二極管及直流穩(wěn)壓電源

1、會(huì)計(jì)學(xué)1二極管及直流穩(wěn)壓電源二極管及直流穩(wěn)壓電源如下圖所示，在一個(gè)PN結(jié)的兩端各引出一個(gè)電極，外加玻璃或塑料的管殼封裝就是二極管。由P型半導(dǎo)體引出的電極，稱為正極（或陽極）；由N型半導(dǎo)體引出的電極，稱為負(fù)極（或陰極）。2二極管的特性二極管的特性正極接電源正端，負(fù)極經(jīng)L、R接電源負(fù)端，電路導(dǎo)通。負(fù)極接電源正端，正極經(jīng)L、R接電源負(fù)端,電路不導(dǎo)通。結(jié)論：二極管正向偏置時(shí)導(dǎo)通，反向偏置時(shí)截止。這就是二極管的單向?qū)щ娦浴?.1.1 二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型1二極管的基本結(jié)構(gòu)二極管的基本結(jié)構(gòu)（1）二極管的單向?qū)щ娦缘?頁/共34頁反向擊穿（CD段）：當(dāng)反向電壓超過擊穿電壓

2、后，二極管的反向電流急劇增加。二極管伏安特性曲線為非線性，所以二極管屬于非線性器件 。反向截止（OC段）：二極管反向電流很小，二極管不導(dǎo)通。反向特性（圖中反向特性（圖中OCD段）段）正向?qū)ǎˋB段）：正向電流迅速增加，二極管兩端電壓降變化不大。死區(qū)（OA段）：二極管不導(dǎo)通。正向特性（圖正向特性（圖OAB段）段）伏安特性：通過二極管的電流和它兩端電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。右圖為二極管的伏安特性曲線。（2）二極管的伏安特性第2頁/共34頁3.二極管的類型二極管的類型允許通過較小的電流（不超過幾十毫安）。適用于高頻小電流電路，如收音機(jī)的檢波等。允許通過較大的電流（幾安到幾十安）。適用于把交流電變換成直流

3、電的“整流”電路中。能通過較大的電流，而且性能穩(wěn)定可靠。多用于開關(guān)、脈沖及高頻電路中。面接觸型平面型點(diǎn)接觸型 （1）點(diǎn)接觸型二極管）點(diǎn)接觸型二極管 （2）面接觸型二極管）面接觸型二極管（3）平面型二極管）平面型二極管第3頁/共34頁1.1.2 1.1.2 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)FMIRMVRI1最大整流電流二極管在室溫下長期運(yùn)行允許通過的最大正向平均電流。 2最高反向工作電壓二極管正常工作時(shí)所允許外加的最大反向電壓。 3反向電流在二極管加反向電壓而未擊穿時(shí)的反向電流值。 第4頁/共34頁1.2.11.2.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 工作條件：反向擊穿。 電路符電路符號(hào)號(hào)實(shí)物圖實(shí)物圖穩(wěn)壓二

4、極管利用 PN 結(jié)的反向擊穿區(qū)具有穩(wěn)定電壓的特性來工作的。特 性：正向特性與普通二極管相同； 反向擊穿特性較陡； 反向擊穿電壓為幾伏幾十伏。 應(yīng) 用：穩(wěn)壓設(shè)備和一些電子電路中。第5頁/共34頁1.2.21.2.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管 工作條件：正向?qū)ā?電路符電路符號(hào)號(hào)實(shí)物圖實(shí)物圖發(fā)光二極管簡稱為LED，它能把電能轉(zhuǎn)換成光能，實(shí)現(xiàn)發(fā)光的功能。特 性：與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦阅埽?體積小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、亮度較高、響應(yīng)快、壽命長； 工作電壓低(約 2 V)，工作電流小(約 10 mA)。 應(yīng) 用：各種電子電路、家電、儀表等設(shè)備中的電源指示、電 平指示、組成文字或數(shù)字顯示。第6頁/共34頁

5、1.2.31.2.3光電二極管光電二極管 工作條件：反向偏置。 電路符電路符號(hào)號(hào)實(shí)物圖實(shí)物圖 光電二極管也稱光敏二極管，是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)的器件。 特 性： 無光照時(shí)，反向電阻高達(dá)幾十兆歐； 有光照時(shí)，反向電阻降為幾千歐幾十千歐 。 應(yīng) 用： 在自動(dòng)控制中作為光/電檢測元件，制作光電池。第7頁/共34頁1.2.41.2.4變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 工作條件：反向偏置。 電路符電路符號(hào)號(hào)實(shí)物圖實(shí)物圖 變?nèi)荻O管PN結(jié)的電容是可變，由此可以實(shí)現(xiàn)改變電容的功能。 特 性： 正向特性與普通二極管相同； 反偏時(shí)，PN結(jié)電容隨外加電壓升高而降低； 電容量較小，幾十幾百pF 。 應(yīng) 用：電視機(jī)、收錄機(jī)等

6、家用電器和儀器儀表中構(gòu) 成調(diào)諧電路和自動(dòng)頻率微調(diào)電路。第8頁/共34頁1.2.51.2.5激光二極管激光二極管 工作條件：正向?qū)ā?電路符電路符號(hào)號(hào)實(shí)物圖實(shí)物圖激光二極管是在發(fā)光二極管的PN結(jié)間安置一層具有光活性的半導(dǎo)體，使其能發(fā)射出單波長紅外光。特 性：與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦阅埽?體積小、重量輕、耗電低； 驅(qū)動(dòng)電路簡單、方便調(diào)制； 耐機(jī)械沖擊、抗震動(dòng)。 應(yīng) 用：遠(yuǎn)距離光纖通信的光源，計(jì)算機(jī)光驅(qū)、激光打印機(jī)打印 頭，VCD機(jī)及條形碼閱讀器等。第9頁/共34頁1.3.1 1.3.1 整流電路整流電路直流穩(wěn)壓電源：把交流電通過整流、濾波和穩(wěn)壓電路處理后得到穩(wěn)定的直流電壓的電路。其組成框

7、圖如下圖所示。利用二極管的單向?qū)щ娦裕呀涣麟娮儞Q成脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。 第10頁/共34頁1半波整流電路半波整流電路 T電源變壓器，用來將220V交流市電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。V整流二極管，將交流電變成脈動(dòng)直流電。負(fù)載等效電阻。 LR輸入電壓為正半周時(shí)， 二極管V正向?qū)?，電流由A經(jīng)C到達(dá)B點(diǎn),在負(fù)載上得到上正下負(fù)的電壓。 輸入電壓為負(fù)半周時(shí)，二極管V反向截止。電路中沒有電流流過負(fù)載，負(fù)載上無輸出電壓。（1）工作原理第11頁/共34頁由此可見，在半波整流電路中，交流電一個(gè)周期內(nèi)，二極管半個(gè)周期導(dǎo)通半個(gè)周期截止，輸出的脈動(dòng)直流電

8、的波形是輸入交流電波形的一半。 “半波整流”由此得名。 （2）半波整流電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單 缺點(diǎn)：電源利用率低、脈動(dòng)成分大。 應(yīng)用：對(duì)直流電壓波動(dòng)要求不高的場合，如蓄電池的充電等。第12頁/共34頁 2橋式整流電路橋式整流電路 輸入電壓為正半周時(shí)， 二極管V1和V3正向?qū)?，V2和V4反向截止，在負(fù)載上得到上正下負(fù)的電壓。（1）工作原理 輸入電壓為負(fù)半周時(shí)， 二極管V2和V4正向?qū)?，V1和V3反向截止，在負(fù)載上仍然得到上正下負(fù)的電壓。第13頁/共34頁在橋式整流電路中，4只二極管分為兩組，交流電正、負(fù)半周各有一組二極管導(dǎo)通，且流過負(fù)載的電流是同一方向，在負(fù)載上得到全波脈動(dòng)直流電。 （2

9、）橋式整流電路的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：輸出電壓高、脈動(dòng)較小、電源效率高、二極管承受的最大反向電壓低。 缺點(diǎn)：電路復(fù)雜、二極管數(shù)量多。 應(yīng)用：對(duì)直流電壓波動(dòng)要求高的場合。第14頁/共34頁 3 3整流電路及元件的主要參數(shù)估算與選用整流電路及元件的主要參數(shù)估算與選用 LRLVLI245. 0VVLLLLLRVRVI245. 0 橋式整流：因?yàn)樨?fù)載上得到的是全波脈動(dòng)直流電，因此，直流輸出電壓為： 29 . 0 VVLLLLLRVRVI29 . 0 （1）負(fù)載 上的直流輸出電壓 和直流輸出電流 半波整流：負(fù)載上的直流輸出電壓是整流電路輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值； 負(fù)載上的直流輸出電流是直流輸出電壓與負(fù)載阻值的

10、比值。直流輸出電流為：第15頁/共34頁 （2）整流二極管上的平均整流電流 FILLFRVII245. 0 LLLFRVRVII2245. 029 . 021 （3）整流二極管所承受的最高反向電壓 RMV2v22VVRM 整流二極管的選擇可以 和 為依據(jù)，通過查閱器件手冊(cè)來選出，但要留有一定的余量，以使整流二極管能長期安全工作。FIRMV 半波整流：流過整流二極管的平均電流即為負(fù)載中的直流電流。橋式整流：流過每個(gè)整流二極管的平均電流應(yīng)為負(fù)載中的直流電流的一半。半波整流、橋式整流電路中二極管所承受的最高反向電壓均是 的峰值 。第16頁/共34頁1.3.2 1.3.2 濾波電路濾波電路 半波整流電

11、容濾波橋式整流電容濾波濾波：把整流電路輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近平穩(wěn)的直流電。 常用的濾波電路有電容濾波電路、電感濾波電路和復(fù)式濾波電路。 1 1電容濾波電路電容濾波電路 電容濾波電路：將電容器接在整流電路后面，與負(fù)載并聯(lián)，其電路如下圖所示。第17頁/共34頁 半波整流電容濾波半波整流電容濾波波形波形 橋式整流電容濾波橋式整流電容濾波波形波形 充電時(shí)，電容器兩端的電壓逐漸升高，直到接近充電電壓的最大值；放電時(shí)，電容器兩端的電壓逐漸降低，直到完全消失。電容器的容量越大，負(fù)載電阻越大，充電和放電時(shí)電容器兩端電壓的變化越小。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，輸出電壓高，脈動(dòng)小。缺點(diǎn)：存在“浪涌電流

12、”；同時(shí)，若負(fù)載電流太大，會(huì)使負(fù)載電壓不平穩(wěn)。適用：負(fù)載電流較小的場合。 第18頁/共34頁2電感濾波電路電感濾波電路電感濾波電路是將電感元件與負(fù)載串聯(lián)，接在整流電路后面。 當(dāng)輸入電壓升高導(dǎo)致流過L的電流增大時(shí)，L 中產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢能阻止電流的增大；當(dāng)輸入電壓降低導(dǎo)致流過L的電流減小時(shí)，L 中的自感電動(dòng)勢又能阻止電流的減小。經(jīng)電感濾波后，輸出電壓的波形可以變得平滑，脈動(dòng)減小。L越大，濾波效果越好。 第19頁/共34頁電感濾波的特點(diǎn)：電感濾波的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：峰值電流小，輸出特性較平坦。缺點(diǎn)：輸出電壓較低，鐵芯笨重、體積大，易引起電磁干擾。適用：低電壓、大電流的場合。第20頁/共34頁3復(fù)式濾波電

13、路復(fù)式濾波電路L 型濾波電路：濾波效能高，適用于負(fù)載電流較大、要求紋波很小的的場合。 LC- 型濾波電路：濾波效果好，適用于負(fù)載電流較大、對(duì)直流輸出穩(wěn)定度要求較高的場合。RC-型濾波電路：濾波效果好，適用于負(fù)載較輕，對(duì)輸出電壓穩(wěn)定度要求不高的場合。 第21頁/共34頁4濾波電路及元件的主要參數(shù)估算與選用濾波電路及元件的主要參數(shù)估算與選用LV1 (LV 2) 1 . 1V半波整流電容濾波 ： 橋式整流電容濾波 ：22 . 1 VVL （2）電容濾波電路中濾波電容 的選擇C濾波電容的選擇主要應(yīng)考慮：輸出端得到平滑的直流電壓；保證整流管的使用安全。輸出電流 （A）210.510.150.50.050

14、.150.05以下電容 容量（F）330022001000470220470220LIC （1）電容濾波電路的直流輸出電壓電容濾波電路中電容的取值與負(fù)載電流的關(guān)系如下表：第22頁/共34頁1.3.31.3.3穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路1.1.集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路 型號(hào)：型號(hào)：W78XX 系列和 W79XX 系列 W78XX 系列是輸出正值電壓的穩(wěn)壓器，W79XX 系列是輸出負(fù)值電壓的穩(wěn)壓器；型號(hào)后 XX 兩位數(shù)字代表輸出電壓值。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 輸出電流超過1.5A，必須加裝散熱器； 不需要外接元件； 內(nèi)部有過熱保護(hù)和過流保護(hù)電路。最簡單的集成穩(wěn)壓電路只有輸入、輸出和公共端，故稱之為三端集成穩(wěn)

15、壓器。 （1）固定式三端集成穩(wěn)壓器第23頁/共34頁固定式三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路： 是穩(wěn)壓器的輸入電壓，從穩(wěn)壓器輸出端可同時(shí)輸出兩種電壓。IVOV提高輸出電壓提高輸出電壓電路電路 穩(wěn)壓器輸出電壓為，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為，則整個(gè)電路的輸出為： XXVZVZXXOVVV正、負(fù)電壓同時(shí)輸正、負(fù)電壓同時(shí)輸出電路出電路第24頁/共34頁（2）可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器 型號(hào)：型號(hào)：正電壓輸出 LM117 / LM217 / LM317 系列； 負(fù)電壓輸出 LM137 / LM237 / LM337 系列。 性能特點(diǎn)：性能特點(diǎn)： 輸出電壓連續(xù)可調(diào)； 穩(wěn)壓精度高，輸出紋波??； 具有全過載保護(hù)功能； 各項(xiàng)性能指標(biāo)都

16、優(yōu)于固定式三端集成穩(wěn)壓器。第25頁/共34頁 2. 2.開關(guān)穩(wěn)壓電源開關(guān)穩(wěn)壓電源由開關(guān)調(diào)整管、濾波電路、取樣比較電路、基準(zhǔn)電壓電路和脈沖調(diào)寬電路等組成。 開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，依靠調(diào)節(jié)其導(dǎo)通時(shí)間來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。（1）開關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖第26頁/共34頁開關(guān)穩(wěn)壓電源輸開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出電壓出電壓輸出電壓的平均值與開關(guān)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間成正比。（2）開關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓原理取樣電路將輸出電壓取樣后與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較和放大，其差值送入脈沖調(diào)寬電路，自動(dòng)控制輸出脈沖電壓的脈寬，達(dá)到調(diào)節(jié)輸出電壓基本不變的穩(wěn)壓效果。第27頁/共34頁如下圖所示，在一個(gè)PN結(jié)的兩端各引出一個(gè)電極，外加玻璃或塑料的管

17、殼封裝就是二極管。由P型半導(dǎo)體引出的電極，稱為正極（或陽極）；由N型半導(dǎo)體引出的電極，稱為負(fù)極（或陰極）。2二極管的特性二極管的特性正極接電源正端，負(fù)極經(jīng)L、R接電源負(fù)端，電路導(dǎo)通。負(fù)極接電源正端，正極經(jīng)L、R接電源負(fù)端,電路不導(dǎo)通。結(jié)論：二極管正向偏置時(shí)導(dǎo)通，反向偏置時(shí)截止。這就是二極管的單向?qū)щ娦浴?.1.1 二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型二極管的基本結(jié)構(gòu)、特性和類型1二極管的基本結(jié)構(gòu)二極管的基本結(jié)構(gòu)（1）二極管的單向?qū)щ娦缘?8頁/共34頁1.3.1 1.3.1 整流電路整流電路直流穩(wěn)壓電源：把交流電通過整流、濾波和穩(wěn)壓電路處理后得到穩(wěn)定的直流電壓的電路。其組成框圖如下圖所示。利用二極管的

18、單向?qū)щ娦?，把交流電變換成脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。 第29頁/共34頁1.3.2 1.3.2 濾波電路濾波電路 半波整流電容濾波橋式整流電容濾波濾波：把整流電路輸出電壓中的波動(dòng)成分盡可能地減小，改造成接近平穩(wěn)的直流電。 常用的濾波電路有電容濾波電路、電感濾波電路和復(fù)式濾波電路。 1 1電容濾波電路電容濾波電路 電容濾波電路：將電容器接在整流電路后面，與負(fù)載并聯(lián)，其電路如下圖所示。第30頁/共34頁3復(fù)式濾波電路復(fù)式濾波電路L 型濾波電路：濾波效能高，適用于負(fù)載電流較大、要求紋波很小的的場合。 LC- 型濾波電路：濾波效果好，適用于負(fù)載電流較大、對(duì)直流輸出穩(wěn)定度要求較高的場合。RC-型濾波電路：濾波