二極管及直流穩(wěn)壓電源全章課件

1、第一章二極管及直流穩(wěn)壓電源第一章二極管及直流穩(wěn)壓電源 1.3直流穩(wěn)壓電源 1.2特殊二極管 1.1二極管 1二極管的主要參數(shù)。 2二極管的單向?qū)щ娞匦浴?【教學難點】【教學難點】 1二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型。 2二極管的單向?qū)щ娞匦约胺蔡匦浴?【教學重點】【教學重點】 1了解二極管的基本結(jié)構(gòu)、類型和主要參數(shù)。 2掌握二極管的主要特性。 【教學目的】【教學目的】 1.1二極管 1.1.2二極管的主要參數(shù) 1.1.1二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型 如下圖所示，在一個PN結(jié)的兩端各引出一個 電極，外加玻璃或塑料的管殼封裝就是二極管。 由P型半導體（摻入三價元素硼鎵等空穴多，自由 電子少）引出的電

2、極，稱為正極（或陽極）；由N 型半導體（摻入五價元素磷砷等空穴少，自由電 子多）引出的電極，稱為負極（或陰極）。 2二極管的特性二極管的特性 正極接電源正端， 負極經(jīng)L、R接電源 負端，電路導通。 負極接電源正端，正 極經(jīng)L、R接電源負端, 電路不導通。 結(jié)論： 二極管正向偏置時導通， 反向偏置時截止。這就是二極 管的單向?qū)щ娦浴?1.1.1 二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型 1二極管的基本結(jié)構(gòu)二極管的基本結(jié)構(gòu) （1）二極管的單向?qū)щ娦?反向擊穿（CD段）：當反向電壓超過擊穿電壓 后，二極管的反向電流急劇增加。 二極管伏安特性曲線為非線性，所以二極管屬于非線性器件 。

3、反向截止（OC段）：二極管反向電流很小， 二極管不導通。 反向特性（圖中反向特性（圖中OCD段）段） 正向?qū)ǎˋB段）：正向電流迅速增加，二 極管兩端電壓降變化不大。 死區(qū)（OA段）：二極管不導通。 正向特性（圖正向特性（圖OAB段）段） 伏安特性：通過二極管的電流和它兩端電壓之間 的對應(yīng)關(guān)系。右圖為二極管的伏安特性曲線。 （2）二極管的伏安特性 3.二極管的類型二極管的類型 允許通過較小的電流（不超過幾十毫 安）。 適用于高頻小電流電路，如收音機的檢 波等。 允許通過較大的電流（幾安到幾 十安）。 適用于把交流電變換成直流電的 “整流”電路中。 能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定 可靠。 多用

4、于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。 面接觸型 平面型 點接觸型 （1）點接觸型二極管）點接觸型二極管 （2）面接觸型二極管）面接觸型二極管（3）平面型二極管）平面型二極管 1.1.2 1.1.2 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) FM I RM V R I 1最大整流電流 二極管在室溫下長期運行允許通過的最大正向平均電流。 2最高反向工作電壓 二極管正常工作時所允許外加的最大反向電壓。 3反向電流 在二極管加反向電壓而未擊穿時的反向電流值。 1.2特殊二極管 【教學目的】【教學目的】 了解幾種常見的特殊二極管的功能、電路符號、工作條件和特性。 【教學重點】【教學重點】 特殊二極管的功能、電路符號、工作

5、條件和特性。 【教學難點】【教學難點】 特殊二極管的工作條件及特性。 1.2.1穩(wěn)壓二極管 1.2.2發(fā)光二極管 1.2.3光電二極管 1.2.4變?nèi)荻O管 1.2.5激光二極管 1.2.11.2.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 工作條件：反向擊穿。 電路符號電路符號實物圖實物圖 穩(wěn)壓二極管利用 PN 結(jié)的反向擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。 特 性：正向特性與普通二極管相同； 反向擊穿特性較陡； 反向擊穿電壓為幾伏幾十伏。 應(yīng) 用：穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中。 1.2.21.2.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管 工作條件：正向?qū)ā?電路符號電路符號 實物圖實物圖 發(fā)光二極管簡稱為LED，它能把電能轉(zhuǎn)換成光能

6、，實現(xiàn)發(fā)光的功能。 特 性：與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦阅埽?體積小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、亮度較高、響應(yīng)快、壽命長； 工作電壓低(約 2 V)，工作電流小(約 10 mA)。 應(yīng) 用：各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中的電源指示、電 平指示、組成文字或數(shù)字顯示。 1.2.31.2.3光電二極管光電二極管 工作條件：反向偏置。 電路符號電路符號實物圖實物圖 光電二極管也稱光敏二極管，是一種將光信號轉(zhuǎn)變成電信號的器件。 特 性： 無光照時，反向電阻高達幾十兆歐； 有光照時，反向電阻降為幾千歐幾十千歐 。 應(yīng) 用： 在自動控制中作為光/電檢測元件，制作光電池。 1.2.41.2.4變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管

7、工作條件：反向偏置。 電路符號電路符號 實物圖實物圖 變?nèi)荻O管PN結(jié)的電容是可變，由此可以實現(xiàn)改變電容的功能。 特 性： 正向特性與普通二極管相同； 反偏時，PN結(jié)電容隨外加電壓升高而降低； 電容量較小，幾十幾百pF 。 應(yīng) 用：電視機、收錄機等家用電器和儀器儀表中構(gòu) 成調(diào)諧電路和自動頻率微調(diào)電路。 1.2.51.2.5激光二極管激光二極管 工作條件：正向?qū)ā?電路符號電路符號實物圖實物圖 激光二極管是在發(fā)光二極管的PN結(jié)間安置一層具有光活性的半導體，使其能發(fā)射出 單波長紅外光。 特 性：與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦阅埽?體積小、重量輕、耗電低； 驅(qū)動電路簡單、方便調(diào)制； 耐機械沖擊、

8、抗震動。 應(yīng) 用：遠距離光纖通信的光源，計算機光驅(qū)、激光打印機打印 頭，VCD機及條形碼閱讀器等。 1.3直流穩(wěn)壓電源 【教學目的】【教學目的】 1掌握整流電路、濾波電路的組成結(jié)構(gòu)、工作原理。 2理解直流穩(wěn)壓電源的電路結(jié)構(gòu)、工作原理。 3學會估算整流、濾波電路的主要參數(shù)。 4掌握三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用。 5了解開關(guān)電源的工作特點。 【教學重點】【教學重點】 1橋式整流電路結(jié)構(gòu)及工作原理。 2電容濾波電路結(jié)構(gòu)及工作原理。 3直流穩(wěn)壓電源的組成及功能。 4三端集成穩(wěn)壓器的類型及應(yīng)用。 【教學難點】【教學難點】 1整流、濾波電路及元件的主要參數(shù)估算與選用。 2開關(guān)電源的工作特點。 1.3.1整流電路

9、1.3.2濾波電路 1.3.3穩(wěn)壓電路 1.3.1 1.3.1 整流電路整流電路 直流穩(wěn)壓電源：把交流電通過整流、濾波和穩(wěn)壓電路處理后得到穩(wěn)定的直流電壓 的電路。其組成框圖如下圖所示。 利用二極管的單向?qū)щ娦?，把交流電變換成脈動直流電的電路稱為整流電路。 1半波整流電路半波整流電路 T電源變壓器，用來將220V交流市電電壓 變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時保 證直流電源與市電電源有良好的隔離。 V整流二極管，將交流電變成脈動直流電。 負載等效電阻。 L R 輸入電壓為正半周時， 二極管 V正向?qū)?，電流由A經(jīng)C到達B點, 在負載上得到上正下負的電壓。 輸入電壓為負半周時，二極管 V反向截

10、止。電路中沒有電流流過 負載，負載上無輸出電壓。 （1）工作原理 由此可見，在半波整流電路中，交流電一個周期內(nèi)，二極管半個周期導通半 個周期截止，輸出的脈動直流電的波形是輸入交流電波形的一半。 “半波整流” 由此得名。 （2）半波整流電路的特點 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單 缺點：電源利用率低、脈動成分大。 應(yīng)用：對直流電壓波動要求不高的場合，如蓄電池的充電等。 2橋式整流電路橋式整流電路 輸入電壓為正半周時， 二極管V1和V3正向?qū)?，V2和V4反向截止，在負載 上得到上正下負的電壓。 （1）工作原理 輸入電壓為負半周時， 二極管V2和V4正向?qū)?，V1和V3反向截止，在負載 上仍然得到上正下負的電壓。

11、在橋式整流電路中，4只二極管分為兩組，交流電正、負半周各有一組二極管 導通，且流過負載的電流是同一方向，在負載上得到全波脈動直流電。 （2）橋式整流電路的特點 優(yōu)點：輸出電壓高、脈動較小、電源效率高、二極管承受的最大反向電壓低。 缺點：電路復雜、二極管數(shù)量多。 應(yīng)用：對直流電壓波動要求高的場合。 3 3整流電路及元件的主要參數(shù)估算與選用整流電路及元件的主要參數(shù)估算與選用 L R L V L I 2 45.0VV L LL L L R V R V I 2 45.0 橋式整流：因為負載上得到的是全波脈動直流電，因此，直流輸出電壓為： 2 9.0VV L LL L L R V R V I 2 9 .

12、 0 （1）負載 上的直流輸出電壓 和直流輸出電流 半波整流：負載上的直流輸出電壓是整流電路輸出電壓在一個周期內(nèi)的平均值； 負載上的直流輸出電流是直流輸出電壓與負載阻值的比值。 直流輸出電流為： （2）整流二極管上的平均整流電流 F I L LF R V II 2 45.0 LL LF R V R V II 22 45. 0 2 9 . 0 2 1 （3）整流二極管所承受的最高反向電壓 RM V 2 v 2 2VV RM 整流二極管的選擇可以 和 為依據(jù)，通過查閱器件手冊來選出，但要留有 一定的余量，以使整流二極管能長期安全工作。 F I RM V 半波整流：流過整流二極管的平均電流即為負載中

13、的直流電流。 橋式整流：流過每個整流二極管的平均電流應(yīng)為負載中的直流電流的一半。 半波整流、橋式整流電路中二極管所承受的最高反向電壓均是 的峰值 。 1.3.2 1.3.2 濾波電路濾波電路 半波整流電容濾波 橋式整流電容濾波 濾波：把整流電路輸出電壓中的波動成分盡可能地減小，改造成接近平穩(wěn)的直流電。 常用的濾波電路有電容濾波電路、電感濾波電路和復式濾波電路。 1 1電容濾波電路電容濾波電路 電容濾波電路：將電容器接在整流電路后面，與負載并聯(lián)，其電路如下圖所示。 半波整流電容濾波波形半波整流電容濾波波形 橋式整流電容濾波波形橋式整流電容濾波波形 充電時，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電

14、壓的最大值；放電時， 電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負載電阻越大， 充電和放電時電容器兩端電壓的變化越小。 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，輸出電壓高，脈動小。 缺點：存在“浪涌電流”；同時，若負載電流太大，會使負載電壓不平穩(wěn)。 適用：負載電流較小的場合。 2電感濾波電路電感濾波電路 電感濾波電路是將電感元件與負載串聯(lián)， 接在整流電路后面。 當輸入電壓升高導致流過L的電流增大時， L 中產(chǎn)生的自感電動勢能阻止電流的增大； 當輸入電壓降低導致流過L的電流減小時， L 中的自感電動勢又能阻止電流的減小。 經(jīng)電感濾波后，輸出電壓的波形可以變得平 滑，脈動減小。L越大，濾波效果越好。 電感

15、濾波的特點：電感濾波的特點： 優(yōu)點：峰值電流小，輸出特性較平坦。 缺點：輸出電壓較低，鐵芯笨重、體積大，易引起電磁干擾。 適用：低電壓、大電流的場合。 3復式濾波電路復式濾波電路 L 型濾波電路：濾波效能高，適用于負載電 流較大、要求紋波很小的的場合。 LC- 型濾波電路：濾波效果好，適用于負 載電流較大、對直流輸出穩(wěn)定度要求較高的 場合。 RC-型濾波電路：濾波效果好，適用于負 載較輕，對輸出電壓穩(wěn)定度要求不高的場合。 4濾波電路及元件的主要參數(shù)估算與選用濾波電路及元件的主要參數(shù)估算與選用 L V 1 ( L V 2 )1.1V半波整流電容濾波 ： 橋式整流電容濾波 ： 2 2 . 1 VV

16、L （2）電容濾波電路中濾波電容 的選擇 C 濾波電容的選擇主要應(yīng)考慮：輸出端得到平滑的直流電壓；保證整流管的 使用安全。 輸出電流 （A） 210.510.150.50.050.150.05以下 電容 容量（F）330022001000470220470220 L I C （1）電容濾波電路的直流輸出電壓 電容濾波電路中電容的取值與負載電流的關(guān)系如下表： 1.3.31.3.3穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 1.1.集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路 型號：型號：W78XX 系列和 W79XX 系列 W78XX 系列是輸出正值電壓的穩(wěn)壓器，W79XX 系列是輸出負值電壓的穩(wěn)壓器； 型號后 XX 兩位數(shù)字代表輸出電壓值

17、。 性能特點：性能特點： 輸出電流超過1.5A，必須加裝散熱器； 不需要外接元件； 內(nèi)部有過熱保護和過流保護電路。 最簡單的集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。 （1）固定式三端集成穩(wěn)壓器 固定式三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路： 是穩(wěn)壓器的輸入電壓，從 穩(wěn)壓器輸出端可同時輸出 兩種電壓。 I V O V 提高輸出電壓電路提高輸出電壓電路 穩(wěn)壓器輸出電壓為，穩(wěn)壓管的穩(wěn) 定電壓為，則整個電路的輸出為： XX V Z V ZXXO VVV 正、負電壓同時輸出電路正、負電壓同時輸出電路 （2）可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器 型號：型號：正電壓輸出 LM117 / LM217 / LM317 系列； 負電壓輸出 LM137 / LM237 / LM337 系列。 性能特點：性能特點： 輸出電壓連續(xù)可調(diào)； 穩(wěn)壓精度高，輸出紋波?。?