第8章 直流安定化電源(直流穩(wěn)壓電源)-1 (1)

1、目録目録8.1 半導體基礎知識半導體基礎知識（半導體的基礎知識）（半導體的基礎知識） 8.2 半導體半導體 （半導體二極管半導體二極管）8.3 直流安定化電源構成直流安定化電源構成（直流穩(wěn)壓電源的組成）（直流穩(wěn)壓電源的組成）8.4 整流回路整流回路 （整流電路）（整流電路）8.5 平滑回路平滑回路 （濾波電路）（濾波電路）8.6 安定化回路安定化回路（穩(wěn)壓電路）（穩(wěn)壓電路）8.7 （晶閘管）（晶閘管） 8.8 混合回路混合回路（半控橋整流電路半控橋整流電路）第第8章直流安定化電源章直流安定化電源 （直流穩(wěn)壓電源）（直流穩(wěn)壓電源）宿題宿題：8.2.2、8.4.2、8.4.3、8.5.1、8.6.

2、3、11.2.2、11.2.3目録目録一一、 、真性半導體真性半導體（本征半導體本征半導體） 真性半導體真性半導體不純物不純物含、含、純粋純粋結晶構造結晶構造半導體半導體指指。 。Si Si Ge Ge 単結晶単結晶。（純凈的具有晶體結構的半導體純凈的具有晶體結構的半導體）特徴特徴：( (1) ) 電子正孔電子正孔 2 2種類種類含。含。（ （帶負電的電子和帶正電的空穴兩種載流子帶負電的電子和帶正電的空穴兩種載流子） ）( (2) ) 少。電子正孔。少。電子正孔。（ （載流子的數量少且成對出現載流子的數量少且成對出現） ）( (3) )溫度上昇伴、溫度上昇伴、數増加數増加。 。（載流子的數量隨

3、溫度的升高而增加載流子的數量隨溫度的升高而增加） ）8.1 半導體基礎知識半導體基礎知識動畫目録目録二二、不純不純物半導體物半導體（ （雜質半導體雜質半導體） ）不純物半導體不純物半導體真性半導體真性半導體不純物不純物添加添加出來上出來上半導體半導體。（摻入少量雜質的半導體摻入少量雜質的半導體） ）1、 、N N 形半導體形半導體真性半導體真性半導體5 5価元素価元素( (燐燐P P）添加、自由電子）添加、自由電子（多數（多數）濃度正孔（少數）濃度正孔（少數）遙多半）遙多半導體。導體。特徴特徴： ： （ （a） ）電子多數電子多數。 （ （電子是多數載流子電子是多數載流子） ） 8.1 半導體

4、基礎知識半導體基礎知識 （ （b） ）正孔少數正孔少數。 （ （空穴是少數載流子空穴是少數載流子） ） 電子電子正孔正孔絵目録目録二二、不純不純物半導體物半導體（ （雜質半導體雜質半導體） ）2、 、P P 形半導體形半導體真性半導體真性半導體3価元素価元素( (硼素硼素B）添加、）添加、正孔正孔（多數（多數）濃度）濃度自由電子自由電子（少數（少數）遙）遙多半導體。多半導體。特徴特徴： ： （ （a） ）正孔多數正孔多數。 （ （b） ）電子少數電子少數。8.1 半導體基礎知識半導體基礎知識1、 、N N 形半導體形半導體正孔正孔電子電子絵目録目録三三、 、P-N接合接合（ （PN 結結） ）

5、1、 、 P-N接合形成接合形成8.1 半導體基礎知識半導體基礎知識 拡散運動拡散運動內部電界內部電界（ （內電場內電場） ）（ （漂移漂移） ）（ （漂移漂移） ） P-N接合接合（ （N N 形）形）（ （P P 形）形）目録目録二種多數二種多數濃度違濃度違（ （多子的濃度差多子的濃度差） ）多數多數相手側拡散相手側拡散（ （多子擴散多子擴散） ）空乏層形成空乏層形成 、內部電界、內部電界生。生。 （形成耗盡層（形成耗盡層（空間電荷區(qū)），產生內電場）空間電荷區(qū)），產生內電場）少數少數相手側相手側（ （少子漂移少子漂移） ）拡散拡散拡散運動拡散運動運動釣合狀態(tài)。運動釣合狀態(tài)。（ （擴散擴散

6、與漂移運動達到平衡與漂移運動達到平衡） ）安定安定PNPN接合形成接合形成（ （形成穩(wěn)定的形成穩(wěn)定的 PN 結結） ）內部電界內部電界內部電界內部電界拡散拡散 , ,拡散拡散 , ,8.1 半導體基礎知識半導體基礎知識1、 、 P-N接合形成接合形成目録目録2、 、P-N接合特性整流性接合特性整流性（ （單向導電性單向導電性） ） 8.1 半導體基礎知識半導體基礎知識外部電界外部電界PN 接合接合正正電圧印加電圧印加PN 接合接合負負電圧印加電圧印加外部電界外部電界內部電界內部電界REN N形形P P形形內部電界內部電界REN N形形P P形形順方向順方向（ （PN 結正偏）結正偏）逆方向逆方

7、向（ （PN 結反偏結反偏） ）II0PN 接合整流性持接合整流性持目録目録順方向時順方向時P-N 接合導通接合導通外部電界內部電界外部電界內部電界方向反対方向反対拡散運動有利拡散運動有利拡散拡散 空乏層狹空乏層狹 外部電源外部電源提供提供大拡散電流大拡散電流I正正生生逆方向時逆方向時P-N接合遮斷接合遮斷（ （截止截止） ）外部電界內部電界外部電界內部電界方向同一方向同一運動有利運動有利 拡散拡散空乏層空乏層厚厚外部電源外部電源提供提供小電流小電流I I反反生生8.1 半導體基礎知識半導體基礎知識2、 、P-N接合特性整流性接合特性整流性（ （單向導電性單向導電性） ） 目録目録一一、普通普

8、通材料分類材料分類（鍺二極管）（鍺二極管）（ （硅二極管硅二極管） ）P-N接合面接合面積分類積分類點接觸式點接觸式面接觸式面接觸式 用途分類用途分類普通普通整流整流PN陽極陽極陰極陰極回路記號回路記號寫真寫真8.2半導體半導體1、基本的構造種類、基本的構造種類D目録目録2、V- I 特性特性（ （伏安特性伏安特性） ）V-IV-I特性特性： ：電圧電流関係示図電圧電流関係示図。 。順方向場合：順方向場合： 時、時、UA 0.5V。 時、時、UA 0.2V。 。 導通時、導通時、UD（ （Si） ） 0.7V、 、UD（Ge） 0.3V。U/VI/mA OGeSiBAABUA： ：電圧、閾値電

9、圧電圧、閾値電圧 （死區(qū)電壓、閾值電壓）（死區(qū)電壓、閾值電壓）順方向順方向特性特性8.2半導體半導體目録目録溫度上昇、曲溫度上昇、曲線左移動。線左移動。逆方向場合：逆方向場合： （ （1）遮斷時）遮斷時（ OB段段）i 0；8.2半導體半導體U/VI/mA OGeSiBAAB順方向順方向特性特性逆方向逆方向特性特性2、V- I 特性特性（ （伏安特性伏安特性） ） （ （2） ） B點超、逆方向電流急増、點超、逆方向電流急増、 降伏現象降伏現象起。起。目録目録実際特性、近似特性理想特性実際特性、近似特性理想特性 (b) 理想特性理想特性電源電圧値電源電圧値UD相當時、相當時、近似特性使近似特性

10、使；電源電圧値電源電圧値UD遙大遙大時、理想特性使。時、理想特性使。8.2半導體半導體 UI OI OUD UI O(a) 実際特性実際特性(a) 近似特性近似特性目録目録 UI O3、主、主（ （主要參數主要參數） ）1、 、IF ：平均整流電流平均整流電流（ （額定正向平均電流額定正向平均電流） ）2、 、UF ：順電圧順電圧（ （正向電壓降正向電壓降） ）3、 、UR ：逆方向電圧許容値逆方向電圧許容値（最高反向工作電壓最高反向工作電壓） ）4、 、IRm ：最大最大逆電流逆電流 （最大反向電流最大反向電流） ）以上選択用以上選択用。IFUFURIRm8.2半導體半導體目録目録 例例8.

11、2.1 下図回路、下図回路、DA、 、DB場合、場合、次二條件下次二條件下VF求：求：（1）VA=VB=3V；（；（2）VA=3V，VB =0V 解解 UD =0.6V（1）DA、 、DB導通、導通、VF = UD+VB=3.6V。（2）VF=UD=0.6V。DA遮斷。遮斷。DA:隔離用隔離用（隔離二極管隔離二極管） ）DB:用用（箝箝位二極管位二極管） ） VBVA 、DBDA先先導通、導通、8.2半導體半導體VF+6VRVAVBDADB目録目録u/Vt3uiOD1、 、D2遮斷、遮斷、uo= ui ； 例例8.2.2 下図回路、下図回路、ui = 3sinw wt V、D1 D2場合、場合

12、、出力出力uo波形描波形描。0.7-0.7D1導通、導通、uo= 0.7 V；D2導通、導通、uo= -0.7 V。回路回路（ （限幅電路限幅電路） ）|ui | 0.7 V時、時、ui -0.7 V時、時、8.2半導體半導體 uiRD1D2uouO 解解 目録目録u/Vt4uiO 例例8.2.3 下図回路、下図回路、ui = 4sinw wt V、 、US = 2 V 、D理想場合、出力理想場合、出力uo波形描波形描。 。uo= US uo=ui 2USui US 時、時、D導通、導通、uOUS0時、時、uo波形波形？8.2半導體半導體+- -RDuoUSui目録目録*二二、（ （光電二極管

13、光電二極管) )光當光量比例逆電流流光當光量比例逆電流流。*三三、 、発光発光（ （發(fā)光二極管發(fā)光二極管） ） 順方向電流流、発光発光順方向電流流、発光発光。順方向電圧降下。順方向電圧降下 2 V以下、順方向電流以下、順方向電流約約10 mA 。 発光身近発光身近物數多応用物數多応用。 。図図ERD回路回路ERD発光回路発光回路8.2半導體半導體目録目録*四、四、 （ （光電耦合器光電耦合器、 、光電隔離器光電隔離器） ）入力信號出力信號入力信號出力信號電気的絶縁電気的絶縁、耐、耐性高性高。（輸入和輸出信號之間電氣隔離，因此提高了抗干擾能力）（輸入和輸出信號之間電氣隔離，因此提高了抗干擾能力）

14、入入力力回回路路出出力力回回路路 入力電気信號光変換、入力電気信號光変換、光受光素子導通信號伝達。光受光素子導通信號伝達。 8.2半導體半導體目録目録直流安定化電源構成直流安定化電源構成（ （直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成） ）8.3 直流安定化電源構成直流安定化電源構成戻戻8.6交流交流安定安定直流直流交流交流電源電源適當適當大大交流交流電圧電圧電源電源変圧器変圧器整流整流回路回路脈流脈流（ （脈動脈動直流直流） ）平滑回路平滑回路（ （濾波電路濾波電路） ）非安定非安定直流直流直流直流負荷負荷安定化安定化回路回路（ （穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路） ）目録目録定義定義：交流交流直流直流整流整流逆

15、変換逆変換一、一、単相整流回路単相整流回路（ （單相橋式整流電路單相橋式整流電路） ）8.4 整流回路整流回路+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 目録目録+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 二二、単相整流回路単相整流回路動作原理動作原理正半波正半波期間期間: :u20uo= u2u2( (- -) )( (+) )D2 D4遮斷、遮斷、 D1 D3導通導通8.4 整流回路整流回路目録目録+- -uOabTr +- -u2+- -u1RL iOD1 D3D2 D4 負半波負半波期間期間:u2 R 、直流成分大部分

16、、直流成分大部分RL、 uO平滑。平滑。(a)型型LC 平滑回路平滑回路 (b)型型RC 平滑回路平滑回路8.5 平滑回路平滑回路+C2+RLuO- -L+C1+C2+RLuO- -+C1R目録目録 例例8.5.1 電圧電圧平滑平滑用単相用単相回回路路、電源周波數、電源周波數 f = 50 Hz、負荷抵抗、負荷抵抗 RL= 100 、 、U2 = 25 V時、次問題答時、次問題答。（1）整流整流選択；選択；（2）選択選択； ；（3） 出力側出力側直流平均電圧直流平均電圧UO次各値想定時、回路狀次各値想定時、回路狀態(tài)判斷。態(tài)判斷。 (a) UO = 30V； ； (b) UO = 22.5 V；

17、 ； (c) UO = 25 V； ； (d) UO = 11.25 V； ； (e) UO = 35.35 V。 。 8.5 平滑回路平滑回路+C+- -uOTr +- -u2+- -u1RL D1 D3D2 D4 目録目録 解解 （1）（ （2） ）設計手引、設計手引、C = 470 m mF, UCN = 50 V 電解選択。電解選択。UO =1.2U2= 30VIO = UO/RL= 0.3AIF2IDIO= 22= 0.3AURURm= 35.4V=2U28.5 平滑回路平滑回路設計手引、設計手引、2CZ53B型（型（IF = 300 mA, UR = 50V）四選。）四選。F)50

18、0300()5 . 25 . 1(2)53(LL fRRTCV4 .3522R UU計算、計算、目録目録 UO（ （V） ） 回路狀態(tài)回路狀態(tài)計算値計算値uo波形波形302522.511.2535.35通常狀態(tài)通常狀態(tài)整流整流+C平滑平滑UO=1.2U2D一一未接続未接続半波整流半波整流+C平滑平滑UO=1.0U2C未接続未接続整流整流UO=0.9U2一一D C未接続未接続半波整流半波整流UO=0.45U2RL未接続未接続無負荷無負荷2O2UU （ （3） ） （U2 = 25 V）8.5 平滑回路平滑回路目録目録2、主特性、主特性一一、定電圧定電圧（ （穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管） ） 面接觸式構

19、造面接觸式構造。 （ （面接觸型硅二極管面接觸型硅二極管） ）順方向特性順方向特性 普通同特性普通同特性持。持。8.6 安定化回路安定化回路IzminIzmaxUzU/VI/mA O1、構成、構成VI特性特性目録目録一一、定電圧定電圧（ （穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管） ）(b) 逆方向特性逆方向特性 a-b段特性、電圧段特性、電圧微量微量変化、変化、電流急変電流急変。 通常違、逆通常違、逆方向特性利用方向特性利用一定範囲一定範囲逆方向電圧逆方向電圧掛、掛、壊。壊。図記號図記號8.6 安定化回路安定化回路IzminIzmaxUzU/VI/mA OVI特性特性ba 3、主、主 降伏電圧降伏電圧（ （穩(wěn)定

20、電壓穩(wěn)定電壓） ）：Uz 安定電流最小値安定電流最小値：Izmin 安定電流最大値安定電流最大値：Izmax目録目録4、 、電圧安定化原理電圧安定化原理入力電圧負荷電流入力電圧負荷電流変化変化出力出力UO変化場合、変化場合、UO UO = UI URUZ IZ I = (IZ + IO) UR = IR8.6 安定化回路安定化回路+C+- -UOTr +- -UIRL D1 D3D2 D4 RDZ IZ IO I 一一、定電圧定電圧（ （穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管） ）目録目録 例例8.6.1 定電圧定電圧DZ1 DZ2降伏電圧降伏電圧 4.5 V、 、 9.5 V、順方向導通電圧全部、順方向導通電

21、圧全部0.5 V場合、場合、次各回路出力電圧次各回路出力電圧UO求。求。8.6 安定化回路安定化回路+- -UO+- -UI=18VRDZ1 DZ2 +- -UO+- -UI=10VRDZ1 DZ2 +- -UO- -+ +UI=4VRDZ1 DZ2 +- -UO- -+ +UI=4VRDZ1 DZ2 +- -UO+- -UI=8VRDZ1 DZ2 (b) (c) (d) (e)目録目録 解解 （a）Ui18V （UZ1+UZ2）4.5+9.514 V DZ1 DZ2 逆方向降伏狀態(tài)、出力電圧逆方向降伏狀態(tài)、出力電圧Uo 安定。安定。V14V)5 . 95 . 4(2Z1ZO UUU（b） U

22、i10V（UZ1UZ2）14 V、 、DZ1 DZ2 降降伏狀態(tài)、全部遮斷、伏狀態(tài)、全部遮斷、V10iO UU（c） DZ1 DZ2導通狀態(tài)、導通狀態(tài)、V1V)5 . 05 . 0(O U （d） Ui4 V 0、 、uA0、場合、場合、遮斷遮斷。 uAuGGPNPNKA2、 、 動作原理動作原理8.7 （ （2） ）uA 0、且、且 uG 0時、時、 導通狀態(tài)導通狀態(tài)。（3）一旦導通狀態(tài)）一旦導通狀態(tài)、機能失機能失。、。、uA 0條件満、條件満、導通狀態(tài)導通狀態(tài)維持維持、 uG0時遮時遮斷。斷。 目録目録（4）導通狀態(tài)導通狀態(tài)遮斷狀態(tài)遮斷狀態(tài) 操作條件操作條件( (IH: 保持電流保持電流)

23、 )uA 0或或 iA IH2、 、 動作原理動作原理(a) 導通條件（）：導通條件（）： uA 0 且且uG 0 (b) 一旦導通狀態(tài)入一旦導通狀態(tài)入、機能失。機能失。(c) 遮斷（遮斷（）：）：uA 0或或 iA IH結論：結論：8.7 uAuGGPNPNKA目録目録3、主、主（ （1）平均電流）平均電流IF （ （額定正向平均電流額定正向平均電流） ）連続通電連続通電順方向順方向電流平均値電流平均値。（通常通常、商用周波數正弦半波商用周波數正弦半波電流平均値電流平均値定格順方向平均電流定格順方向平均電流）（允許通過的工頻正弦半波電流在一個周期內的平均值允許通過的工頻正弦半波電流在一個周期

24、內的平均值） ） （ （2） ）繰返電圧繰返電圧UFRM （ （正向重復峰值電壓正向重復峰值電壓） ） A-K間繰返印加間繰返印加順方向順方向電圧最大許容瞬時値。電圧最大許容瞬時値。（ （3） ）繰返逆電圧繰返逆電圧URRM （反向重復峰值電壓反向重復峰值電壓）間繰返印加逆電圧間繰返印加逆電圧最大許容瞬時値。最大許容瞬時値。（ （4）電圧）電圧UG及電流及電流IG （ （控制控制極觸發(fā)電壓和電流極觸發(fā)電壓和電流） ）8.7 導通最低限導通最低限電圧電圧及電流。及電流。目録目録*二二、雙方向雙方向（ （雙向晶閘管雙向晶閘管） ）8.7 A2A1G雙方向、雙方向、2 2個個逆並列接続、雙方向電流流

25、逆並列接続、雙方向電流流。 KAG*三、三、（可關斷晶閘管可關斷晶閘管 ） uA0、 、uG0條件満時、動通狀態(tài)入；條件満時、動通狀態(tài)入；uA0、 、uG0條件満時、遮斷狀態(tài)入。條件満時、遮斷狀態(tài)入。 雙方向図記號雙方向図記號図記號図記號目録目録一、一、単相全波混合単相全波混合整流回路整流回路（半控橋整流電路）半控橋整流電路）混合混合整流素子整流素子単相単相全波全波整流回路整流回路（半半控橋整流電路）控橋整流電路）8.8 混合回路混合回路 単相全波単相全波整流回路整流回路（全控橋整流電路）（全控橋整流電路）u2D1T2T1D2+- -uORL +- -+- -u1uG+- -uG+- -iOu2T2T1+- -uORL +- -+- -u1uG+- -uG+- -iOT3T4uG+- -uG+- -目録目録二、二、単相全波混合単相全波混合整流回路動作原理整流回路動作原理u2tOtuOOuGOt+ 制御角制御角 導通角導通角8.8 混合回路混合回路 単相全波混合単相全波混合 整流回路整流回路u2D1T2T1D2+- -uORL +- -+- -u1uG+- -uG+- -iO目録目録1、出力直流電圧、出力直流電圧20.92cos1U 2、出力直流電流、出力直流電流LOORUI 三、整流関計算三、整流関計算8.8 混合回路混合回路 tuO