直流穩(wěn)壓課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

第1章二極管及其基本電路

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1第1章二極管及其基本電路學(xué)習(xí)重點(diǎn)：PN結(jié)的基本知識(shí)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、伏安特性、應(yīng)用電路。學(xué)習(xí)內(nèi)容:PN結(jié)的基本知識(shí)、半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體二極管。第1章二極管及其基本電路學(xué)習(xí)重點(diǎn)：2第1章二極管及其基本電路1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)理論知識(shí)半導(dǎo)體材料（semiconductormaterial）

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)對(duì)光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導(dǎo)體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導(dǎo)率。元素半導(dǎo)體有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。硅（Si）和鍺（Ge）是主要的半導(dǎo)體材料，其中硅（Si）是占據(jù)了90％以上的半導(dǎo)體材料份額。硅和鍺材料在電子、冶金、化工、軍事、航天等領(lǐng)域有廣泛的用途。

第1章二極管及其基本電路1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)理論知識(shí)3第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱“九個(gè)9”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。本征激發(fā)（熱激）：當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)及共價(jià)鍵共價(jià)鍵內(nèi)的兩個(gè)電子由相鄰的原子各用一個(gè)價(jià)電子組成，稱為束縛電子。圖1.1所示為硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。

第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體4第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體的兩種載流子溫度越高，半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的自由電子便越多。束縛電子脫離共價(jià)鍵成為自由電子后，在原來的位置留有一個(gè)空位，稱此空位為空穴。本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)目相同。圖1.1所示為本征激發(fā)所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)。

圖1.1本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體的兩種載流子

圖1.15第1章二極管及其基本電路N型和P型雜質(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)后的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1、N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。如圖1.2所示。

第1章二極管及其基本電路N型和P型雜質(zhì)半導(dǎo)體6第1章二極管及其基本電路N型半導(dǎo)體圖1.2N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)第1章二極管及其基本電路N型半導(dǎo)體圖1.2N型半導(dǎo)體7第1章二極管及其基本電路P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。因三價(jià)雜質(zhì)原子與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.3所示。圖1.3P型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)第1章二極管及其基本電路P型半導(dǎo)體圖1.3P型半導(dǎo)體8第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的行成及其單向?qū)щ娦詫⒁粔K半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層→PN結(jié)。半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔睿d流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。形成如下物理過程:因濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場促使少子漂移,內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散。最后多子擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。如圖1.4所示。

第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的行成及其單向?qū)щ娦?第1章二極管及其基本電路圖1.4P型和N型半導(dǎo)體交界處載流子的擴(kuò)散

第1章二極管及其基本電路圖1.4P型和N型半導(dǎo)體交界10第1章二極管及其基本電路

由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴(kuò)散的結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)原來的電中性被破壞，在交界面的兩側(cè)形成一個(gè)不能移動(dòng)的帶異性電荷的離子層，稱此離子層為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)，如圖1.5所示。在空間電荷區(qū)，多數(shù)載流子已經(jīng)擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了，或者說消耗了，因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。圖1.5PN結(jié)的形成第1章二極管及其基本電路由于空穴和自由電子均是帶電11第1章二極管及其基本電路PN結(jié)單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。如果外加電壓使PN結(jié)中：P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖1.6所示。外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。內(nèi)電場對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響,PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。

第1章二極管及其基本電路PN結(jié)單向?qū)щ娦?2第1章二極管及其基本電路圖1.6PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況第1章二極管及其基本電路圖1.6PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)13第1章二極管及其基本電路PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖1.7所示。外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，由于漂移電流本身就很小，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。這樣的反接電壓使N區(qū)和P區(qū)中的少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，因此在這種情況下，PN結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的漂移電流所決定。漂移電流的方向與擴(kuò)散電流相反，表現(xiàn)在外電路上有一個(gè)流入N區(qū)的反向電流，它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)載流子的濃度很小，所以是很微弱的，一般硅管為微安數(shù)量級(jí)。由于很小，所以PN結(jié)在反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)出一個(gè)阻值很大的電阻，此時(shí)可認(rèn)為它基本上是不導(dǎo)電的，稱PN結(jié)截止。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，電阻值很小，PN結(jié)導(dǎo)通；加反相電壓時(shí)，電阻值很大，PN結(jié)截止，這就是它的單向?qū)щ娦?，PN結(jié)的單相導(dǎo)電性關(guān)鍵在于它的耗盡區(qū)的存在，且其寬度隨外加電壓而變化。

第1章二極管及其基本電路PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況14第1章二極管及其基本電路圖1.7PN結(jié)外加反向電壓

第1章二極管及其基本電路圖1.7PN結(jié)外加反向電壓15第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。一是勢壘電容CB；二是擴(kuò)散電容CD。勢壘電容CB。勢壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖1.8。

圖1.8勢壘電容示意圖第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的電容效應(yīng)16第1章二極管及其基本電路（2）擴(kuò)散電容CD。擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖1.9所示。當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不相同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。第1章二極管及其基本電路（2）擴(kuò)散電容CD。17第1章二極管及其基本電路圖1.9擴(kuò)散電容示意圖第1章二極管及其基本電路圖1.9擴(kuò)散電容示意圖18第1章二極管及其基本電路二極管及其特性二極管的結(jié)構(gòu)和類型接在二極管P區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在N區(qū)的引出線稱二極管的陰極。二極管有許多類型。從工藝上分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型；按用途分，有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管和開關(guān)二極管等。圖1.10為不同結(jié)構(gòu)的二極管。

圖1.10不同結(jié)構(gòu)的二極管

第1章二極管及其基本電路二極管及其特性19第1章二極管及其基本電路圖1.11所示為二極管的符號(hào)。由P端引出的電極是正極，由N端引出的電極是負(fù)極，箭頭的方向表示正向電流的方向，VD是二極管的文字符號(hào)。AK圖1.11二極管的符號(hào)常見的二極管有金屬、塑料和玻璃三種封裝形式。按照應(yīng)用的不同，二極管分為整流、檢波、開關(guān)、穩(wěn)壓、發(fā)光、光電、快恢復(fù)和變?nèi)荻O管等。根據(jù)使用的不同，二極管的外形各異，圖1.12所示為幾種常見的二極管外形及實(shí)物。圖1.12幾種常見的二極管外形及實(shí)物第1章二極管及其基本電路圖1.11所示為二極管的符號(hào)。由20第1章二極管及其基本電路二極管的特性(1).二極管伏安特性二極管兩端的電壓U及其流過二極管的電流I之間的關(guān)系曲線，稱為二極管的伏安特性。理論分析指出，半導(dǎo)體二極管電流I與端電壓U之間的關(guān)系可表示為1.1式。

1.1此式稱為理想二極管電流方程。式中，IR稱為反向飽和電流，UT稱為溫度的電壓當(dāng)量，常溫下UT≈26mV。實(shí)際的二極管伏安特性曲線如圖所示。圖1.13中，實(shí)線對(duì)應(yīng)硅材料二極管，虛線對(duì)應(yīng)鍺材料二極管。第1章二極管及其基本電路二極管的特性21第1章二極管及其基本電路(2).正向特性二極管外加正向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的正向特性。如圖2.15所示，當(dāng)二極管所加正向電壓比較小時(shí)（0<U<Uth），二極管上流經(jīng)的電流為0mA，管子仍截止，此區(qū)域稱為死區(qū)，Uth稱為死區(qū)電壓（門坎電壓）。當(dāng)二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值時(shí)，還不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場對(duì)多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的阻擋作用，這一區(qū)段二極管正向電流IF很小，稱為死區(qū)。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料有關(guān)，并受環(huán)境溫度影響。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺材料二極管的死區(qū)電壓約為0.2V。當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓值時(shí)，外電場抵消了內(nèi)電場，正向電流隨外加電壓的增加而明顯增大，二極管正向電阻變得很小。當(dāng)二極管完全導(dǎo)通后，正向壓降基本維持不變，稱為二極管正向?qū)▔航礥F。一般硅管的UF為0.7V，鍺管的UF為0.3V。

(3).反向特性二極管外加反向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的反向特性。二極管外加反向電壓時(shí)，反向電流很小（I≈-IR），而且在相當(dāng)寬的反向電壓范圍內(nèi)，反向電流幾乎不變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和電流。當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，外電場與內(nèi)電場方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成的漏電流IR極小，一般硅管的IR為幾微安以下，鍺管IR較大，為幾十到幾百微安。這時(shí)二極管反向截止。

第1章二極管及其基本電路(2).正向特性22第1章二極管及其基本電路(4).反向擊穿特性當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值UBR時(shí)，反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大，這種現(xiàn)象二極管反向擊穿。擊穿時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，造成二極管的永久性損壞，失去單向?qū)щ娦浴BR為反向擊穿電壓。利用二極管的反向擊穿特性，可以做成穩(wěn)壓二極管，但一般的二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。

(5).二極管的溫度特性二極管是對(duì)溫度非常敏感的器件。實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會(huì)減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)（約為-2mV/℃）；溫度升高，反向飽和電流會(huì)增大，反向伏安特性下移，溫度每升高10℃，反向電流大約增加一倍。圖1.14所示為溫度對(duì)二極管伏安特性的影響。

第1章二極管及其基本電路(4).反向擊穿特性23第9章直流穩(wěn)壓電源當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路--電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能?？梢哉f電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源(DCRegulatedPowerSupply)。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。一般電子設(shè)備所需的直流穩(wěn)壓電源都由電網(wǎng)中50Hz/220V交流電轉(zhuǎn)化而來。直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖9.1所示。直流穩(wěn)壓電源是將交流電變換成功率較小的直流電，一般由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等幾部分組成。第9章直流穩(wěn)壓電源當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶24第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.1直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.1直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖25第9章直流穩(wěn)壓電源變壓器：交流降壓；整流器：將交流電變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的電量；濾波器：減少波形脈動(dòng)，使波形平滑；穩(wěn)壓器：負(fù)載變化或電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)使輸出電壓穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的基本功能和要求:(1)、輸出電壓值能夠在額定輸出電壓值以下任意設(shè)定和正常工作。(2)、輸出電流的穩(wěn)流值能在額定輸出電流值以下任意設(shè)定和正常工作。(3)、直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓與穩(wěn)流狀態(tài)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的狀態(tài)指示。(4)、對(duì)于輸出的電壓值和電流值要求精確的顯示和識(shí)別。(5)、對(duì)于輸出電壓之和電流值有精準(zhǔn)要求的直流穩(wěn)壓電源，一般要用多圈電位器和電壓電流微調(diào)電位器，或者直接數(shù)字輸入。(6)、要有完善的保護(hù)電路。直流穩(wěn)壓電源在輸出端發(fā)生短路及異常工作狀態(tài)時(shí)不應(yīng)損壞，在異常情況消除后能立即正常工作。本章就圍繞直流穩(wěn)壓電源的各個(gè)環(huán)節(jié)，分析和討論如何才能設(shè)計(jì)出滿足要求的穩(wěn)壓電源。第9章直流穩(wěn)壓電源變壓器：交流降壓；26第9章直流穩(wěn)壓電源9.1整流電路所謂整流電路就是將交流電壓（電流）變成直流電壓（電流）的過程。利用有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為：(1)、單相整流；(2)、三相整流；(3)、倍壓整流。整流電路按輸出波形又可分為：（1）半波整流電路；(2)全波流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。第9章直流穩(wěn)壓電源9.1整流電路27第9章直流穩(wěn)壓電源單相整流電路1、半波整流電路單相半波整流電路圖9.2所示，圖中T為電源變壓器，用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時(shí)保證直流電源與市電電源有良好的隔離。設(shè)D為整流二極管，令它為理想二極管，RL為要求直流供電的負(fù)載等效電阻。圖9.2單相半波整流電路圖第9章直流穩(wěn)壓電源單相整流電路圖9.2單相半波整流電路圖28第9章直流穩(wěn)壓電源為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o窮大。(1)、u2>0時(shí):二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，uo=u2;(2)、u2<0時(shí):

二極管截止,uo=0V。單相半波整流電壓波形如圖9.3所示。第9章直流穩(wěn)壓電源為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理29第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（Io)，見式9.1和9.2所示。

(9.1)Io=Uo/RL=0.45U2/RLUDRM為半波整流電路中，二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓，如圖9.4所示。第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（30第9章直流穩(wěn)壓電源9.6單相全波整理電路的波形圖第9章直流穩(wěn)壓電源9.6單相全波整理電路的波形圖31第9章直流穩(wěn)壓電源二極管上的平均電流：ID=IO，承受的最S高反向電壓:脈動(dòng)系數(shù)UO1M：輸出基波幅值；UO(av)：輸出平均電壓。半波整流電路的特點(diǎn):負(fù)載上得到單方向的脈動(dòng)電壓，由于電路只在u2的正半周有輸出，所以稱為半波整流電路。半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動(dòng)大，因此，它只使用于要求不高的場合。2、單相全波整流電路原理：變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓u2,當(dāng)u2正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止。電路原理圖如圖9.5所示。圖9.6為單相全波整理電路的波形圖。第9章直流穩(wěn)壓電源二極管上的平均電流：ID=IO，承受的最32第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（Io)如式（9.3）和（9.4）：二極管上的平均電流：ID=1/2IO,二極管承受的最高反向電壓：

第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（33第9章直流穩(wěn)壓電源2、單相橋式整流電路電路組成：T為變壓器，VD1~VD2為四個(gè)整流二極管，也常稱為整流橋。圖9.7(a)為單相橋式電路的原理圖,9.7(b)為其簡化畫法。9.7單相橋式電路第9章直流穩(wěn)壓電源2、單相橋式整流電路9.7單相橋式電路34第9章直流穩(wěn)壓電源工作原理:設(shè)(1)u2正半周:VD1、VD2導(dǎo)通,VD2、VD4截止；即：(2)u2負(fù)半周:VD2、VD4導(dǎo)通,VD1、VD3截止；即：單相橋式整流電路的波形示意圖如圖9.8所示。

第9章直流穩(wěn)壓電源工作原理:設(shè)35第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.8單相橋式整流電路的波形示意圖第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.8單相橋式整流電路的波形示意圖36第9章直流穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算：(1)輸出平均電壓Uo（av）：輸出電壓Uo在一個(gè)周期中的平均值，如式(9.5)所示，即：(2)輸出平均電流Io（av）：(3)二極管承受的最高反向峰值電壓

第9章直流穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算：37第9章直流穩(wěn)壓電源(4)脈動(dòng)系數(shù)S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出uo分解后可得(9.7),(9.8)為脈動(dòng)系數(shù)。橋式整流電路的特點(diǎn):同方向的電流流過負(fù)載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓。可見，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍。橋式整流電路與半波整流電路相比較，其輸出電壓uo提高，脈動(dòng)成分減小了。第9章直流穩(wěn)壓電源(4)脈動(dòng)系數(shù)S定義：整流輸出電壓的基波38第9章直流穩(wěn)壓電源此外，將單相橋式整流電路的四只二極管制作在一起，封成一個(gè)器件稱為整流橋。常用的整流組合元件有半橋堆和全橋堆。半橋堆的內(nèi)部是由兩個(gè)二極管組成，而全橋堆的內(nèi)部是由四個(gè)二極管組成。集成硅整流橋符號(hào)和外形如圖9.9所示。圖9.9集成硅整流橋符號(hào)及外形

第9章直流穩(wěn)壓電源此外，將單相橋式整流電路的四只二極管制作39第9章直流穩(wěn)壓電源9.2濾波電路：濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或在整流電路輸出端與負(fù)載間串聯(lián)電感器L，以及由電容、電感組合而成的各種復(fù)式濾波電路。

濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。如圖9.10所示：圖9.10電容濾波和電感電路第9章直流穩(wěn)壓電源9.2濾波電路：濾波電路用于濾去整流輸出40第9章直流穩(wěn)壓電源1、電容濾波電路電容濾波原理：以單相橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖9.11所示。圖9.11橋式整流電容濾波電路

(1)、電路組成如圖9.11所示:C并在RL兩端，為濾波電容器。(2)、工作波形：設(shè)Ｃ初始電壓uc=0(a)u2正半周：VD1、VD3導(dǎo)通,C充電,uo=uc=u2(b)當(dāng)u2達(dá)到峰值a點(diǎn)后，開始下降第9章直流穩(wěn)壓電源1、電容濾波電路41第9章直流穩(wěn)壓電源∵u2↓→uc>u2∴VD1，VD3截止,C向RL放電,uo（uc）按指數(shù)規(guī)律下降，四個(gè)二極管仍然截止。(c)當(dāng)uo（uc）↓→b點(diǎn)時(shí)，|u2|=|uo|,u2↓→過了b點(diǎn)→VD2、VD4導(dǎo)通→C再次充電→uo=|u2|

(d)當(dāng)u2達(dá)到峰值后→VD2、VD4截止→C向RL充放電,電容如此反復(fù)充放電，輸出波形如圖9.12所示。第9章直流穩(wěn)壓電源∵u2↓→uc>u242第9章直流穩(wěn)壓電源(3)、由于二極管截止期間C向RL放電緩慢，使Uo（av）的脈動(dòng)減少，波形平滑了許多，Uo（av）提高，當(dāng)RL=∞，，為了取得良好的濾波效果，一般取，T為交流電源的周期,此時(shí)：Uo（av）≈1.2U2

(4)、二極管的導(dǎo)通角小于π，所以C充電的瞬間電流放大，為了保護(hù)二極管，常在濾波電容前串接一個(gè)小的電阻。工程上選擇二極管的條件：IFM=（2~3）Io（av）。電容濾波電路簡單，輸出電壓平均值Uo較高，脈動(dòng)較小，但是二極管中有較大的沖擊電流。因此，電容濾波電路一般適用于輸出電壓較高、負(fù)載電流較小并且變化也較小的場合。其他濾波電路1、RCΠ型濾波電路圖9.13所示是RCΠ型濾波器。圖中C1電容兩端電壓中的直流分量，有很小一部分降落在R上，其余部分加到了負(fù)載電阻RL上；而電壓中的交流脈動(dòng)，大部分被濾波電容C2衰減掉，只有很小的一部分加到負(fù)載電阻RL上。此種電路的濾波效果雖好一些，但電阻上要消耗功率，所以只適用于負(fù)載電流較小的場合。

第9章直流穩(wěn)壓電源(3)、由于二極管截止期間C向RL放電緩43第9章直流穩(wěn)壓電源2、LCΠ型濾波器圖9.14所示是LCΠ型濾波電路?？梢娭皇菍CΠ型濾波器中的R用電感L做了替換。由于電感具有阻交流通直流的作用，因此在增加了電感濾波的基礎(chǔ)上，此種電路的濾波效果更好，而且L上無直流功率損耗，所以一般用在負(fù)載電流較大和電源頻率較高的場合。缺點(diǎn)是電感的體積大，使電路看起來笨重。3、電感濾波電路圖9.15所示電路是電感濾波電路，它主要適用于負(fù)載功率較大即負(fù)載電流很大的情況。電感濾波電路輸出電壓平均值Uo的大小一般按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算：Uo=0.9U2第9章直流穩(wěn)壓電源2、LCΠ型濾波器44第9章直流穩(wěn)壓電源第9章直流穩(wěn)壓電源45第9章直流穩(wěn)壓電源4、LCΓ型濾波電路圖9.16所示電路為LCΓ型濾波電路,多用于較大功率電源中(而且當(dāng)電流很大時(shí)僅用一電感器與負(fù)載相連)。

第9章直流穩(wěn)壓電源4、LCΓ型濾波電路46第9章直流穩(wěn)壓電源9.3穩(wěn)壓電路當(dāng)電路中起穩(wěn)壓調(diào)整作用的晶體管或集成塊中的電壓（或電流）為連續(xù)變化時(shí)，此電路稱為線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電源類型:(1)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,這種電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。(2)線性穩(wěn)壓電路,這是本節(jié)討論的重點(diǎn)。(3)開關(guān)型穩(wěn)壓電路，這種效率較高，目前用的也比較多。穩(wěn)壓電路的作用：整流濾波電路的輸出電壓和理想的直流電源還有相當(dāng)?shù)木嚯x，主要存在兩方面的問題：(1)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，因此輸出直流電壓將隨之發(fā)生變化；(2)當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí),因整流電路的輸出電壓直接與變壓器副邊電壓有關(guān)，因此也要相應(yīng)地變化。在整流濾波電路的后面再加上穩(wěn)壓電路，以提供更加穩(wěn)定的直流電源。下面對(duì)這幾種穩(wěn)壓電路作以簡單介紹。第9章直流穩(wěn)壓電源9.3穩(wěn)壓電路47第9章直流穩(wěn)壓電源9.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

這種穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理主要是利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。在反向擊穿區(qū)，較大的電流變化ΔI,只會(huì)引起較小的電壓變化ΔU；根據(jù)伏安特性，若工作電流太小，例如在零電流附近，則電壓隨電流的變化很大，即穩(wěn)壓性能不好；工作電流太大，則由可能超過管子的額定功耗，造成損壞。故穩(wěn)壓管應(yīng)工作在規(guī)定的電流范圍內(nèi)。

1、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路及穩(wěn)壓過程:UI為整流濾波后所得的直流電壓。為保證工作在反向擊穿區(qū)，二極管VDZ反接。電阻R用來在電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，調(diào)節(jié)R本身壓降來保持輸出電壓基本不變。穩(wěn)壓過程如下:(電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)）穩(wěn)壓電路電路原理如圖9.17所示。第9章直流穩(wěn)壓電源9.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路48第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.17穩(wěn)壓電路電路原理第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.17穩(wěn)壓電路電路原理49第9章直流穩(wěn)壓電源2、內(nèi)阻和穩(wěn)壓系數(shù)的估算：(1)內(nèi)阻RO：直流輸入電壓UI不變時(shí)，輸出端的ΔU與ΔI之比。其交流等效電路如圖9.18所示.

,由于一般情況下能夠滿足故上式可化簡為由此可知，則穩(wěn)壓電路的內(nèi)阻也越小，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能越好。(2)穩(wěn)壓系數(shù)

不變時(shí)，穩(wěn)壓電路的輸出電壓與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。

第9章直流穩(wěn)壓電源2、內(nèi)阻和穩(wěn)壓系數(shù)的估算：50第9章直流穩(wěn)壓電源其交流等效電路如圖9.19所示。越小,越大,則越小,穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能越好。圖9.19交流等效電路(3)限流電阻的選擇：限流電阻R的阻值必須選擇適當(dāng)，才能保證穩(wěn)壓電路在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)，很好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用，見圖9.20所示。(a)R太大,則IR很小,當(dāng)IR增大時(shí),穩(wěn)壓管的電流可能減小到臨界值以下，失去穩(wěn)壓作用。所以，當(dāng)電網(wǎng)電壓最高和負(fù)載電流最小時(shí),的值最大,此時(shí)不應(yīng)超過允許的最大值,即第9章直流穩(wěn)壓電源其交流等效電路如圖9.19所示。越51第9章直流穩(wěn)壓電源(b)R太小,則IR很大,當(dāng)RL很大或開路時(shí),IR都流向穩(wěn)壓管,可能超過其允許定額而造成損壞。所以，當(dāng)電網(wǎng)電壓最低和負(fù)載電流最大時(shí),的值最小。即：圖9.20第9章直流穩(wěn)壓電源(b)R太小,則IR很大,當(dāng)RL很大52第9章直流穩(wěn)壓電源例9.1：在如圖所示的硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中,設(shè)穩(wěn)壓管的

給定當(dāng)由變到時(shí),的變化量為0.35V。①試選擇限流電阻R；②估算在上述條件下的輸出電阻和穩(wěn)壓系數(shù)。解:①由給定條件知

第9章直流穩(wěn)壓電源例9.1：在如圖所示的硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中53第9章直流穩(wěn)壓電源可取電阻上消耗的功率可選200Ω,1W的碳膜電阻(RT-1W-200Ω)。②再由給定條件可求得則輸出電阻為：估算穩(wěn)壓系數(shù)時(shí),取當(dāng)輸出電壓不需要調(diào)節(jié),負(fù)載電流比較小的情況下,硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的效果較好,所以在小型的電子設(shè)備中經(jīng)常采用這種電路。缺點(diǎn)：(1)輸出電壓由穩(wěn)壓管的型號(hào)決定,不可隨意調(diào)節(jié);(2)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流的變化范圍較大時(shí),電路將不能適應(yīng)。為了改進(jìn)以上缺點(diǎn),可以采用線性穩(wěn)壓電路，在線性穩(wěn)壓電路中我們以串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路為例為大家做詳細(xì)的說明。

第9章直流穩(wěn)壓電源可取電阻上54第9章直流穩(wěn)壓電源

串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路性能指標(biāo)

一般用技術(shù)指標(biāo)衡量串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的性能。技術(shù)指標(biāo)分為兩種：一種是特性指標(biāo)，包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸出電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等；另一種是質(zhì)量指標(biāo)，用來衡量輸出直流穩(wěn)壓程度，包括穩(wěn)壓系數(shù)、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、輸出電阻、溫度系數(shù)及波紋電壓等。這些質(zhì)量指標(biāo)的含義如下：穩(wěn)壓電路的質(zhì)量指標(biāo)

由于輸出直流電壓隨輸入直流電壓（即整流濾波電路的輸出電壓，其數(shù)值可近似認(rèn)為與交流電源電壓成正比）、輸出電流和環(huán)境溫度的變動(dòng)而變動(dòng)，即輸出電壓，因而輸出電壓變化量的一般式可表示為：系數(shù)KU是輸入調(diào)整因數(shù)，反映了輸入電壓波動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響，實(shí)用上常用輸入電壓變化時(shí)引起輸出電壓的相對(duì)變化來表示，稱為電壓調(diào)整率，即:有時(shí)也以輸出電壓和輸入電壓的相對(duì)變化之比來表征穩(wěn)壓性能，稱為穩(wěn)壓系數(shù)，其定義可寫為

第9章直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路性能指標(biāo)55第9章直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻ro反映負(fù)載電流變化對(duì)的影響:有時(shí)也用電流調(diào)整率表示:它反映了直流穩(wěn)壓電源克服負(fù)載變化影響的能力。當(dāng)輸入電壓和負(fù)載電流均不變時(shí)，輸出電壓的變化量與環(huán)境溫度變化量之比,反映了直流穩(wěn)壓電源克服溫度影響的能力:紋波抑制比為輸入紋波電壓峰值UIP與輸出紋波電壓峰值UOP之比。反映輸入電壓UI中含100Hz交流分量峰值或紋波電壓有效值經(jīng)穩(wěn)壓后的減小程度。穩(wěn)壓系數(shù)較小穩(wěn)壓電路，它的輸出紋波電壓一般也較小

第9章直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻ro反映負(fù)載電流變化對(duì)56第9章直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路(1)組成和工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路組成框圖如圖9.21(a)所示，包括四個(gè)組成部分：基準(zhǔn)電壓；比較放大；輸出電壓取樣電路；調(diào)整元件。9.21(b)所示為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的原理電路圖。9.21串聯(lián)型穩(wěn)壓電路第9章直流穩(wěn)壓電源串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路9.21串聯(lián)型穩(wěn)壓電路57第9章直流穩(wěn)壓電源基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管VDZ提供,接到放大電路的同相輸入端。采樣電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后,再將二者的差值進(jìn)行放大。電阻R的作用是保證VDZ有一個(gè)合適的工作電流。比較放大電路A：它的作用時(shí)將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量進(jìn)行放大,然后再送到調(diào)整管的基極。如果放大電路的放大倍數(shù)比較大,則只要輸出電壓產(chǎn)生一點(diǎn)微小的變化,即能引起調(diào)整管的基極電壓發(fā)生較大的變化。輸出取樣電路：由電阻R1、R2、R3組成。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時(shí),采樣電阻取其變化量的一部分送到放大電路的反相輸入端。調(diào)整元件：當(dāng)輸出電壓Uo由于電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流等的變化而發(fā)生波動(dòng)時(shí),其變化量經(jīng)采樣、比較、放大后送到調(diào)整管的基極,使調(diào)整管的集－射電壓發(fā)生相應(yīng)的變化。最終調(diào)整輸出電壓使之基本保持穩(wěn)定。VT為調(diào)整管:它工作在線性放大區(qū)，故又稱為線性穩(wěn)壓電路。R3和穩(wěn)壓管VD組成基準(zhǔn)電壓源，為集成運(yùn)放A的同相輸入端提供基準(zhǔn)電壓；R1、R2和Rp組成取樣電路，它將穩(wěn)壓電路的輸出電壓分壓后送到集成運(yùn)放A的反相輸入端；集成運(yùn)放A構(gòu)成比較放大電路，用來對(duì)取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進(jìn)行放大。從反饋放大器角度看，該電路屬電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。第9章直流穩(wěn)壓電源基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓由穩(wěn)壓管VDZ提供,接58第9章直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓過程：

輸出電壓可以通過改變采樣電阻中電位器的滑動(dòng)端位置在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。即：反之,若R2滑動(dòng)端向下移動(dòng),則Uo增大。假設(shè)放大電路A是理想運(yùn)放,且工作在線性區(qū),則U+=U-=UZ=UF,而且兩個(gè)輸入端不取電流,則或

當(dāng)R2的滑動(dòng)端調(diào)至最上端時(shí),Uo達(dá)到最小值,此時(shí)

當(dāng)R2的滑動(dòng)端調(diào)至最下端時(shí),Uo達(dá)到最大值,此時(shí)

第9章直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓過程：59第9章直流穩(wěn)壓電源例9.2:設(shè)如圖9.22所示串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路中,穩(wěn)壓管為2CW14,其穩(wěn)定電壓為UZ＝7V，采樣電阻R1=3KΩ，R2=2KΩ,R3=3KΩ,試估算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。解：因此,穩(wěn)壓電路輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍是(11.2～18.7V)

圖9.22串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路第9章直流穩(wěn)壓電源例9.2:設(shè)如圖9.22所示串聯(lián)型直流穩(wěn)60第9章直流穩(wěn)壓電源調(diào)整管的選擇調(diào)整管不僅需要根據(jù)外界條件的變化，隨時(shí)調(diào)整本身的管壓降，以保持輸出電壓穩(wěn)壓，還要提供負(fù)載所要求的全部電流，因此調(diào)整管的功耗比較大，通常采樣大功率的三極管。為了保證調(diào)整管的安全，在選擇三極管的型號(hào)時(shí)，應(yīng)對(duì)三極管的主要參數(shù)進(jìn)行初步的估算。a.集電極最大允許電流ICM假設(shè)流過采樣電阻的電流為IR，則b.集電極和發(fā)射極之間的最大允許反向擊穿電壓U(BR)CEO正常工作時(shí)調(diào)整管上的壓降約為幾伏。負(fù)載短路時(shí)UI全部加在調(diào)整管兩端。在電容濾波電路中，UI可能接近于變壓器副邊電壓峰值再考慮電網(wǎng)可能有的波動(dòng),因此，根據(jù)調(diào)整管可能承受的最大反向電壓，應(yīng)選擇三極管的參數(shù)為是空載時(shí)整流濾波電路的最大輸出電壓。c.集電極最大允許耗散功率PCM調(diào)整管的功耗為故，為保證調(diào)整管工作在放大狀態(tài)，UCE通常為(3～8)V。故,若為橋式整流、電容濾波電路,并考慮到電網(wǎng)電壓可能有

第9章直流穩(wěn)壓電源調(diào)整管的選擇61第9章直流穩(wěn)壓電源的波動(dòng)，要求變壓器副邊電壓為：(4)穩(wěn)壓電路的過載保護(hù)使用穩(wěn)壓電路時(shí),如果輸出端過載甚至短路，將使通過調(diào)整管的電流急劇增大,故在實(shí)用的穩(wěn)壓電路中通常加有必要的保護(hù)電路,以免調(diào)整管造成損壞。b.溫度保護(hù)型：利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。限流型保護(hù)電路如圖9.23所示。

圖9.23第9章直流穩(wěn)壓電源的波動(dòng)，要求變壓器副邊電壓為：圖9.2362第9章直流穩(wěn)壓電源當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。截流特性如圖9.24所示。截流型保護(hù)電路如圖9.25所示。它是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，輸出電流得以限制。限流特性如圖9.26所示。圖9.26第9章直流穩(wěn)壓電源當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止，63第9章直流穩(wěn)壓電源9.4集成三端穩(wěn)壓器三端式穩(wěn)壓器只有三個(gè)引出端子，具有應(yīng)用時(shí)外接元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。它們的基本組成及工作原理都相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列(正電源)和CW7900系列(負(fù)電源)。圖9.27所示為CW7800和CW7900系列塑料封裝和金屬封裝三端集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列。圖9.27第9章直流穩(wěn)壓電源9.4集成三端穩(wěn)壓器圖9.2764第9章直流穩(wěn)壓電源1、基本應(yīng)用電路

圖9.28所示為7800系列集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器，所以圖9.28輸出電壓為12V，最大輸出電流為1.5A。2、提高輸出電壓的電路提高輸出電壓的電路如圖9.29所示。實(shí)際需要的直流穩(wěn)壓電源，如果超過集成穩(wěn)壓器的輸出電壓數(shù)值時(shí)，可外接一些元件提高輸出電壓，圖9.29所示電路能使輸出電壓高于固定電壓，圖中的UXX為CW78系列穩(wěn)壓器的固定輸出電壓數(shù)值，顯然有：UO=UXX+UZ

；圖9.28第9章直流穩(wěn)壓電源1、基本應(yīng)用電路圖9.2865第9章直流穩(wěn)壓電源也可采用圖9.30所示的電路提高輸出電壓。圖中R1、R2為外接電阻，R1兩端的電壓為三端集成穩(wěn)壓器的額定輸出電壓UXX，R1上流過的電流為IR1=UXX／R1，三端集成穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流為IQ，則有：IR2=IR1+IQ

；圖9.29圖9.30第9章直流穩(wěn)壓電源也可采用圖9.30所示的電路提高輸出電壓66第9章直流穩(wěn)壓電源3、輸出正、負(fù)電壓的電路圖9.31所示為采用CW7815和CW7915三端穩(wěn)壓器各一塊組成的具有同時(shí)輸出+15V～-15V電壓的穩(wěn)壓電路。恒流源電路集成穩(wěn)壓器輸出端串入阻值合適的電阻，就可構(gòu)成輸出恒定電流的電源，如圖9.32所示。

圖9.31圖9.32第9章直流穩(wěn)壓電源3、輸出正、負(fù)電壓的電路圖9.31圖967第9章直流穩(wěn)壓電源IQ為穩(wěn)壓器靜態(tài)工作電流，由于它受UI及溫度變化的影響，所以只有U23/R>>IQ時(shí)，輸出電流IQ才比較穩(wěn)定。

第9章直流穩(wěn)壓電源IQ為穩(wěn)壓器靜態(tài)工作電流，由于它受UI及68模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

第1章二極管及其基本電路

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)69第1章二極管及其基本電路學(xué)習(xí)重點(diǎn)：PN結(jié)的基本知識(shí)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、伏安特性、應(yīng)用電路。學(xué)習(xí)內(nèi)容:PN結(jié)的基本知識(shí)、半導(dǎo)體二極管、半導(dǎo)體二極管。第1章二極管及其基本電路學(xué)習(xí)重點(diǎn)：70第1章二極管及其基本電路1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)理論知識(shí)半導(dǎo)體材料（semiconductormaterial）

導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體材料的電學(xué)性質(zhì)對(duì)光、熱、電、磁等外界因素的變化十分敏感，在半導(dǎo)體材料中摻入少量雜質(zhì)可以控制這類材料的電導(dǎo)率。元素半導(dǎo)體有鍺、硅、硒、硼、碲、銻等。硅（Si）和鍺（Ge）是主要的半導(dǎo)體材料，其中硅（Si）是占據(jù)了90％以上的半導(dǎo)體材料份額。硅和鍺材料在電子、冶金、化工、軍事、航天等領(lǐng)域有廣泛的用途。

第1章二極管及其基本電路1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)理論知識(shí)71第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱“九個(gè)9”。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。本征激發(fā)（熱激）：當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由電子。本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)及共價(jià)鍵共價(jià)鍵內(nèi)的兩個(gè)電子由相鄰的原子各用一個(gè)價(jià)電子組成，稱為束縛電子。圖1.1所示為硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。

第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體72第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體的兩種載流子溫度越高，半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的自由電子便越多。束縛電子脫離共價(jià)鍵成為自由電子后，在原來的位置留有一個(gè)空位，稱此空位為空穴。本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)目相同。圖1.1所示為本征激發(fā)所產(chǎn)生的電子空穴對(duì)。

圖1.1本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對(duì)第1章二極管及其基本電路本征半導(dǎo)體的兩種載流子

圖1.173第1章二極管及其基本電路N型和P型雜質(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)后的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1、N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體,也稱電子型半導(dǎo)體。因五價(jià)雜質(zhì)原子中只有四個(gè)價(jià)電子能與周圍四個(gè)半導(dǎo)體原子中的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，而多余的一個(gè)價(jià)電子因無共價(jià)鍵束縛而很容易形成自由電子。N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。如圖1.2所示。

第1章二極管及其基本電路N型和P型雜質(zhì)半導(dǎo)體74第1章二極管及其基本電路N型半導(dǎo)體圖1.2N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)第1章二極管及其基本電路N型半導(dǎo)體圖1.2N型半導(dǎo)體75第1章二極管及其基本電路P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導(dǎo)體，也稱為空穴型半導(dǎo)體。因三價(jià)雜質(zhì)原子與硅原子形成共價(jià)鍵時(shí)，缺少一個(gè)價(jià)電子而在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空穴。P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.3所示。圖1.3P型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)第1章二極管及其基本電路P型半導(dǎo)體圖1.3P型半導(dǎo)體76第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的行成及其單向?qū)щ娦詫⒁粔K半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層→PN結(jié)。半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔?，載流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。形成如下物理過程:因濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場促使少子漂移,內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散。最后多子擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。如圖1.4所示。

第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的行成及其單向?qū)щ娦?7第1章二極管及其基本電路圖1.4P型和N型半導(dǎo)體交界處載流子的擴(kuò)散

第1章二極管及其基本電路圖1.4P型和N型半導(dǎo)體交界78第1章二極管及其基本電路

由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴(kuò)散的結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)原來的電中性被破壞，在交界面的兩側(cè)形成一個(gè)不能移動(dòng)的帶異性電荷的離子層，稱此離子層為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)，如圖1.5所示。在空間電荷區(qū)，多數(shù)載流子已經(jīng)擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了，或者說消耗了，因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。圖1.5PN結(jié)的形成第1章二極管及其基本電路由于空穴和自由電子均是帶電79第1章二極管及其基本電路PN結(jié)單向?qū)щ娦訮N結(jié)具有單向?qū)щ娦?，若外加電壓使電流從P區(qū)流到N區(qū)，PN結(jié)呈低阻性，所以電流大；反之是高阻性，電流小。如果外加電壓使PN結(jié)中：P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖1.6所示。外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。內(nèi)電場對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響,PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。

第1章二極管及其基本電路PN結(jié)單向?qū)щ娦?0第1章二極管及其基本電路圖1.6PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況第1章二極管及其基本電路圖1.6PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)81第1章二極管及其基本電路PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況如圖1.7所示。外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強(qiáng)了內(nèi)電場。內(nèi)電場對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。此時(shí)PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)散電流，由于漂移電流本身就很小，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。這樣的反接電壓使N區(qū)和P區(qū)中的少數(shù)載流子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，因此在這種情況下，PN結(jié)內(nèi)的電流由起支配地位的漂移電流所決定。漂移電流的方向與擴(kuò)散電流相反，表現(xiàn)在外電路上有一個(gè)流入N區(qū)的反向電流，它是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)形成的。由于少數(shù)載流子的濃度很小，所以是很微弱的，一般硅管為微安數(shù)量級(jí)。由于很小，所以PN結(jié)在反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)出一個(gè)阻值很大的電阻，此時(shí)可認(rèn)為它基本上是不導(dǎo)電的，稱PN結(jié)截止。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，電阻值很小，PN結(jié)導(dǎo)通；加反相電壓時(shí)，電阻值很大，PN結(jié)截止，這就是它的單向?qū)щ娦?，PN結(jié)的單相導(dǎo)電性關(guān)鍵在于它的耗盡區(qū)的存在，且其寬度隨外加電壓而變化。

第1章二極管及其基本電路PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況82第1章二極管及其基本電路圖1.7PN結(jié)外加反向電壓

第1章二極管及其基本電路圖1.7PN結(jié)外加反向電壓83第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。一是勢壘電容CB；二是擴(kuò)散電容CD。勢壘電容CB。勢壘電容是由空間電荷區(qū)離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。勢壘電容的示意圖見圖1.8。

圖1.8勢壘電容示意圖第1章二極管及其基本電路PN結(jié)的電容效應(yīng)84第1章二極管及其基本電路（2）擴(kuò)散電容CD。擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容的示意圖如圖1.9所示。當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不相同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。第1章二極管及其基本電路（2）擴(kuò)散電容CD。85第1章二極管及其基本電路圖1.9擴(kuò)散電容示意圖第1章二極管及其基本電路圖1.9擴(kuò)散電容示意圖86第1章二極管及其基本電路二極管及其特性二極管的結(jié)構(gòu)和類型接在二極管P區(qū)的引出線稱二極管的陽極，接在N區(qū)的引出線稱二極管的陰極。二極管有許多類型。從工藝上分，有點(diǎn)接觸型和面接觸型；按用途分，有整流管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、光電二極管和開關(guān)二極管等。圖1.10為不同結(jié)構(gòu)的二極管。

圖1.10不同結(jié)構(gòu)的二極管

第1章二極管及其基本電路二極管及其特性87第1章二極管及其基本電路圖1.11所示為二極管的符號(hào)。由P端引出的電極是正極，由N端引出的電極是負(fù)極，箭頭的方向表示正向電流的方向，VD是二極管的文字符號(hào)。AK圖1.11二極管的符號(hào)常見的二極管有金屬、塑料和玻璃三種封裝形式。按照應(yīng)用的不同，二極管分為整流、檢波、開關(guān)、穩(wěn)壓、發(fā)光、光電、快恢復(fù)和變?nèi)荻O管等。根據(jù)使用的不同，二極管的外形各異，圖1.12所示為幾種常見的二極管外形及實(shí)物。圖1.12幾種常見的二極管外形及實(shí)物第1章二極管及其基本電路圖1.11所示為二極管的符號(hào)。由88第1章二極管及其基本電路二極管的特性(1).二極管伏安特性二極管兩端的電壓U及其流過二極管的電流I之間的關(guān)系曲線，稱為二極管的伏安特性。理論分析指出，半導(dǎo)體二極管電流I與端電壓U之間的關(guān)系可表示為1.1式。

1.1此式稱為理想二極管電流方程。式中，IR稱為反向飽和電流，UT稱為溫度的電壓當(dāng)量，常溫下UT≈26mV。實(shí)際的二極管伏安特性曲線如圖所示。圖1.13中，實(shí)線對(duì)應(yīng)硅材料二極管，虛線對(duì)應(yīng)鍺材料二極管。第1章二極管及其基本電路二極管的特性89第1章二極管及其基本電路(2).正向特性二極管外加正向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的正向特性。如圖2.15所示，當(dāng)二極管所加正向電壓比較小時(shí)（0<U<Uth），二極管上流經(jīng)的電流為0mA，管子仍截止，此區(qū)域稱為死區(qū)，Uth稱為死區(qū)電壓（門坎電壓）。當(dāng)二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值時(shí)，還不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場對(duì)多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的阻擋作用，這一區(qū)段二極管正向電流IF很小，稱為死區(qū)。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料有關(guān)，并受環(huán)境溫度影響。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺材料二極管的死區(qū)電壓約為0.2V。當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓值時(shí)，外電場抵消了內(nèi)電場，正向電流隨外加電壓的增加而明顯增大，二極管正向電阻變得很小。當(dāng)二極管完全導(dǎo)通后，正向壓降基本維持不變，稱為二極管正向?qū)▔航礥F。一般硅管的UF為0.7V，鍺管的UF為0.3V。

(3).反向特性二極管外加反向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的反向特性。二極管外加反向電壓時(shí)，反向電流很小（I≈-IR），而且在相當(dāng)寬的反向電壓范圍內(nèi)，反向電流幾乎不變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和電流。當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，外電場與內(nèi)電場方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成的漏電流IR極小，一般硅管的IR為幾微安以下，鍺管IR較大，為幾十到幾百微安。這時(shí)二極管反向截止。

第1章二極管及其基本電路(2).正向特性90第1章二極管及其基本電路(4).反向擊穿特性當(dāng)反向電壓增大到某一數(shù)值UBR時(shí)，反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大，這種現(xiàn)象二極管反向擊穿。擊穿時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向擊穿電壓。普通二極管發(fā)生反向擊穿后，造成二極管的永久性損壞，失去單向?qū)щ娦浴BR為反向擊穿電壓。利用二極管的反向擊穿特性，可以做成穩(wěn)壓二極管，但一般的二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。

(5).二極管的溫度特性二極管是對(duì)溫度非常敏感的器件。實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會(huì)減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)（約為-2mV/℃）；溫度升高，反向飽和電流會(huì)增大，反向伏安特性下移，溫度每升高10℃，反向電流大約增加一倍。圖1.14所示為溫度對(duì)二極管伏安特性的影響。

第1章二極管及其基本電路(4).反向擊穿特性91第9章直流穩(wěn)壓電源當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路--電源電路。大到超級(jí)計(jì)算機(jī)、小到袖珍計(jì)算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持下才能正常工作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。超級(jí)計(jì)算機(jī)的電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供應(yīng)。袖珍計(jì)算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可不要小看了這個(gè)電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電保護(hù)等高級(jí)功能?？梢哉f電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會(huì)有如此種類繁多的電子設(shè)備。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對(duì)電源電路的要求就是能夠提供持續(xù)穩(wěn)定、滿足負(fù)載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn)定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電源(DCRegulatedPowerSupply)。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。一般電子設(shè)備所需的直流穩(wěn)壓電源都由電網(wǎng)中50Hz/220V交流電轉(zhuǎn)化而來。直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖9.1所示。直流穩(wěn)壓電源是將交流電變換成功率較小的直流電，一般由變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓等幾部分組成。第9章直流穩(wěn)壓電源當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶92第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.1直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.1直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖93第9章直流穩(wěn)壓電源變壓器：交流降壓；整流器：將交流電變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的電量；濾波器：減少波形脈動(dòng)，使波形平滑；穩(wěn)壓器：負(fù)載變化或電網(wǎng)波動(dòng)時(shí)使輸出電壓穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的基本功能和要求:(1)、輸出電壓值能夠在額定輸出電壓值以下任意設(shè)定和正常工作。(2)、輸出電流的穩(wěn)流值能在額定輸出電流值以下任意設(shè)定和正常工作。(3)、直流穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓與穩(wěn)流狀態(tài)能夠自動(dòng)轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的狀態(tài)指示。(4)、對(duì)于輸出的電壓值和電流值要求精確的顯示和識(shí)別。(5)、對(duì)于輸出電壓之和電流值有精準(zhǔn)要求的直流穩(wěn)壓電源，一般要用多圈電位器和電壓電流微調(diào)電位器，或者直接數(shù)字輸入。(6)、要有完善的保護(hù)電路。直流穩(wěn)壓電源在輸出端發(fā)生短路及異常工作狀態(tài)時(shí)不應(yīng)損壞，在異常情況消除后能立即正常工作。本章就圍繞直流穩(wěn)壓電源的各個(gè)環(huán)節(jié)，分析和討論如何才能設(shè)計(jì)出滿足要求的穩(wěn)壓電源。第9章直流穩(wěn)壓電源變壓器：交流降壓；94第9章直流穩(wěn)壓電源9.1整流電路所謂整流電路就是將交流電壓（電流）變成直流電壓（電流）的過程。利用有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為：(1)、單相整流；(2)、三相整流；(3)、倍壓整流。整流電路按輸出波形又可分為：（1）半波整流電路；(2)全波流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。第9章直流穩(wěn)壓電源9.1整流電路95第9章直流穩(wěn)壓電源單相整流電路1、半波整流電路單相半波整流電路圖9.2所示，圖中T為電源變壓器，用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時(shí)保證直流電源與市電電源有良好的隔離。設(shè)D為整流二極管，令它為理想二極管，RL為要求直流供電的負(fù)載等效電阻。圖9.2單相半波整流電路圖第9章直流穩(wěn)壓電源單相整流電路圖9.2單相半波整流電路圖96第9章直流穩(wěn)壓電源為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。(1)、u2>0時(shí):二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，uo=u2;(2)、u2<0時(shí):

二極管截止,uo=0V。單相半波整流電壓波形如圖9.3所示。第9章直流穩(wěn)壓電源為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理97第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（Io)，見式9.1和9.2所示。

(9.1)Io=Uo/RL=0.45U2/RLUDRM為半波整流電路中，二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓，如圖9.4所示。第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（98第9章直流穩(wěn)壓電源9.6單相全波整理電路的波形圖第9章直流穩(wěn)壓電源9.6單相全波整理電路的波形圖99第9章直流穩(wěn)壓電源二極管上的平均電流：ID=IO，承受的最S高反向電壓:脈動(dòng)系數(shù)UO1M：輸出基波幅值；UO(av)：輸出平均電壓。半波整流電路的特點(diǎn):負(fù)載上得到單方向的脈動(dòng)電壓，由于電路只在u2的正半周有輸出，所以稱為半波整流電路。半波整流電路結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少，但整流效率低，輸出電壓脈動(dòng)大，因此，它只使用于要求不高的場合。2、單相全波整流電路原理：變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓u2,當(dāng)u2正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止。電路原理圖如圖9.5所示。圖9.6為單相全波整理電路的波形圖。第9章直流穩(wěn)壓電源二極管上的平均電流：ID=IO，承受的最100第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（Io)如式（9.3）和（9.4）：二極管上的平均電流：ID=1/2IO,二極管承受的最高反向電壓：

第9章直流穩(wěn)壓電源輸出電壓平均值（Uo）和輸出電流平均值（101第9章直流穩(wěn)壓電源2、單相橋式整流電路電路組成：T為變壓器，VD1~VD2為四個(gè)整流二極管，也常稱為整流橋。圖9.7(a)為單相橋式電路的原理圖,9.7(b)為其簡化畫法。9.7單相橋式電路第9章直流穩(wěn)壓電源2、單相橋式整流電路9.7單相橋式電路102第9章直流穩(wěn)壓電源工作原理:設(shè)(1)u2正半周:VD1、VD2導(dǎo)通,VD2、VD4截止；即：(2)u2負(fù)半周:VD2、VD4導(dǎo)通,VD1、VD3截止；即：單相橋式整流電路的波形示意圖如圖9.8所示。

第9章直流穩(wěn)壓電源工作原理:設(shè)103第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.8單相橋式整流電路的波形示意圖第9章直流穩(wěn)壓電源圖9.8單相橋式整流電路的波形示意圖104第9章直流穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算：(1)輸出平均電壓Uo（av）：輸出電壓Uo在一個(gè)周期中的平均值，如式(9.5)所示，即：(2)輸出平均電流Io（av）：(3)二極管承受的最高反向峰值電壓

第9章直流穩(wěn)壓電源參數(shù)計(jì)算：105第9章直流穩(wěn)壓電源(4)脈動(dòng)系數(shù)S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出uo分解后可得(9.7),(9.8)為脈動(dòng)系數(shù)。橋式整流電路的特點(diǎn):同方向的電流流過負(fù)載電阻RL，故RL上得到單方向全波脈動(dòng)的直流電壓?？梢?，橋式整流電路輸出電壓為半波整流電路輸出電壓的兩倍。橋式整流電路與半波整流電路相比較，其輸出電壓uo提高，脈動(dòng)成分減小了。第9章直流穩(wěn)壓電源(4)脈動(dòng)系數(shù)S定義：整流輸出電壓的基波106第9章直流穩(wěn)壓電源此外，將單相橋式整流電路的四只二極管制作在一起，封成一個(gè)器件稱為整流橋。常用的整流組合元件有半橋堆和全橋堆。半橋堆的內(nèi)部是由兩個(gè)二極管組成，而全橋堆的內(nèi)部是由四個(gè)二極管組成。集成硅整流橋符號(hào)和外形如圖9.9