《汽車電氣系統(tǒng)檢修》課程——第5章穩(wěn)壓電源電路

1、第第5 5章章 穩(wěn)壓電源電路穩(wěn)壓電源電路電氣工程系電氣工程系 5 5.1.1半導(dǎo)體二極管的特性與識別半導(dǎo)體二極管的特性與識別5 5.1.1.1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識5 5.1.2.1.2晶體二極管晶體二極管5 5. .2 2 整流電路分析整流電路分析5 5.2.1.2.1單相半波整流電路單相半波整流電路5 5.2.2.2.2單相橋式全波整流電路單相橋式全波整流電路5 5. .3 3 濾波與穩(wěn)壓電路分析濾波與穩(wěn)壓電路分析5 5. .3 3.1.1濾波電路濾波電路5 5. .3 3.2.2穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路5 5. .4 4 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器5 5. .4 4.1.1三端電壓固定式集成

2、穩(wěn)壓器三端電壓固定式集成穩(wěn)壓器5.1 半導(dǎo)體二極管的特性與識別半導(dǎo)體二極管的特性與識別5.1.1 5.1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特點一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特點1.半導(dǎo)體材半導(dǎo)體材料料 物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)物質(zhì)分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體，半導(dǎo)體是體、絕緣體，半導(dǎo)體是4價元素。價元素。 半導(dǎo)體材料的特點：半導(dǎo)體材料的特點： 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受光和熱影響半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力受光和熱影響 T 導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力 光照光照導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力 純凈的半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)導(dǎo)電性會大大純凈的半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)導(dǎo)電性會大大增強。增強。 +4+4 純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征

3、半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體中的載流子本征半導(dǎo)體中的載流子 自由電子自由電子 () 空空 穴穴 （+）2. 本征半導(dǎo)本征半導(dǎo)體體空穴與電子成對出現(xiàn)并可以復(fù)合?？昭ㄅc電子成對出現(xiàn)并可以復(fù)合。3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體摻五價元素，如磷，摻五價元素，如磷，自由電子數(shù)多于空穴自由電子數(shù)多于空穴數(shù)，自由電子數(shù)是多數(shù)，自由電子數(shù)是多子。子。 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 摻三價元素，如摻三價元素，如硼，硼， 空穴數(shù)多于自由空穴數(shù)多于自由電子數(shù)，空穴是多電子數(shù)，空穴是多子。子。4擴散電流與漂移電流擴散電流與漂移電流載流子由于濃度差異而形成運動所產(chǎn)生的載流子由于濃度差異而形成運動所產(chǎn)生的電流叫電流

4、叫擴散電流。擴散電流。在電場作用下，載流子定向運動而形成的在電場作用下，載流子定向運動而形成的電流叫電流叫漂移電流。漂移電流。 1. PN結(jié)的形成結(jié)的形成二二、 PN結(jié)結(jié)擴 散 運擴 散 運動動空間電荷空間電荷區(qū)區(qū)削弱內(nèi)電場削弱內(nèi)電場漂移運動漂移運動內(nèi)電場內(nèi)電場動態(tài)平衡動態(tài)平衡 P內(nèi)電內(nèi)電場場電荷區(qū)空電荷區(qū)空間間擴 散 運擴 散 運動動漂移運動漂移運動N 外電場方向與內(nèi)電場方向相反外電場方向與內(nèi)電場方向相反 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)(耗盡層耗盡層)變薄變薄 擴散漂擴散漂移移 導(dǎo)通電流很大導(dǎo)通電流很大 ,呈低阻態(tài)呈低阻態(tài) 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娊Y(jié)的單向?qū)щ娦孕訮N內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場 加正向電壓

5、（正偏）加正向電壓（正偏） P（+） N（）（）外電場與內(nèi)電場相同外電場與內(nèi)電場相同耗盡層加厚耗盡層加厚 漂移擴散漂移擴散形成反向電流形成反向電流IR，很小。呈高阻，很小。呈高阻態(tài)態(tài)N P 內(nèi)電場內(nèi)電場 外電場外電場 加反向電壓（反偏）加反向電壓（反偏）P（）（） N（+） PN結(jié)正偏，導(dǎo)通；結(jié)正偏，導(dǎo)通；PN結(jié)反偏，結(jié)反偏，截止截止5.1 半導(dǎo)體二極管的特性與識別半導(dǎo)體二極管的特性與識別5.1.2 5.1.2 晶體二極管晶體二極管一、半導(dǎo)體二極管的伏安特性一、半導(dǎo)體二極管的伏安特性+P區(qū)陽極區(qū)陽極N區(qū)陰極區(qū)陰極 陽極陽極陰極陰極 1. 正向特性正向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管 0.5V 鍺

6、管鍺管 0.1V 正向?qū)妷赫驅(qū)妷?硅管硅管 0.7V 鍺管鍺管 0.3Vi (mA)u (V)反向擊穿電壓反向擊穿電壓死區(qū)死區(qū)GeSi 2. 反向特性反向特性 反 向 飽 和 電 流反 向 飽 和 電 流很小，可視為開很小，可視為開路，路，反向電壓過高，反向電壓過高，電流急增，二極電流急增，二極管發(fā)生擊穿。管發(fā)生擊穿。導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓VD二、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)二、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IF 二極管允許通過的最大正向平均電流。二極管允許通過的最大正向平均電流。2. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓 URM 保證二極管不被擊穿允許加的最大反保證二極管不

7、被擊穿允許加的最大反向電壓。向電壓。3. 最大反向飽和電流最大反向飽和電流 IR 室溫下，二極管加最高反向電壓時室溫下，二極管加最高反向電壓時的反向電流，與溫度有關(guān)。的反向電流，與溫度有關(guān)。二、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)二、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IF 二極管允許通過的最大正向平均電流。二極管允許通過的最大正向平均電流。2. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓 URM 保證二極管不被擊穿允許加的最大反保證二極管不被擊穿允許加的最大反向電壓。向電壓。3. 最大反向飽和電流最大反向飽和電流 IR 室溫下，二極管加最高反向電壓時室溫下，二極管加最高反向電壓時的反向電流，與溫度

8、有關(guān)。的反向電流，與溫度有關(guān)。 例：如圖，例：如圖，E5V，二極管正向壓降忽略，二極管正向壓降忽略不計，畫出不計，畫出 uo波形。波形。EVDuiuO10ui (V)tui E VD導(dǎo)導(dǎo)通通 uo = ui5uOt5 利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪斃枚O管的單向?qū)щ娦钥蓪敵鲂懦鲂盘柶鹣薹饔?。號起限幅作用。例：例：二極管組成電路如圖，設(shè)二極管導(dǎo)通二極管組成電路如圖，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓為電壓為0.3V，試求輸出電壓，試求輸出電壓UF 。+3VUF12VR0VVD1VD23 0 12VVD1率先導(dǎo)通，率先導(dǎo)通， UF30.32.7VVD2截止截止解：解：5.2 整流電路分析整流電路分析5.2.1

9、5.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路5.2.2 5.2.2 單相橋式全波整流單相橋式全波整流 電路電路一、單相半波整流電路一、單相半波整流電路1. 電路分析電路分析 正半周正半周(0) a (+) b () VD導(dǎo)通導(dǎo)通VDu2uou1RLabu223uo23 負(fù)半周負(fù)半周() a () b () VD截止截止 uo= 0uo= u2 單相半波整流電壓平均單相半波整流電壓平均值值) t(tdsinU221U020 22U45. 0U2 RU45. 0RUIL2LOO 2MDRMU2UU 二二極極管管最最高高反反向向電電壓壓IIOD 二二極極管管電電流流平平均均值值2. 參數(shù)計算參數(shù)計算

10、3. 元件選擇元件選擇 RL中電流平均值中電流平均值二、單相橋式全波整流電路二、單相橋式全波整流電路VD1u2uou1RLabVD2VD3VD41. 電路分析電路分析正半周正半周() a() b()電流方向電流方向bDVRDVa3L1 負(fù)半周負(fù)半周() a() b() 電流方向電流方向 u223uo23aDVRDVb4L22. 參數(shù)計算參數(shù)計算 橋式整流電路電壓平均橋式整流電路電壓平均值值 220U9.0U45.02U RU9 . 0RUIL2L00 RL中電流平均中電流平均值值3. 元件選擇元件選擇RU45. 0I21I L20D 二二極極管管平平均均電電流流2MDRMU2UU 二二極極管管

11、最最高高反反向向電電壓壓5.3 濾波與穩(wěn)壓電路分析濾波與穩(wěn)壓電路分析5.3.1 5.3.1 濾波電路濾波電路5.3.2 5.3.2 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路一、一、 濾波原理濾波原理 濾波電路是利用儲能元件濾波電路是利用儲能元件(與負(fù)載并與負(fù)載并聯(lián)電容或與負(fù)載串聯(lián)電感聯(lián)電容或與負(fù)載串聯(lián)電感)濾掉整流所得濾掉整流所得的單向脈動電壓的交流分量，保留直流分的單向脈動電壓的交流分量，保留直流分量，使輸出電壓脈動減小。量，使輸出電壓脈動減小。 電容兩端電壓不能躍變，在整流電路電容兩端電壓不能躍變，在整流電路中加入電容，由于電容不斷的充放電，使中加入電容，由于電容不斷的充放電，使輸出電壓的脈動減小。輸出電壓的脈動

12、減小。VDu2uou1RLabCu1u2uoRLCu223u223uo23uo235.4 集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路5.4.1 W78系列穩(wěn)壓器系列穩(wěn)壓器以工作方式分以工作方式分：a. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 b. 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 c. 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路以輸出電壓分：以輸出電壓分：a. 固定穩(wěn)壓電路固定穩(wěn)壓電路 b. 可調(diào)式穩(wěn)壓可調(diào)式穩(wěn)壓電路電路 集成穩(wěn)壓電源的主要參數(shù)集成穩(wěn)壓電源的主要參數(shù) 1. 電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率SV 表征負(fù)載不變，輸出電壓變化的穩(wěn)壓能力。表征負(fù)載不變，輸出電壓變化的穩(wěn)壓能力。0000%100 IUUUSIV2. 輸出電阻輸出電阻R0表征輸入

13、電壓不變，負(fù)載變化時的穩(wěn)壓能表征輸入電壓不變，負(fù)載變化時的穩(wěn)壓能力。力。0000 UIURI3. 輸出電壓溫度系數(shù)輸出電壓溫度系數(shù)ST 指負(fù)載、輸入電壓不變時，溫度引起指負(fù)載、輸入電壓不變時，溫度引起的輸出變化。的輸出變化。%10000 TUUST W78 X X系列集成穩(wěn)壓電源系列集成穩(wěn)壓電源W78123輸入輸入端端輸出輸出端端公共公共端端W78系列輸出固定的正系列輸出固定的正電壓有電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，最高輸入，最高輸入電壓為電壓為35V，如，如W7815，在，在1、3腳輸入腳輸入35V，在，在2、3腳輸出腳輸出15V。 基本應(yīng)用電基本應(yīng)用電路路 W78123COCLUIUOCO用于消除引線的電感效應(yīng)引起的自激用于消除引線的電感效應(yīng)引起的自激振蕩振蕩 CL用于削弱高頻噪聲用于削弱高頻噪聲 提高輸出電壓的穩(wěn)壓電提高輸出電壓的穩(wěn)壓電路路 W78123COCLUIUOUZUO=UXX