電工學(xué)-第8章直流穩(wěn)壓電源

電工學(xué)-第8章直流穩(wěn)壓電源第一頁(yè)，共35頁(yè)。8.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)體、半導(dǎo)體、絕緣體。物質(zhì)按導(dǎo)電能力劃分：半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能：價(jià)電子參與導(dǎo)電、摻雜增強(qiáng)導(dǎo)電能力、熱敏特性、光敏特性。一、本征半導(dǎo)體

1.什么是本征半導(dǎo)體

是一種完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。第二頁(yè)，共35頁(yè)。2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性在絕對(duì)零度時(shí)，不導(dǎo)電。溫度（或光照）→價(jià)電子獲得能量：本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)。自由電子和空穴均參與導(dǎo)電，統(tǒng)稱為載流子。溫度→載流子的濃度→導(dǎo)電能力。自由電子釋放能量跳回共價(jià)鍵——復(fù)合。本征半導(dǎo)體載流子濃度較低，導(dǎo)電能力較弱。第三頁(yè)，共35頁(yè)。二、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。(1)摻入五價(jià)的雜質(zhì)元素（磷周圍有五個(gè)價(jià)電子）自由電子的濃度空穴的濃度。自由電子為多數(shù)載流子，空穴為少數(shù)載流子。稱這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體。(2)摻入三價(jià)的雜質(zhì)元素（硼周圍有三個(gè)價(jià)電子）自由電子的濃度空穴的濃度?？昭槎鄶?shù)載流子。自由電子為少數(shù)載流子。稱這種雜質(zhì)半導(dǎo)體為P型半導(dǎo)體。第四頁(yè)，共35頁(yè)。雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體空間電荷＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－第五頁(yè)，共35頁(yè)。三、PN結(jié)1.PN結(jié)的形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：多數(shù)載流子由于濃度的差別而形成的運(yùn)動(dòng)。第六頁(yè)，共35頁(yè)。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－內(nèi)電場(chǎng)PN結(jié)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)繼續(xù)進(jìn)行，使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，多數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)越難以進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)越易于進(jìn)行。第七頁(yè)，共35頁(yè)。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋漂移運(yùn)動(dòng)：少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)使PN結(jié)變薄，內(nèi)電場(chǎng)削弱。內(nèi)電場(chǎng)削弱，又有利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，而不利于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)第八頁(yè)，共35頁(yè)。＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－＋＋＋＋＋＋＋＋－－－－－－－－多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡——平衡的PN結(jié)。內(nèi)電場(chǎng)第九頁(yè)，共35頁(yè)。2.PN結(jié)的特性(1)正向偏置(2)反向偏置RＰN外電場(chǎng)ＰNR外電場(chǎng)正向?qū)↖反向截止I≈0

主要特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦浴５谑?yè)，共35頁(yè)。8.2半導(dǎo)體二極管一、普通二極管

ＰN陽(yáng)極陰極(1)按結(jié)構(gòu)分類

點(diǎn)接觸型、面接觸型。(2)按材料分類硅管、鍺管。(3)按用途不同分類普通管、整流管、開關(guān)管等。1.基本結(jié)構(gòu)第十一頁(yè)，共35頁(yè)。U/VI/mA

O二、伏安特性反向特性正向特性死區(qū)死區(qū)電壓Uth：硅管0.5V

鍺管0.1V導(dǎo)通壓降UD：硅管0.6~0.7V

鍺管0.2~0.3VUDUBRIR(1)實(shí)際特性鍺管硅管第十二頁(yè)，共35頁(yè)。UD(2)近似特性UI

OUI

O(3)理想特性3.主要參數(shù)(1)額定正向平均電流（最大整流電流）IF

(2)正向壓降UF(3)最高反向工作電壓UR一般規(guī)定為反向擊穿電壓的1/2或1/3。(4)最大反向電流IRm

第十三頁(yè)，共35頁(yè)。*二、光電二極管（光敏二極管）作用：將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。RED

光電二極管電路RED

發(fā)光二極管電路*三、發(fā)光二極管作用：將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)。發(fā)光的顏色取決于制造材料。第十四頁(yè)，共35頁(yè)。*四、光電耦合器（光電隔離器）作用：①電氣隔離；②抗干擾；③系統(tǒng)保護(hù)。輸入電路輸出電路第十五頁(yè)，共35頁(yè)。8.3直流穩(wěn)壓電源的組成

大小不合適的交流大小合適的交流~交流電源脈動(dòng)直流不穩(wěn)定的直流穩(wěn)定直流直流負(fù)載濾波電路電源變壓器整流電路穩(wěn)壓電路第十六頁(yè)，共35頁(yè)。電源變壓器將市電變換為整流所需的交流電壓整流電路將交流電變換為方向不變的脈動(dòng)直流電濾波電路將脈動(dòng)直流電變換為平滑的直流電壓穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換為穩(wěn)定直流電壓第十七頁(yè)，共35頁(yè)。8.4整流電路+-uOabTr+-u2+-u1RLiOD1D3D2D4u2正半周，D1和D3導(dǎo)通，uO=u2；電流通路：a→D1→RL→D3→b。u2負(fù)半周，D2和D4導(dǎo)通，uO=－u2；電流通路：b→D2→RL→D4→a。第十八頁(yè)，共35頁(yè)。＋uO－D4

D3D1

D2RL＋u2－u2ωtOuOiOωtO第十九頁(yè)，共35頁(yè)。1.負(fù)載直流電壓UO=0.9U2

2.負(fù)載直流電流3.二極管平均電流4.二極管反向電壓UO=2U2sintd(t)1∫0=U2

22IO=UO

RLID=IO

12URm=2

U2

5.整流元件的選擇IF≥IDUR≥URm第二十頁(yè)，共35頁(yè)。[例8.4.1]一橋式整流電路，已知負(fù)載電阻RL=240，負(fù)載所需直流電壓=12V，電源變壓器一次電壓U1=220V。試求該電路正常工作時(shí)的負(fù)載電流、二極管平均電流ID和變壓器的電壓比k。[解]負(fù)載直流電流IO=UORL=A=0.05A12240ID=IO=×0.05A=0.025A1212二極管平均電流

變壓器的二次電壓U2=

=V=13.33VUo0.9120.9變壓器的電壓比k=

==16.5U2U1

22013.33第二十一頁(yè)，共35頁(yè)。8.5濾波電路一、電容濾波電路C＋＋uO－RL＋u2－＋u1－uOωtO√2U2電容放電

當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，電容被充電儲(chǔ)能。當(dāng)二極管截止時(shí)，電容放電。濾波電容的選擇：

C≥(3~5)T2RL=1.5~2.52RLf第二十二頁(yè)，共35頁(yè)。UCN=√2U2輸出電壓的平均值:

UO=1.2U2（全波）空載輸出直流電壓:濾波電容的耐壓：UCN≥√2U2第二十三頁(yè)，共35頁(yè)。[例8.5.1]一橋式整流、電容濾波電路，已知電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=100，輸出直流電壓UO=30V。試求：(1)選擇整流二極管；(2)選擇濾波電容器；(3)負(fù)載電阻斷路時(shí)的輸出電壓UO；(4)電容斷路時(shí)的輸出電壓UO。[解](1)選擇整流二極管IO=UORL=A=0.3A30100U2=UO1.2301.2=25V=URm=2

U2

=2×25

V

=35.4VID=IO=×0.3A=0.15A1212第二十四頁(yè)，共35頁(yè)。查附錄，選用2CZ53B4個(gè)（IF=300mA，UR=50V）。(2)選擇濾波電容器C≥1.5~2.5RLf1.5~2.5100×50

==(300~500)μFFUCN≥=2×25

V=35.4V2

U2

(3)負(fù)載電阻斷路時(shí)UO=2

U2

=2×25

V=35.4V(4)電容斷路時(shí)UO=0.9U2=0.9×25V=22.5VIF≥2ID=2×0.15A=0.3A，UR≥URm=34.5V第二十五頁(yè)，共35頁(yè)。一、穩(wěn)壓二極管又稱為齊納二極管。為面結(jié)型硅二極管。反向特性正向特性特點(diǎn)：①反向擊穿電壓??；②反向擊穿特性陡。擊穿電壓UZIZmax

U/V

I/mA

OIZmin8.6穩(wěn)壓電路第二十六頁(yè)，共35頁(yè)。

[解](1)Ui＝10V時(shí)DZ反向擊穿穩(wěn)壓：UO=UZ=5V。(2)Ui=3V時(shí)DZ反向截止：UO=Ui=3V。(3)Ui=－5V時(shí)DZ正向?qū)ǎ篣O=0V。(4)ui

=10sin

tV時(shí)當(dāng)0＜ui＜5V時(shí)，DZ反向截止：UO=Ui=10sin

tV。當(dāng)ui＞5V時(shí)，DZ反向擊穿穩(wěn)壓：

[例8.6.1]如圖所示電路，設(shè)UZ=

5V，正向壓降忽略不計(jì)。當(dāng)直流輸入U(xiǎn)i

=10V、3V、－5V時(shí)，Uo=？當(dāng)輸入為交流ui

=10sin

tV時(shí)，分析uO的波形。RDZ

＋Ui－＋UO－5

tuO/VO23UO=UZ=5V。當(dāng)ui＜0V時(shí)，DZ正向?qū)ǎ篣O=0V。第二十七頁(yè)，共35頁(yè)。二、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路+-u2+-u1C＋Ui－RL＋UO－IIORDZIZ穩(wěn)壓過程：UO

→

IZ

→

I

→

IR

UO第二十八頁(yè)，共35頁(yè)。三、集成穩(wěn)壓電路分為線性集成穩(wěn)壓電路和開關(guān)集成穩(wěn)壓電路。1.三端固定式集成穩(wěn)壓器CW7800系列正電壓穩(wěn)壓器。CW7900系列負(fù)電壓穩(wěn)壓器。

13

2輸出電壓規(guī)格：

5V,6V,8V,9V,12V,15V···第二