,图68(c)是一些常见二极管的外形图。二、

二极管的工作原理二极管的核心是PN结,因此二极管也具有单向导电特性。二极管工作过程和原理主要通过二极管的伏安特性曲线来表示。(一)二极管的伏安特性曲线二极管两端电压U与流过二极管电流I之间的关系曲线,称为二极管的伏安特性曲线,如图69所示。由图可以看出,二极管两端电压与电流呈非线性关系,因此二极管是一种非线性元件。(二)二极管的伏安特性1.正向特性(U>0)当二极管两端正向电压较小时,即0<U<Uth,外电场不足以克服内电场,此时正向电流接近于零,二极管仍截止,这个特定的电压范围称为死区,这个电压值Uth称为死区电压(门槛电压),硅二极管的死区电压为0.5V,锗二极管的死区电压为0.1V;当二极管两端正向电压逐渐增大到超过死区电压后,即U>Uth,正向电流开始上升;当正向电压超过某一电压值后,正向电流按指数规律急速上升,此后曲线几乎与横轴垂直,这个电压称为二极管的导通电压。硅二极管的正向导通压降约为0.7V,锗二极管的正向导通压降约为0.3V。二极管正向特性是,当正向电压超过死区电压且二极管导通后,其结电阻很小,正向电流急速增加,但其两端电压变化很小。2.反向特性(U<0)二极管两端加反向电压时,会形成反向饱和电流Is,但由于少子数目很少,所以反向电流也很小。由二极管的伏安特性曲线可看出,这个反向饱和电流在相当宽的反向电压范围内几乎不变。二极管反向特性是,二极管两端反向电压在一定范围内时,其反向饱和电流很小,结电阻很大,二极管处于截止状态。3.反向击穿特性当增加二极管两端反向电压时,少子数目有限,起始一段反向电流无明显变化,但当反向电压超过一定值后,其反向饱和电流会急剧变大,这种现象称二极管的反向击穿,UBR为反向击穿电压。、(三)二极管的主要参数二极管的主要参数如下:1.最大整流电流IFM最大整流电流是指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流值,其数值与PN结的材料、面积及散热条件有关。实际使用时,流过二极管的最大平均电流值不能超过IFM,否则二极管会因过热而损坏。IFM是表示二极管极限使用的参数。2.反向击穿电压UBR反向击穿电压是指二极管反向击穿时的电压值。一般给出的最高反向工作电压约是反向击穿电压值的一半,以确保二极管正常工作。3.最高反向工作电压URM最高反向工作电压是指二极管在使用时所允许加的最大反向电压,通常以二极管反向击穿电压的一半左右作为二极管的最高反向工作电压。二极管在实际使用时所承受的最大反向电压不应超过此值,否则,二极管就会有反向击穿的危险。URM也是表示二极管极限使用的参数。(四)二极管的应用电路由二极管工作原理分析得到,二极管有两种工作状态:导通和截止。若二极管为理想二极管,则导通时正向管压降为零,反向截止时二极管相当于断开。利用二极管的这种特性,通常将普通二极管应用于开关电路、钳位电路、整流电路、限幅电路等电路中。1.开关电路二极管具有单向导电性,导通时相当于闭合的开关,截止时相当于打开的开关,因而被广泛应用于数字电路中。通过观察二极管正极和负极间是正向电压还是反向电压,可判断二极管是导通还是截止。二极管开关电路如图610所示,其工作过程如下:(1)当Ui1=0V,Ui2=0V时,VD1

导通,VD2

导通,Uo=0V;(2)当Ui1=0V,Ui2=5V时,VD1

导通,VD2

截止,Uo=0V;(3)当Ui1=5V,Ui2=0V时,VD1

截止,VD2

导通,Uo=0V;(4)当Ui1=5V,Ui2=5V时,VD1

截止,VD2

截止,Uo=5V。2.钳位电路钳位电路是利用二极管正向导通时管压降很小的特点构成的,如图611所示。当UA=0V时,二极管VD正向导通,由于二极管导通时管压降很小,所以B点电位被钳制在0V左右。3.半波整流电路利用二极管的单向导电特性,将交流电转变成直流电的过程叫整流。单个二极管可以实现的是半波整流,如图612所示。在交流电正半周时,二极管导通,输出端有信号;在交流电负半周时,二极管截止,输出端无信号。利用二极管单向导电性,可将交流电转变成脉动的直流电,如图613所示。4.限幅电路限幅电路就是限制信号输出幅度的电路,即按照限定的范围削平信号电压的波形幅度,从而达到限制信号幅度的目的。限幅电路应用很广泛,常用于电子技术中的整形、波形变换、过电压保护等。二极管双向限幅电路如图614所示,输入与输出波形如图615所示,其工作过程如下:三、

特殊二极管除普通二极管外,另外还有一些特殊用途的二极管,如稳压二极管、发光二极管、光电二极管、光耦合器件和变容二极管等。(一)稳压二极管稳压二极管(简称稳压管),实质上是一个面接触型硅二极管。它具有陡峭的反向击穿特性,工作在反向击穿状态。其特性曲线和符号如图616所示。在反向击穿工作区,电流变化很大(IZmin~IZmax),而电压变化却很小,即UZ基本稳定,利用这一特性可实现稳压。但必须注意:由“击穿”转化为“稳压”是有条件的,即电击穿不能引起热击穿而损坏稳压管。而普通二极管不满足此条件。稳压管的主要参数如下。1.稳定电压UZ稳定电压UZ是指稳压管反向击穿后两端的稳定工作电压。稳定电压UZ是根据要求挑选稳压管的主要依据之一。不同型号的稳压管,其稳定电压的值不同。对于同一型号的稳压管,由于制造工艺具有分散性,各个不同稳压管的UZ

值也有些差别。例如稳压管2CW14的UZ=(6~7.5V)。但对每一个稳压管来说,UZ

是确定值。2.稳定电流IZ稳定电流IZ

是指稳压管正常工作时的参考电流值。当稳压管的稳定电流小于最小稳定电流IZmin时,无稳压作用;而当稳定电流大于最大稳定电流IZmax时,稳压管将因过流而损坏。(二)发光二极管发光二极管简称LED,与普通二极管一样具有单向导电性,但正向导通时它能发光,是一种能将电能转化为光能的半导体器件,其图形符号如图617所示。当加正向电压时,由于P区和N区的多数载流子扩散至对方产生复合,在复合的过程中有一部分能量以光子的形式放出,使二极管发光。根据制成半导体的化合物材料的不同,发出的光波可以是红外线,红、绿、黄、橙等单色光。普通发光二极管常用作显示器件,如指示灯、七段数码管及手机背景灯等。红外线发光二极管可用在各种红外遥控发射器中。激光二极管常用于CD播放器及激光打印机等电子设备中。发光二极管的检测方法与普通二极管相同,正向电阻一般为几十千欧,反向电阻无穷大。(三)光电二极管光电二极管是将光能转换为电能的半导体器件,其图形符号如图618所示。它的结构与普通二极管相似,只是在管壳上留有一个玻璃窗口,以便接收光照。光电二极管在反向偏置下,产生漂移电流,当受到光照时,产生大量的自由电子和空穴,提高了少子的浓度,使反向电流增加。这时外电路的电流随光照的强弱而变化,此外它还与入射光的波长有关。光电二极管广泛应用于遥控接收器、激光头中,还可作为新能源器件(光电池)使用。光电二极管的检测方法与普通二极管相同,一般正向电阻为几千欧,反向电阻无穷大。受光照时,正向电阻不变,反向电阻变化很大。(四)光耦合器件光耦合器件是将发光二极管和光敏元件(光敏电阻、光电二极管、光电池等)组装在一起而形成的双口器件,其图形符号如图619所示。它以光为媒介,将输入端的电信号传送到输出端,实现了电—光—电的传递和转换。由于发光二极管和光敏元件分别接到输入、输出回路中,相互隔离,因而常用在电路间需要电隔离的场合。(五)变容二极管变容二极管是利用PN结的势垒电容随外加反向电压的变化而变化的原理制成的一种半导体器件,其图形符号如图620所示。变容二极管在电路中作可变电容使用,主要用于高频电子线路中,如电子调谐、频率调制等。变容二极管的检测方法与普通二极管相同,一般正向电阻为几千欧,反向电阻无穷大。任务二

直流稳压电源的分析深入理解直流稳压电源的基本组成及其工作原理,掌握各组成部分在电源中的作用;掌握直流稳压电源的设计方法,学会根据实际需求,设计直流稳压电源,包括选择合适的变压器、整流二极管、滤波电容和稳压器等元件;掌握直流稳压电源的设计测试技能,培养解决问题的能力。一、

单相整流电路有稳定电压装置的直流电源,称为直流稳压电源。在电子设备中,内部电路都由直流稳压电源供电。一般情况,常用的直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路所组成,如图621所示。其中,将电网的交流电压变换成单向脉动直流电压的过程叫作整流,将直流脉动成分滤除的过程叫作滤波,将输出电压稳定在一定范围内的过程叫作稳压。整流电路是利用二极管的单向导电性,将交流电压变成单向脉动电压的电路,按被整流的交流电相数分为单相整流电路和三相整流电路,按电路特点不同分为半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路。这里主要介绍单相半波整流电路和单相桥式全波整流电路。(一)单相半波整流电路1.电路结构及工作原理单相半波整流电路如图622所示,Tr为电源变压器,变压器二次绕组电压为u2;VD是整流二极管;RL

是负载。由于加在二极管上的电压幅度较大,因而在电路原理分析中假定二极管为理想二极管,即只要二极管两端电压大于零,二极管就导通且相当于短路;只要二极管两端电压小于或等于零,二极管就截止且相当于开路。(1)当u2为正半周时,变压器二次绕组上端A点为正,下端B点为负,UA>UB,二极管正向偏置,因而处于导通状态,电流从A点流出,经二极管、负载电阻回到B点,电压几乎全部加在负载RL上。(2)当u2为负半周时,变压器二次绕组上端A点为负,下端B点为正,UA<UB,二极管反向偏置,因而处于截止状态。可见,在输入交流信号的一个周期中,只有u2正半周二极管导通时负载上才有输出,输出波形为正弦波上半周,如图623所示。

可见,在输入交流信号的一个周期中,只有u2正半周二极管导通时负载上才有输出,输出波形为正弦波上半周,如图623所示。2.电路主要参数单相半波整流电路在输入电压的一个周期内,只是正半周导通,半波整流电路负载上得到的是半个正弦波。负载上得到的输出直流平均电压为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管承受的最大反向电压为在实际选择二极管时,一般根据流过二极管的平均电流ID和它承受的最大反向电压URM来选择二极管的型号,但考虑电网电压会有一定的波动,所以选择二极管时ID和URM要大于实际工作值,一般可取1.5~3倍的ID和URM。单相半波整流电路结构简单,但输出电压脉动较大,一般只应用于对输出电压要求不高的场合。(二)单相桥式全波整流电路单相桥式全波整流电路,克服了半波整流电路只利用电源的半个周期、输出的整流电压脉动大、平均直流电压低、变压器利用率低的缺点。实际工程上常用的整流电路是桥式整流电路,单相桥式全波整流电路的结构如图624所示。1.电路组成及工作原理(1)当u2为正半周时,设变压器二次绕组电压为

此时A端为正,B端为负,二极管VD1

和VD3

因正向偏置而导通,VD2、VD4

因反向偏置而截止。电流方向为A→VD1→RL→VD3→B,负载RL

得到上正下负的电压(uo=u2)。(2)当u2为负半周时,即A端为负,B端为正,二极管VD2

和VD4

正向偏置导通,VD1、VD3

反向偏置截止。电流的流向为B→VD2→RL→VD4→A,负载RL

仍得到上正下负的电压(uo=-u2)。可见,在u2的整个周期内,由于VD1、VD3

和VD2、VD4

两组二极管轮流导通,各工作半个周期,这样不断重复,在负载上得到单一方向的全波脉动的电压和电流,如图625所示。但这种直流电是脉动的,不能供给对直流电要求较高的场合。2.电路参数由于整流电路和滤波电路存在一定的电压损失,因此负载输出直流电压的平均值为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压为2.电路参数由于整流电路和滤波电路存在一定的电压损失,因此负载输出直流电压的平均值为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压为二、

滤波电路交流电网电压经过整流电路后的输出电压,都变成了脉动的直流电压。这样的脉动直流电压包含较大的交流分量,只适合对电压平滑性和稳定性要求不高的场合,如电镀、充电等。而常用电子产品对直流电平滑性和稳定性要求较高,因此要尽量降低输出电压中的脉动成分并提高输出的直流成分,使输出电压接近于理想的直流电压。所以,交流电压经整流电路后都要再经过滤波电路,从而得到平滑的直流电压。滤波电路是利用电容器或电感线圈在二极管导电或截止时存储或释放能量的特性,在负载上得到平滑的输出电压的。常见的滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路。(一)电容滤波电路1.电路组成及工作原理1)单相半波整流电容滤波电路。单相半波整流电容滤波电路,是在负载RL两端并联电容C组成的,如图626所示。其工作原理如下:(1)在u2的正半周,其按正弦规律上升时,变压器二次绕组电压大于电容两端电压,即u2>uC,整流二极管VD因正向偏置而导通,电容C被充电,极性为上正下负。由于充电回路电阻很小,因而电容C很快充电完成。此时,负载RL上得到的电压uo为变压器二次绕组电压u2。(2)当u2正半周上升至ωt=π/2时,u2达到峰值,此时u2≈uC。(3)在u2的正半周,其按正弦规律下降时,二极管VD截止,电容C通过负载RL放电,放电时间常数τ=RLC。由于u2下降速度大于uC放电速度,故u2<uC,此时负载RL上得到的电压uo为uC。(4)在电容放电同时,u2依然按正弦规律变化,直到u2的下一个正半周时,u2逐渐增大,再次满足u2>uC,VD再次导通,电容C再次被充电。负载上得到的电压按此规律重复变化,输出波形如图627所示,由图可见,放电时间常数τ=RLC越大,输出波形越平滑。2)单相桥式全波整流电容滤波电路单相桥式全波整流电容滤波电路是在单相桥式整流电路负载RL两端并联电容C组成的,如图628所示。电路工作原理与单相半波整流电容滤波电路相似。①

在u2的正半周,u2>uC,二极管VD1、VD3

导通,VD2、VD4

截止,u2为负载RL提供电压的同时对电容C充电。随着u2增大,uo也逐渐增大,直至达到峰值,电容C充电结束。②

随着u2按正弦规律下降,电容C通过负载RL放电,由于uo下降的速度小于u2下降的速度,二极管VD1、VD3

状态由正向导通变为反向截止,电容C继续通过负载放电,使负载两端电压缓慢下降。③在u2的负半周，重复正半周的过程，这样在负载RL上得到如图6-29所示的较平滑的直流电压。2.电路参数1)负载RL上的输出电压Uo单相桥式全波整流电容滤波电路的输出电压为2)滤波电容滤波电容容量的大小取决于放电回路的时间常数,RLC越大,输出电压脉动就越小,通常取RLC为脉动电压中最低次谐波周期的3~5倍。单相桥式全波整流电容滤波电路,其电容容量通常应满足其中,T为交流电周期。滤波电容一般采用电解电容,其耐压值应满足URM

应考虑2~3倍的裕量。电容滤波电路结构简单、输出电压高且脉动小,但在接通电源的瞬间,会产生强大的充电电流,同时,因负载电流太大,电容器放电的速度加快,会使负载电压变得不够平滑,所以电容滤波电路只适用于负载电流较小的场合。(二)电感滤波电路1.电路组成及工作原理单相桥式全波整流电感滤波电路如图630所示,即在单相桥式全波整流电路与负载之间串联一个电感元件L。该电路工作原理为:理想电感元件通过交变电流时,电感两端会产生一个感生电动势,从而阻碍电流的变化。当通过电感的电流变大时,电感产生的自感电动势与电流方向相反,从而阻碍电流变大,同时将存储一部分磁场能量;当通过电感的电流变小时,其产生的自感电动势与电流方向相同,从而阻碍电流变小,同时释放存储的能量。该电路利用电感对脉动成分呈现较大感抗的原理来减少输出电压中的脉动成分,从而使输出电压更加平滑。该电路输出波形如图631所示。2.电路参数负载上输出电压的平均值为电感滤波电路输出电压较电容滤波电路输出电压小,峰值电流小,输出电压比较平坦。由于电感的直流电阻小,交流阻抗很大,因此直流分量经过电感后的损失很小,很大一部分交流分量降落在电感上,因而降低了输出电压中的脉动成分。电感L越大,则滤波效果越好,所以电感滤波适用于输出电压不高、负载电流比较大且变化比较大的场合。三、

稳压电路交流电经过整流滤波后得到的平滑直流电压,会随电网电压的波动和负载电流的变化而改变,因而在对直流电压要求比较高的电子电路中,通常要在整流滤波电路后加上稳压电路,使其能输出稳定的直流电压。常见的直流稳压电路有稳压管稳压电路、线性稳压电路和开关稳压电路等。这里主要介绍硅稳压管稳压电路和集成稳压电路。(一)硅稳压管稳压电路1.电路结构硅稳压管稳压电路如图632所示,经过整流滤波后的输入电压为Ui;稳压电路的输出电压为Uo,稳压管的稳定电压为UZ,限流电阻为R。由图632电路可知,硅稳压管稳压电路的输出电压和输出电流分别是2.电路工作原理对于硅稳压管稳压电路一般从两方面说明其稳压过程,一是假定电网电压波动,研究其输出电压是否稳定;二是假定其负载变化,研究其输出电压是否稳定。1)负载电阻RL不变时输入电压Ui随电网电压变化的电路情况(1)当电网电压升高时,在图632所示的稳压管稳压电路中,根据

可知,稳压电路的输入电压Ui增大,Uo、UZ

也随之增大,从而使IZ

急剧增大;再根据IL=IR-IZ

可知,IZ

急剧增大使IR增大,于是限流电阻两端电压UR增大,这样Uo减小,以此来抵消之前输出电压Uo的增大,使输出电压Uo基本保持不变。过程如下:(2)当电网电压下降时,各变量的变化与上述过程相反,UR的变化补偿了电网电压的变化,以保证Uo基本不变。过程如下:由此可见,当电网电压变化时,稳压电路通过限流电阻R上电压的变化来抵消Ui的变化,从而使Uo基本不变。2)电网电