電工學(xué)-第8章直流穩(wěn)壓電源.ppt

1、1,第 8 章 直流穩(wěn)壓電源,8.3 直流穩(wěn)壓電源的組成,8.5 濾波電路,8.6 穩(wěn)壓電路,8.4 整流電路,8.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識,8.2 半導(dǎo)體二極管,下一章,上一章,返回主頁,大連理工大學(xué)電氣工程系,2,8.1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識,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。,大連理工大學(xué)電氣工程系,3,2. 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,在絕對零度時，不導(dǎo)電。 溫度（或光照） 價電子獲得能量： 本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴對。 自由電

2、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鍵 復(fù)合。 本征半導(dǎo)體載流子濃度較低，導(dǎo)電能力較弱。,大連理工大學(xué)電氣工程系,4,二、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 使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。,(1) 摻入五價的雜質(zhì)元素 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) 摻入三價的雜質(zhì)元素 自由電子的濃度 空穴的濃度。 空穴為多數(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。,大連理工大學(xué)電氣工程系,5,雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法,P 型半

3、導(dǎo)體,N 型半導(dǎo)體,大連理工大學(xué)電氣工程系,6,三、PN 結(jié),1. PN 結(jié)的形成,擴(kuò)散運(yùn)動,擴(kuò)散運(yùn)動： 多數(shù)載流子由于濃度的差別而形成的運(yùn)動。,大連理工大學(xué)電氣工程系,7,內(nèi)電場,PN 結(jié),多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動繼續(xù)進(jìn)行，使 PN 結(jié)加 寬，內(nèi)電場增強(qiáng)。 內(nèi)電場越強(qiáng)，多數(shù)載流子的運(yùn)動越難以進(jìn)行。 內(nèi)電場越強(qiáng)，少數(shù)載流子的運(yùn)動越易于進(jìn)行。,大連理工大學(xué)電氣工程系,8,漂移運(yùn)動： 少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下的運(yùn)動。 漂移運(yùn)動使 PN 結(jié)變薄，內(nèi)電場削弱。 內(nèi)電場削弱，又有利于多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動， 而不利于少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動。,漂移運(yùn)動,大連理工大學(xué)電氣工程系,9,多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動與少數(shù)載流子

4、的漂移運(yùn) 動達(dá)到動態(tài)平衡 平衡的 PN 結(jié)。,內(nèi)電場,大連理工大學(xué)電氣工程系,10,2. PN 結(jié)的特性,(1) 正向偏置 (2) 反向偏置,正向?qū)?反向截止,I0,主要特性： 單向?qū)щ娦浴?大連理工大學(xué)電氣工程系,11,8.2 半導(dǎo)體二極管,一、普通二極管,(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),大連理工大學(xué)電氣工程系,12,二、伏安特性,反向 特性,正向 特性,死區(qū),死區(qū)電壓 Uth ： 硅管 0.5 V 鍺管 0.1 V,導(dǎo)通壓降 UD ： 硅管 0.6 0.7V 鍺管 0.2 0.

5、3V,(1) 實(shí)際特性,鍺管 硅管,大連理工大學(xué)電氣工程系,13,UD,(2) 近似特性,(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,大連理工大學(xué)電氣工程系,14,*二、光電二極管（光敏二極管）,作用：將光信號轉(zhuǎn)化為電信號。 反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。,光電二極管電路,發(fā)光二極管電路,*三、發(fā)光二極管,作用：將電信號轉(zhuǎn)化為光信號。 發(fā)光的顏色取決于制造材料。,大連理工大學(xué)電氣工程系,15,*四、光電耦合器（光電隔離器）,

6、作用： 電氣隔離； 抗干擾； 系統(tǒng)保護(hù)。,大連理工大學(xué)電氣工程系,16,8.3 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,脈動直流,不穩(wěn)定的直流,穩(wěn)定直流,大連理工大學(xué)電氣工程系,17,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 的直流電,濾波電路,將脈動直流電變換為平滑 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,大連理工大學(xué)電氣工程系,18,8.4 整流電路,u2 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

7、 RL D4 a 。,大連理工大學(xué)電氣工程系,19,uO,iO,大連理工大學(xué)電氣工程系,20,1. 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,5. 整流元件的選擇,IFID,URURm,大連理工大學(xué)電氣工程系,21,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 = 12 V，電源變壓器一次電壓 U1 = 220 V。試求該電路正常工作時的負(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,二極管平均電流,變壓器的二次電壓,變壓器的電壓比,大連理工大學(xué)電氣工程系,22,8.5 濾 波

8、 電 路,一、電容濾波電路,電容放電,當(dāng)二極管導(dǎo)通時， 電容被充電儲能。 當(dāng)二極管截止時， 電容放電。 濾波電容的選擇：,大連理工大學(xué)電氣工程系,23,輸出電壓的平均值: UO = 1.2 U2（全波） 空載輸出直流電壓:,濾波電容的耐壓：,大連理工大學(xué)電氣工程系,24,例8.5.1 一橋式整流、電容濾波電路，已知電源頻率 f = 50 Hz ，負(fù)載電阻 RL=100 ，輸 出直流電壓 UO = 30 V 。試求： (1) 選擇整流二極管；(2) 選擇濾波電容器；(3) 負(fù)載電阻 斷路時的輸出電壓UO ；(4) 電容斷路時的輸出電壓UO。,解 (1) 選擇整流二極管,IO=,大連理工大學(xué)電氣工

9、程系,25,查附錄，選用 2CZ53B 4 個 （IF=300mA，UR=50V）。,(2) 選擇濾波電容器,C,=,= (300500)F,F,UCN,=35.4 V,(3) 負(fù)載電阻斷路時,(4) 電容斷路時,UO = 0.9U2 = 0.925 V = 22.5 V,IF2ID = 20.15A = 0.3 A， URURm=34.5 V,大連理工大學(xué)電氣工程系,26,二、電感濾波電路,對直流分量: XL = 0，大部分整 流電壓降在 RL 上。 對諧波分量: f 越高，XL 越大， 電壓大部分降在 XL 上。,大連理工大學(xué)電氣工程系,27,三、復(fù)式濾波電路,1. LC 形濾波電路,2.

10、 RC 形濾波電路,大連理工大學(xué)電氣工程系,28,一、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)： 反向擊穿電壓?。?反向擊穿特性陡。,擊穿 電壓,8.6 穩(wěn)壓電路,大連理工大學(xué)電氣工程系,29,解 (1) Ui10 V 時 DZ 反向擊穿穩(wěn)壓：UO = UZ = 5 V 。 (2) Ui = 3 V 時 DZ 反向截止：UO= Ui = 3 V 。 (3) Ui =5 V 時 DZ 正向?qū)ǎ篣O= 0 V 。 (4) ui = 10sin t V 時 當(dāng) 0ui5 V 時，DZ 反向截止： UO= Ui = 10sin t V。 當(dāng) ui5 V 時，D

11、Z 反向擊穿穩(wěn)壓：,例8.6.1 如圖所示電路，設(shè) UZ = 5 V，正向壓降 忽略不計(jì)。當(dāng)直流輸入U(xiǎn)i = 10 V、3 V、5 V 時，Uo= ？ 當(dāng)輸入為交流 ui = 10sin t V 時，分析 uO的波形。,UO = UZ = 5 V 。 當(dāng) ui0 V 時， DZ 正向?qū)ǎ篣O= 0 V。,大連理工大學(xué)電氣工程系,30,二、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓過程：,UO IZ I IR,UO ,大連理工大學(xué)電氣工程系,31,三、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。,輸出電壓規(guī)格： 5V, 6V, 8V, 9V, 12V, 15V ,大連理工大學(xué)電氣工程系,32,CW7800 接線圖,大連理工大學(xué)電氣工程系,33,CW7900 接線圖,大連理工大學(xué)電氣工程系,3