電工電子技術(shù)應(yīng)用 課件 項(xiàng)目四直流穩(wěn)壓電源分析與應(yīng)用

電工電子技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目四直流穩(wěn)壓電源分析與應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管一、半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)不同，可以劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管半導(dǎo)體特性光敏性：制成光電二極管、光電三極管和光敏電阻熱敏性：制成各種熱敏元件摻雜性：制成二極管、晶體管(三極管)、場效應(yīng)管等1.本征半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，如硅(Si)、鍺(Ge)單晶體。（1）本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

最外層電子四個(gè)價(jià)電子。Si硅原子Ge鍺原子簡化模型價(jià)電子一、半導(dǎo)體基本知識學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管（2）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

本征半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)?？昭ü矁r(jià)鍵自由電子本征激發(fā)：在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對的現(xiàn)象復(fù)合：自由電子在運(yùn)動的過程中如果與空穴相遇就會填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。一、半導(dǎo)體基本知識學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管2.雜質(zhì)半導(dǎo)體：

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。一、半導(dǎo)體基本知識學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管（1）N型半導(dǎo)體

+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子一、半導(dǎo)體基本知識學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管（2）P型半導(dǎo)體

空穴為多數(shù)載流子自由電子為少數(shù)載流子+3+4+4+4+4+4硼原子空穴一、半導(dǎo)體基本知識學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管雜質(zhì)半導(dǎo)體簡化示意圖

負(fù)離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子P型N型一、半導(dǎo)體基本知識學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的形成：在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。

多數(shù)載流子的擴(kuò)散

形成空間電荷區(qū)學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珪r(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)較大的正向電流；反偏時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)，產(chǎn)生一個(gè)非常小的反向電流，幾乎等于零。

正向偏置的PN結(jié)反向偏置的PN結(jié)二、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦詫W(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管三、二極管的結(jié)構(gòu)與類型1.二極管的結(jié)構(gòu)及電路符號

－外殼(陰極)(陽極)P

N陽極引線陰極引線(陽極)VD－＋(陰極)—結(jié)構(gòu)電路符號外形圖學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管2.分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型三、二極管的結(jié)構(gòu)與類型學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管點(diǎn)接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負(fù)極引線負(fù)極引線面接觸型N型鍺PN結(jié)

正極引線鋁合金小球底座金銻合金正極

引線負(fù)極

引線平面型PNP型支持襯底學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管四、二極管的伏安特性和主要參數(shù)1.二極管特性——單向?qū)щ娦裕眨˙R）Ｕ/V

/mA

BB′-50.20.40.60.8

C′D′DC硅鍺(1)正向特性：導(dǎo)通Uth死區(qū)電壓硅管：(0.4

0.7)V鍺管：(0.2

0.4)V導(dǎo)通壓降硅管：一般取0.7V鍺管：一般取0.4V學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管1.二極管特性——單向?qū)щ娦裕眨˙R）Ｕ/V

/mA

BB′-50.20.40.60.8

C′D′DC硅鍺(2)反向特性：截止：反向飽和電流：反向擊穿電壓四、二極管的伏安特性和主要參數(shù)學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管2.主要參數(shù)Ｕ（BR）Ｕ/V

/mA

BB′-50.20.40.60.8

C′D′DC硅鍺（1）最大整流電流(最大正向平均電流)（2）最高反向工作電壓(為U(BR)/2

)（3）反向電流(越小單向?qū)щ娦栽胶?（4）直流電阻(正、反電阻相差越大，二極管單向?qū)щ娦栽胶?（5）交流電阻(動態(tài)電阻)（6）最高工作頻率(超過時(shí)單向?qū)щ娦宰儾?四、二極管的伏安特性和主要參數(shù)學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管五、二極管的應(yīng)用1.限幅電路單向限幅電路輸入輸出波形圖例題：輸入電壓直流電壓，求輸出電壓解：理想二極管,忽略正向壓降

時(shí)，二極管導(dǎo)通，

時(shí)，二極管截止，學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管2.鉗位電路例題：解：理想二極管,忽略正向壓降,求C點(diǎn)電位（1）時(shí)，二極管均導(dǎo)通，（2）時(shí)，導(dǎo)通截止，鉗位電路五、二極管的應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管六、特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管是一種面接觸型二極管，簡稱穩(wěn)壓管，工作在反向擊穿狀態(tài)。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性。

穩(wěn)壓二極管的特性曲線和符號主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓（反向擊穿后兩端的穩(wěn)定工作電壓）（2）穩(wěn)定電流（正常工作時(shí)的參考電流值）學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管2.發(fā)光二極管（LED）（1）符號和特性符號u/Vi/mAO2特性（2）工作條件：正向偏置3.光電二極管（1）功能：將光信號轉(zhuǎn)換成電信號（2）外形圖六、特殊二極管學(xué)習(xí)任務(wù)一識別與檢測二極管學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1直流穩(wěn)壓電源的組成一、整流電路（一）單相半波整流電路1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrVDuoubRLio2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（一）單相半波整流電路uDO3.工作波形u

tOuoO4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（一）單相半波整流電路5.整流二極管選擇

平均電流ID

與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，使用的元件少。6.電路特點(diǎn)缺點(diǎn)：只利用了電源的半個(gè)周期，所以電源利用率低，輸出的直流成分比較低；輸出波形的脈動大；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。故半波整流只用在要求不高，輸出電流較小的場合。學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（二）單相橋式整流電路1.電路結(jié)構(gòu)RLuiouo1234ab+–+–

u

正半周，Va>Vb，二極管

D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。2.工作原理

u

負(fù)半周，Va<Vb，二極管2、4導(dǎo)通，1、3截止。學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路3.工作波形4.參數(shù)計(jì)算uD2uD4uouDtttuD1uD3u(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路6.電路特點(diǎn)（二）單相橋式整流電路

(1)輸出直流電壓高；

(2)脈動較??；

(3)二極管承受的最大反向電壓較低；

(4)電源變壓器得到充分利用。5.簡化畫法+uo

RLio~+u2

學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路二、濾波電路

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到輸出平滑電壓波形的目的。方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（一）電容濾波電路1.電路結(jié)構(gòu)io

+

uo=uc

RLVD1VD4VD3VD2

+u

C學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（一）電容濾波電路2.工作原理

u>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC。

u<uC時(shí)，二極管截止，電容通過負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。V導(dǎo)通時(shí)給C充電，V截止時(shí)C向RL

放電；濾波后

uo

的波形變得平緩，平均值提高。3.工作波形學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（一）電容濾波電路4.輸出電壓當(dāng)RL=

時(shí)：當(dāng)RL

為有限值時(shí)：通常取UO=1.2U2RC越大UO

越大5.電路特點(diǎn)（1)輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。一般取(T—電源電壓的周期)（2)流過二極管的瞬時(shí)電流很大

RLC

越大

ＵO

越高，IO

越大

整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短

iD

的峰值電流越大。學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（二）其他形式濾波電路1.電感濾波電路電路特點(diǎn)：RLL~+u2

輸出電壓直流分量被電感L

短路；交流分量主要降在L上

電感越大，濾波效果越好學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（二）其他形式濾波電路2.電感電容濾波電路電路特點(diǎn)：

當(dāng)流過電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動減小，在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時(shí)更為合適。LuRLuo++––~+C

學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（二）其他形式濾波電路3.形濾波電路電路特點(diǎn)：

LuRLuo++––~+C2+C1（1）

形LC濾波電路

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路（二）其他形式濾波電路3.形濾波電路電路特點(diǎn)：

比

形LC濾波器的體積小、成本低。（2）

形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1學(xué)習(xí)任務(wù)二分析與測試整流濾波電路學(xué)習(xí)任務(wù)三穩(wěn)壓電路分析與應(yīng)用學(xué)習(xí)任務(wù)三穩(wěn)壓電路分析與應(yīng)用

穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，也可以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。

一、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路學(xué)習(xí)任務(wù)三穩(wěn)壓電路分析與應(yīng)用

2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZ（1）設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化RL(IO)IR

UO

基本不變

IR

(IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

（2）設(shè)負(fù)載RL一定，UI變