二極管穩(wěn)壓管及整流濾波穩(wěn)壓電路基本功課

1、導電能力介于導體和絕緣體之間。導電能力介于導體和絕緣體之間。硅、鍺、硒及大多數金屬氧化物和硫化物均為半導體。硅、鍺、硒及大多數金屬氧化物和硫化物均為半導體。純凈半導體導電能力不強，加入雜質后，導電能力純凈半導體導電能力不強，加入雜質后，導電能力增強。利用該特性，制成半導體二極管、三極管、增強。利用該特性，制成半導體二極管、三極管、晶閘管等。晶閘管等。半半 導導 體體1教書育人半導體半導體n型半導體型半導體p型半導體型半導體通過一定的工藝，使半導體一部分是通過一定的工藝，使半導體一部分是p型，型，一部分一部分n型，則中間交接面形成型，則中間交接面形成pn結。結。pn結結pnpn結結2教書育人pn

2、結的單向導電性結的單向導電性實驗實驗pn+ripn+ri 0pn結正向偏置時，導通電流大，電阻小，稱結正向偏置時，導通電流大，電阻小，稱導通導通pn結反向偏置時，導通電流小，電阻大，稱結反向偏置時，導通電流小，電阻大，稱截止截止3教書育人二極管由二極管由pn結加上引出線和殼體構成，結加上引出線和殼體構成，p極引出線稱正極，極引出線稱正極，n極引出線稱負極。符號為：極引出線稱負極。符號為：+用萬用表判別二極管的正負極用萬用表判別二極管的正負極+ 黑黑紅紅0 黑黑 紅紅0 +4教書育人半導體二極管基本結構半導體二極管基本結構5教書育人二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線指流

3、過二極管的伏安特性曲線指流過二極管的電流與二極管兩端的二極管的電流與二極管兩端的電壓之間的關系。電壓之間的關系。不同二極管的伏安特性曲線不同二極管的伏安特性曲線有差別，但形狀相似：有差別，但形狀相似：u（v）0.40.8 ai mai-50-25-2080604020-40-606教書育人當二極管正向偏置：當二極管正向偏置：死區(qū)死區(qū):硅管約硅管約0.5v，鍺管約，鍺管約0.1v，正向，正向電流非常小電流非常小,這一電壓稱死區(qū)電壓這一電壓稱死區(qū)電壓導通：導通：當正向電壓低于某一值，當正向電壓低于某一值，超過死區(qū)電壓后超過死區(qū)電壓后,電流在很大范圍內變化，而電壓電流在很大范圍內變化，而電壓變化很小

4、。硅管約變化很小。硅管約0.6 0.7v，鍺管約鍺管約0.2 0.3v死區(qū)死區(qū)電壓電壓u（v）0.50.7 ai mai-50-25-2080604020-40-607教書育人當二極管反向偏置當二極管反向偏置關斷：關斷：當二極管反向偏置當二極管反向偏置,反向反向電流很小電流很小,鍺管約幾十鍺管約幾十 a,小功率硅管小于小功率硅管小于1 a擊穿：擊穿：當反向電壓加大到某一值，當反向電壓加大到某一值，反向電流突然急劇增大，反向電流突然急劇增大，二極管擊穿燒壞。二極管擊穿燒壞。u(v)0.40.8 ai mai-50-25-2080604020-40-60反向擊穿電反向擊穿電壓壓u(br)8教書育人

5、伏安特性伏安特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓反向擊穿電反向擊穿電壓壓u(br)u（v）0.40.8 ai mai-50-25-2080604020-40-60可見可見開關開關斷斷開關開關閉閉0導通死區(qū)關斷擊穿uu9教書育人正向壓降為正向壓降為0反向電阻無窮大反向電阻無窮大理想二極管理想二極管10教書育人二極管的命名規(guī)則：二極管的命名規(guī)則： 2 c p 10如何選用二極管如何選用二極管二極管的主要技術參數：二極管的主要技術參數：1）最大整流電流最大整流電流icm： 二極管長期使用時二極管長期使用時,允許通過的允許通過的 最大正向平均電流。最大正向平均電流。2）反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓urwm： 保證

6、二極管不擊穿而給出的反向電壓峰值，保證二極管不擊穿而給出的反向電壓峰值， 一般為擊穿電壓的一般為擊穿電壓的1/2。2： 二極管二極管c： n型硅材料型硅材料, a: p型鍺材料型鍺材料p： 普通型，普通型，k: 開關管，開關管，z：整流管：整流管,w：穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓管 10： 序號序號11教書育人例例1：d6v12v3k bauab+12教書育人v sin18itu t 13教書育人例例3:ma43122d ibd16v12v3k ad2uab+14教書育人整流、檢波、限幅、整流、檢波、限幅、鉗位、開關、鉗位、開關、元件保護、元件保護、溫度補償等。溫度補償等。15教書育人將交流電變?yōu)槊}動的直流電

7、的過程，稱將交流電變?yōu)槊}動的直流電的過程，稱整流整流利用二極管的單向導電性可實現整流利用二極管的單向導電性可實現整流0tu變壓變壓ut0整流整流 二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。16教書育人元器件：元器件：u2 為為正弦交流電源，正弦交流電源，d 為二極管為二極管r 為負載電阻為負載電阻tr 為變壓器為變壓器圖中電流、電壓正方向為正弦交流電正半周的方向圖中電流、電壓正方向為正弦交流電正半周的方向u0u2+tr-drl+-i0u117教書育人t udo +atrduoubrliou touoot u2u2u2 +只有在交流的正半周，只有在交

8、流的正半周，才有電流流過負載才有電流流過負載18教書育人通過半波整流，負載上得到大小變化的單極性電壓，稱脈動電壓，通過半波整流，負載上得到大小變化的單極性電壓，稱脈動電壓，常用一個周期內脈動電壓的平均值來描述脈動電壓的大小常用一個周期內脈動電壓的平均值來描述脈動電壓的大小2224502 2210uuttduuo.sin 1.半波整流電壓的半波整流電壓的平均值為：平均值為：2.半波整流電流的半波整流電流的平均值為：平均值為：lloorurui2450.t 0uu2t19教書育人二極管最大整流電流二極管最大整流電流 iom ：反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓urwm :(流過二極管的電流與負載電流

9、相等流過二極管的電流與負載電流相等)(二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓 = 二極管截止時端電壓最大值二極管截止時端電壓最大值)u2+tr-drl+-u0i0domriiiuu2drm 20教書育人id1= id3 =irud1= ud3 =0uo= u2ud2= ud4 = -u2ad4d2d1d3rlu0u2+-+-i1bi2d1,d3導通導通 在在u的正半周：的正半周：ad1rld3b21教書育人ud2= ud4 =0uo= u2ud1= ud3 = -u2id2= id4 =irad4d2d1d3rlu0u2+-+-i1bi2 在在u的負半周的負半周:bd2rld4a22

10、教書育人ad4d2d1d3rlu0u2+-i1bi2 u0ad4d2d1d3rl+-i1bi2u2 u0t 0i1uo uo,ioi2i1i2t 2 3 4 2 3 4無論無論u正正/ /負半周，負載上均有方向相同的電流通過，稱負半周，負載上均有方向相同的電流通過，稱: :全波整流全波整流23教書育人全波整流時，負載上的電壓是半波時的兩倍全波整流時，負載上的電壓是半波時的兩倍u0t 0i1uouo,ioi2i1i2t 2 3 4 2 3 41.1.全波整流電壓的平均值為：全波整流電壓的平均值為：22904502uuuo.2.2.全波整流電流的平均值為：全波整流電流的平均值為：lloorurui

11、290.24教書育人二極管最大整流電流：二極管最大整流電流：反向工作峰值電壓：反向工作峰值電壓：二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓 = 二極管截止時端電壓最大值二極管截止時端電壓最大值由于由于d1d4輪流導通，流過每個二極管的電流平均值只有負載電流的一半輪流導通，流過每個二極管的電流平均值只有負載電流的一半ad4d2d1d3rlu0u2+-+-i1bi2d12omriiiuu2drm 25教書育人rlu0+-u+-26教書育人 舉例舉例有一負載需直流電壓有一負載需直流電壓u0=40v，i0=4a，計算采用半波和全波整流電，計算采用半波和全波整流電路時，整流二極管的電流路時，整流二

12、極管的電流id和最高反向電壓和最高反向電壓udrm及電源變壓器次級及電源變壓器次級電壓電壓u2半波半波id=i0=4a u0=0.45u2 u2=40/0.45=89vudrm= 2u2=126v選擇時，可選其最大整流電流選擇時，可選其最大整流電流5a，反向工作峰值電壓，反向工作峰值電壓200v全波全波id=(1/2)i0=2a u0=0.9u2 u2=40/0.9=44vudrm= 2u2=63v選擇時，可選其最大整流電流選擇時，可選其最大整流電流3a，反向工作峰值電壓，反向工作峰值電壓100vu0u2+tr-drl+-i027教書育人uo+_u+_rld2d4 d1d3當當d2或或d4斷開

13、后斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，電路為單相半波整流電路。正半周時，d1和和d3導通，負載中導通，負載中有電流有電流過，負載電壓過，負載電壓uo o= =u；負半周時，；負半周時，d1和和d3截止，負載中截止，負載中無電流通無電流通過，負載兩端無電壓，過，負載兩端無電壓， uo o =0=0。 uo u 234tt234oo28教書育人則正半周時，二極管則正半周時，二極管d1、d4或或d2、d3導通，電流經導通，電流經d1、d4 或或d2、d3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及d1、d4或或d2、d3將被燒壞。將被燒壞。則正半周時，情況與則正半

14、周時，情況與d2或或d4接反類似，電源及接反類似，電源及d1或或d3也將因也將因電流過大而燒壞。電流過大而燒壞。uo+_u+_rld2d4 d1 d329教書育人交流電經整流后成為單向脈動電壓，要將其變?yōu)檩^為交流電經整流后成為單向脈動電壓，要將其變?yōu)檩^為平滑的直流電，可通過濾波電路來改善其脈動性。平滑的直流電，可通過濾波電路來改善其脈動性。ut0濾波濾波ut0整流整流30教書育人(忽略二極管壓降忽略二極管壓降)uc（u0）跟隨跟隨u2變化變化 u2達最大達最大, uc （u0）也達最大也達最大d導通導通u2對對c充電充電u2+-drl+-u0+cabu0d導通 d截止d導通0t 無電容濾波無電

15、容濾波u00d截止d導通t 電容電容濾波濾波當當u2處于正半周：處于正半周： 31教書育人電容較慢放電電容較慢放電 (放電回路時間常數大放電回路時間常數大)u2按按正弦規(guī)律較快下降正弦規(guī)律較快下降當當u2由峰值下降：由峰值下降：當當u2uc， d重新導通重新導通u2+-drl+-u0+cabu0d導通 d截止d導通0t 無電容濾波無電容濾波u00d截止d導通t 電容電容濾波濾波32教書育人加入濾波后，加入濾波后，負載上得到的直流電壓的脈動情況改善，負載上得到的直流電壓的脈動情況改善，輸出電壓的平均值提高輸出電壓的平均值提高uou2u2u to to33教書育人電路元器件的選擇電路元器件的選擇1

16、 ) 濾波電容的選擇濾波電容的選擇濾波電容越大，負載電阻濾波電容越大，負載電阻r越大，放電時間常數越大，放電時間常數 =rc越大，越大，輸出電壓越平滑，直流電壓越高。輸出電壓越平滑，直流電壓越高。一般取：一般?。喊氩ㄕ鳎喊氩ㄕ鳎簉lc=(35)t全波整流：全波整流：rlc=(35)t/2t為交流電壓為交流電壓u2的周期；濾波電容一般取幾十的周期；濾波電容一般取幾十uf幾千幾千uf，通常采用通常采用電解電容電解電容，使用時要注意正負極性，不能接反。，使用時要注意正負極性，不能接反。a. 電容值的選擇電容值的選擇34教書育人負載開路，在交流電壓正半周，負載開路，在交流電壓正半周，d導通，電容器

17、上電導通，電容器上電壓充至交流電壓最大值壓充至交流電壓最大值 2u2，由于負載開路，電容器，由于負載開路，電容器不能放電，隨后不能放電，隨后d截止，導致該電壓一直維持。截止，導致該電壓一直維持。故電故電容耐壓應大于此值容耐壓應大于此值.一般?。阂话闳。?1.52)u2 b. 濾波電容耐壓值的選擇：濾波電容耐壓值的選擇：u2+-drl+-u0+cab35教書育人3）二極管的選擇（考慮）二極管的選擇（考慮udrm）：）：a.a.對單相半波帶有電容濾波的整流電路，當對單相半波帶有電容濾波的整流電路，當負載開路負載開路時時v 在交流電壓的負半周，在交流電壓的負半周， 截止二極管上承受的反向電壓為交流電

18、壓的截止二極管上承受的反向電壓為交流電壓的 最大值最大值 2u2u2 2 與與電容器上電壓電容器上電壓 2u2u2 2之和，即之和，即2 2 2u2u2 2v在交流電壓正半周，在交流電壓正半周，電容器上電壓充至交流電壓最大值電容器上電壓充至交流電壓最大值 2u2u2 2，由于負載開路，由于負載開路，電容器不能放電，該電壓一直維持。電容器不能放電，該電壓一直維持。udrm 2 2u2iom=io 2u2 2u2udu2drl+- u0+cab -+-36教書育人b.對單相橋式帶有電容濾波的整流電路對單相橋式帶有電容濾波的整流電路, 當當負載開路負載開路時時二極管截止時承受的最高反向電壓二極管截止

19、時承受的最高反向電壓udrm= 2u2ad4d2d1d3rlu0u2+-+-i1 budrm 不受電容不受電容c影響影響37教書育人截止二極管上的最高反向電壓截止二極管上的最高反向電壓udrm電路電路無電容濾波無電容濾波有電容濾波有電容濾波單相半波整流單相半波整流單相橋式整流單相橋式整流u2u22u2u2小小 結結38教書育人接入濾波電容后，負載直流電壓升高，通常?。航尤霝V波電容后，負載直流電壓升高，通常?。簎0=u2 (半波整流濾波半波整流濾波)u0=1.2u2 (全波整流濾波全波整流濾波)39教書育人舉例舉例半波整流電容濾波電路，半波整流電容濾波電路，f=50hz, 要求輸出直流電壓要求輸

20、出直流電壓u0=30v,電流電流i0=80ma ,估計整流二極管及電容濾波器參數。估計整流二極管及電容濾波器參數。二極管：二極管：udrm=2 2u0 =85vid=80ma電容器：電容器：取取 rlc=5t，則，則c=5/rlf，又：又：rl= u0/ i0c=266uf電容耐壓為電容耐壓為(1.52)u2，取，取50v可選用最大整流電流可選用最大整流電流100ma， 反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓100v 的二極管，電容為的二極管，電容為250uf，耐壓，耐壓50v的電解電容的電解電容40教書育人例：例： 有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率

21、率 f=50hz，負載電阻，負載電阻 rl = 200 ，要求直流輸出電，要求直流輸出電壓壓uo=30v，選擇整流二極管及濾波電容器。，選擇整流二極管及濾波電容器。v 352522drm uu a075020030212121lood.ruii urluo+c解：解：25v1.230 21o .uu可選用二極管可選用二極管2cp11iom =100ma udrm =50v 41教書育人有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率 f=50hz，負載電阻，負載電阻 rl = 200 ，要求直流輸出電壓，要求直流輸出電壓uo=30v，選擇整流二極管及濾波電容

22、器。，選擇整流二極管及濾波電容器。取取 rlc = 5 t/2已知已知rl = 50 s 05. 025015l cr urluo+c解：解：2. 選擇濾波電容器選擇濾波電容器f250f102502000.05 0506l r.c可選用可選用c=250 f，耐壓為，耐壓為50v的極性電容器的極性電容器42教書育人當流過電感線圈的電流發(fā)生變化，電感兩端將產生當流過電感線圈的電流發(fā)生變化，電感兩端將產生一個反電動勢來阻止電流變化，負載電壓和電流就一個反電動勢來阻止電流變化，負載電壓和電流就比較平滑了。比較平滑了。橋式整流電感濾波電路橋式整流電感濾波電路c+-u+-rllu0+43教書育人v濾波用線

23、圈稱為濾波用線圈稱為扼流圈扼流圈。l越大，阻礙電流變化作用越越大，阻礙電流變化作用越 強，但成本增加，直流損耗增加。強，但成本增加，直流損耗增加。一般取電感量為幾一般取電感量為幾 幾十亨幾十亨v電感濾波電路多用于單相全波整流電路及三相整流電路電感濾波電路多用于單相全波整流電路及三相整流電路 中，忽略電感線圈電阻，中，忽略電感線圈電阻，負載上直流電壓為：負載上直流電壓為：u0=0.9u2v電感濾波輸出的直流電壓小于電容濾波，但負載變化時，電感濾波輸出的直流電壓小于電容濾波，但負載變化時， 輸出電壓變化小，適用于負載變化大及負載電流大的場輸出電壓變化小，適用于負載變化大及負載電流大的場 合。合。4

24、4教書育人c2+-urll+c1濾波器濾波器形形lc c2+-urlr+c1濾波器濾波器形形rc 45教書育人ut0濾波濾波tu0穩(wěn)壓穩(wěn)壓整流濾波后，交流變?yōu)楸容^平滑整流濾波后，交流變?yōu)楸容^平滑 的直流的直流,但直流電壓但直流電壓/電流電流 的平均值受到電網電壓波動及負載變動的影響。的平均值受到電網電壓波動及負載變動的影響。為了得到穩(wěn)定的直流電壓，必須在整流和濾波后增加穩(wěn)為了得到穩(wěn)定的直流電壓，必須在整流和濾波后增加穩(wěn)定環(huán)節(jié)。定環(huán)節(jié)。46教書育人u(v)i(ma)穩(wěn)壓管是特殊工藝制成的面接觸型硅二極管。穩(wěn)壓管是特殊工藝制成的面接觸型硅二極管。普通二極管：普通二極管：在反向電壓達到擊穿電壓時在反

25、向電壓達到擊穿電壓時, ,將擊穿燒壞將擊穿燒壞+-uzimax工作在反向擊穿區(qū)，工作在反向擊穿區(qū)，具有穩(wěn)壓特性具有穩(wěn)壓特性穩(wěn)壓管：穩(wěn)壓管：反向工作時，當達到擊穿電壓，反向工作時，當達到擊穿電壓，只要擊穿電流限制在只要擊穿電流限制在imax以內，以內，當電流有較大變化時，電壓都當電流有較大變化時，電壓都基本恒定在基本恒定在uz。在在imax以內，穩(wěn)壓管的反向擊以內，穩(wěn)壓管的反向擊穿可逆，去掉反向電壓又恢復穿可逆，去掉反向電壓又恢復正常正常正向工作時相當于普通二極管正向工作時相當于普通二極管47教書育人穩(wěn)壓管的基本參數穩(wěn)壓管的基本參數穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓uz：穩(wěn)壓范圍內穩(wěn)壓管的工作電壓。就某一：穩(wěn)壓范圍內穩(wěn)壓管的工作電壓。就某一型號穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓有一定范圍型號穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓有一定范圍.如如:2cw1型