電工學8直流穩(wěn)壓電源PPT學習教案

1、會計學1電工學電工學8直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源2導體、半導體、絕緣體。導體、半導體、絕緣體。 物質(zhì)按導電能力劃分：物質(zhì)按導電能力劃分： 半導體的導電性能：半導體的導電性能： 價電子參與導電、價電子參與導電、 摻雜增強導電能力、摻雜增強導電能力、 熱敏特性、光敏特性。熱敏特性、光敏特性。 是一種完全純凈的、結構完整的半導體晶體。是一種完全純凈的、結構完整的半導體晶體。 第1頁/共37頁3 在絕對零度時，不導電。在絕對零度時，不導電。 溫度（或光照）溫度（或光照） 價電子獲得能量：價電子獲得能量： 本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴對。本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴對。 自由電子和空穴均參與導電，自由電子和空

2、穴均參與導電， 統(tǒng)稱為載流子。統(tǒng)稱為載流子。 溫度溫度 載流子的濃度載流子的濃度 導電能力導電能力 。 自由電子釋放能量跳回共價鍵自由電子釋放能量跳回共價鍵 復合。復合。 本征半導體載流子濃度較低，導電能力較弱。本征半導體載流子濃度較低，導電能力較弱。 第2頁/共37頁4 在本征半導體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會在本征半導體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會 使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。使半導體的導電性能發(fā)生顯著變化。 (1) 摻入五價的雜質(zhì)元素摻入五價的雜質(zhì)元素 自由電子的濃度自由電子的濃度 空穴的濃度?？昭ǖ臐舛取?自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。

3、 稱這種雜質(zhì)半導體為稱這種雜質(zhì)半導體為 N 型半導體。型半導體。 (2) 摻入三價的雜質(zhì)元素摻入三價的雜質(zhì)元素 自由電子的濃度自由電子的濃度 空穴的濃度?？昭ǖ臐舛?。 空穴為多數(shù)載流子。自由電子為少數(shù)載流子?？昭槎鄶?shù)載流子。自由電子為少數(shù)載流子。 稱這種雜質(zhì)半導體為稱這種雜質(zhì)半導體為 P 型半導體。型半導體。第3頁/共37頁5 雜質(zhì)半導體的示意表示法雜質(zhì)半導體的示意表示法 P 型半導體型半導體 N 型半導體型半導體 空間電荷空間電荷 第4頁/共37頁6擴散運動擴散運動 擴散運動：擴散運動： 多數(shù)載流子由于濃度的差別而形成的運動。多數(shù)載流子由于濃度的差別而形成的運動。 第5頁/共37頁7 內(nèi)電

4、場內(nèi)電場PN 結結 多數(shù)載流子的擴散運動繼續(xù)進行，使多數(shù)載流子的擴散運動繼續(xù)進行，使 PN 結加結加 寬，內(nèi)電場增強。寬，內(nèi)電場增強。 內(nèi)電場越強，多數(shù)載流子的運動越難以進行。內(nèi)電場越強，多數(shù)載流子的運動越難以進行。 內(nèi)電場越強，少數(shù)載流子的運動越易于進行。內(nèi)電場越強，少數(shù)載流子的運動越易于進行。第6頁/共37頁8 漂移運動：漂移運動： 少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下的運動。少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下的運動。 漂移運動使漂移運動使 PN 結變薄，內(nèi)電場削弱。結變薄，內(nèi)電場削弱。 內(nèi)電場削弱，又有利于多數(shù)載流子的擴散運動，內(nèi)電場削弱，又有利于多數(shù)載流子的擴散運動， 而不利于少數(shù)載流子的漂移運動。而不利于

5、少數(shù)載流子的漂移運動。漂移運動漂移運動第7頁/共37頁9 多數(shù)載流子的擴散運動與少數(shù)載流子的漂移運多數(shù)載流子的擴散運動與少數(shù)載流子的漂移運 動達到動態(tài)平衡動達到動態(tài)平衡 平衡的平衡的 PN 結。結。內(nèi)電場內(nèi)電場第8頁/共37頁10(1) 正向偏置正向偏置 (2) 反向偏置反向偏置 R N 外電場外電場 N R 外電場外電場 正向?qū)ㄕ驅(qū)?I反向截止反向截止 I0 主要特性：主要特性： 單向?qū)щ娦?。單向?qū)щ娦浴?第9頁/共37頁11 N 陽極陽極 陰極陰極 (1) 按結構分類按結構分類 點接觸型、面接觸型。點接觸型、面接觸型。 (2) 按材料分類按材料分類 硅管、鍺管。硅管、鍺管。 (3)

6、按用途不同分類按用途不同分類 普通管、整流管、開關管等。普通管、整流管、開關管等。 1. 基本結構基本結構 第10頁/共37頁12U/V I/mA O 反向反向 特性特性 正向正向 特性特性 死區(qū)死區(qū) 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 Uth ： 硅管硅管 0.5 V 鍺管鍺管 0.1 V 導通壓降導通壓降 UD ： 硅管硅管 0.6 0.7V 鍺管鍺管 0.2 0.3V UDUBR IR 鍺管鍺管 硅管硅管 第11頁/共37頁13UDU I OU I O(1) 額定正向平均電流（最大整流電流）額定正向平均電流（最大整流電流）IF (2) 正向壓降正向壓降 UF (3) 最高反向工作電壓最高反向工作電壓 UR

7、 一般規(guī)定為反向擊穿電壓的一般規(guī)定為反向擊穿電壓的 1/2 或或 1/3。 (4) 最大反向電流最大反向電流 IRm 第12頁/共37頁14 作用：將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。作用：將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。 反向電流隨光照強度的增加而上升。反向電流隨光照強度的增加而上升。 R E D 光電二極管電路光電二極管電路 R E D 發(fā)光二極管電路發(fā)光二極管電路 作用：將電信號轉(zhuǎn)化為光信號。作用：將電信號轉(zhuǎn)化為光信號。 發(fā)光的顏色取決于制造材料。發(fā)光的顏色取決于制造材料。 第13頁/共37頁15 作用：作用： 電氣隔離；電氣隔離； 抗干擾；抗干擾； 系統(tǒng)保護。系統(tǒng)保護。 輸輸入入電電路路輸輸出出電電路路第14

8、頁/共37頁16大小不合適的交流大小不合適的交流大小大小合適合適的的交流交流交流交流 電源電源 脈動直流脈動直流不穩(wěn)定的直流不穩(wěn)定的直流穩(wěn)定直流穩(wěn)定直流直流直流負載負載濾波濾波電路電路電源變電源變 壓器壓器 整流整流 電路電路 穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路第15頁/共37頁17電源電源變壓變壓器器將市電變換為整流所需的將市電變換為整流所需的 交流電壓交流電壓 整流整流電路電路將交流電變換為方向不變將交流電變換為方向不變 的直流電的直流電 濾波濾波電路電路將脈動直流電變換為平滑將脈動直流電變換為平滑 的直流電壓的直流電壓 穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換將不穩(wěn)定的直流電壓變換 為穩(wěn)定直流電壓為穩(wěn)定直流

9、電壓 第16頁/共37頁18+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 u2 正半周，正半周，D1 和和 D3 導通，導通， uO= u2 ；電流通路：電流通路：a D1 RL D3 b 。 u2 負半周，負半周，D2 和和 D4 導通，導通， uO=u2 ；電流通路：電流通路：b D2 RL D4 a 。第17頁/共37頁19 uO D4 D3 D1 D2RLu2u2tOuOiOtO第18頁/共37頁201. 負載直流電壓負載直流電壓 UO = 0.9U2 2. 負載直流電流負載直流電流 3. 二極管平均電流二極管平均電流 4. 二極管反向電壓二極管反向電壓

10、 UO= 2 U2sin td( t)1 0 = U2 2 2 IO=UO RLID= IO 12URm= 2 U2 IFIDURURm第19頁/共37頁21 例例8.4.1 一橋式整流電路，已知負載電阻一橋式整流電路，已知負載電阻 RL=240 ，負載所需直流電壓，負載所需直流電壓 = 12 V，電源變壓器一，電源變壓器一次電壓次電壓 U1 = 220 V。試求。試求該電路正常工作時的負載電流該電路正常工作時的負載電流 、二極管平均電流、二極管平均電流 ID 和變壓器的電壓比和變壓器的電壓比 k。 解解 負載直流電流負載直流電流 IO=UORL= A = 0.05 A12240ID= IO

11、= 0.05 A = 0.025 A 1 21 2二極管平均電流二極管平均電流 變壓器的二次電壓變壓器的二次電壓 U2= = V = 13.33 V Uo0.9 12 0.9變壓器的電壓比變壓器的電壓比k = = = 16.5 U2 U1 220 13.33 第20頁/共37頁22一、電容濾波電路一、電容濾波電路 C uO RLu2u1 uOt O2 U2 電容放電電容放電 當二極管導通時，當二極管導通時， 電容被充電儲能。電容被充電儲能。 當二極管截止時，當二極管截止時， 電容放電。電容放電。 濾波電容的選擇：濾波電容的選擇： C(3 5) T2RL=1.52.52RLf第21頁/共37頁2

12、3 UCN =2 U2 輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值: UO = 1.2 U2（全波）（全波） 空載輸出直流電壓空載輸出直流電壓: 濾波電容的耐壓：濾波電容的耐壓： UCN2 U2 第22頁/共37頁24 例例8.5.1 一橋式整流、電容濾波電路，已知電源一橋式整流、電容濾波電路，已知電源頻率頻率 f = 50 Hz ，負載電阻，負載電阻 RL=100 ，輸，輸 出直流電壓出直流電壓 UO = 30 V 。試求。試求： (1) 選擇整流二極管；選擇整流二極管；(2) 選擇濾波選擇濾波電容器；電容器；(3) 負載電阻負載電阻 斷路時的輸出電壓斷路時的輸出電壓UO ；(4) 電容電容斷路時的輸

13、出電壓斷路時的輸出電壓UO。解解 (1) 選擇整流二極管選擇整流二極管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 2第23頁/共37頁25查附錄，選用查附錄，選用 2CZ53B 4 個個 （IF=300mA，UR=50V）。(2) 選擇濾波電容器選擇濾波電容器C1.52.5 RLf1.52.510050 = (300500)FFUCN= 2 25 V =35.4 V 2 U2 (3) 負載電阻斷路時負載電阻斷路時UO= 2 U2 = 2 25

14、V = 35.4 V (4) 電容斷路時電容斷路時UO = 0.9U2 = 0.925 V = 22.5 V IF2ID = 20.15A = 0.3 A， URURm=34.5 V第24頁/共37頁26二、電感濾波電路二、電感濾波電路 對直流分量對直流分量: XL = 0，大部分整，大部分整 流電壓降在流電壓降在 RL 上。上。 對諧波分量對諧波分量: f 越高，越高，XL 越大，越大， 電壓大部分降在電壓大部分降在 XL 上。上。 uO RLiOu2u1 L第25頁/共37頁27 uO RLiOC2 C1 三、復式濾波電路三、復式濾波電路 C2 C1 1. LC 形濾波電路形濾波電路 2.

15、 RC 形濾波電路形濾波電路 L uO RLiORL 第26頁/共37頁28一、穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓二極管 又稱為齊納二極管。又稱為齊納二極管。 為面結型硅二極管。為面結型硅二極管。反向反向特性特性正向正向特性特性 特點：特點： 反向擊穿電壓?。环聪驌舸╇妷盒?； 反向擊穿特性陡。反向擊穿特性陡。 擊穿擊穿 電壓電壓 UZ IZmax U/V I/mA OIZmin 第27頁/共37頁29 解解 (1) Ui10 V 時時 DZ 反向擊穿穩(wěn)壓：反向擊穿穩(wěn)壓：UO = UZ = 5 V 。 (2) Ui = 3 V 時時DZ 反向截止：反向截止：UO= Ui = 3 V 。 (3) Ui =5 V

16、時時DZ 正向?qū)ǎ赫驅(qū)ǎ篣O= 0 V 。 (4) ui = 10sin t V 時時 當當 0ui5 V 時，時，DZ 反向截止：反向截止：UO= Ui = 10sin t V。 當當 ui5 V 時，時，DZ 反向擊穿穩(wěn)壓：反向擊穿穩(wěn)壓： 例例8.6.1 如圖所示電路，設如圖所示電路，設 UZ = 5 V，正向壓降，正向壓降 忽略不計。當直流輸入忽略不計。當直流輸入Ui = 10 V、3 V、5 V 時，時，Uo= ？當輸入為交流當輸入為交流 ui = 10sin t V 時，分析時，分析 uO的波形。的波形。 R DZ UiUO5 t uO/V O 2 3 UO = UZ = 5

17、V 。當當 ui0 V 時，時，DZ 正向?qū)ǎ赫驅(qū)ǎ篣O= 0 V。 第28頁/共37頁30二、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路二、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路+- -u2+- -u1CUi RLUO IIOR DZIZ穩(wěn)壓過程：穩(wěn)壓過程： UO IZ I IR UO 第29頁/共37頁31 分為線性集成穩(wěn)壓電路和開關集成穩(wěn)壓電路。分為線性集成穩(wěn)壓電路和開關集成穩(wěn)壓電路。 CW7800 系列正電壓穩(wěn)壓器。系列正電壓穩(wěn)壓器。 CW7900 系列負電壓穩(wěn)壓器。系列負電壓穩(wěn)壓器。 1 3 2 輸出電壓規(guī)格：輸出電壓規(guī)格： 5V, 6V, 8V, 9V, 12V, 15V 第30頁/共37頁32 CW7800 接線圖接線圖 +- -u2+- -u1CRL UO 7800 CiCo 1 2 3 第31頁/共37頁33 CW7900 接線圖接線圖 +- -u2+- -u1CRL UO 7900 CiCo 3 2 1 第32頁/共37頁34 同時輸出正負兩組電壓的接線圖同時輸出正負兩組電壓的接線圖5 V 5 V CW7805Ci1 2 3 CW79051 2 Co 3 Ui CiCoUO第33頁/共37頁35*3. 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 類型：類型： CW117、CW