第2章 二極管及整流電路

第2章二極管及整流電路穩(wěn)壓電路2.4半導體二極管2.1單相整流電路2.2濾波電路2.33.7▲目錄▲典型問題

電氣電子設備中所需的直流電源，少數(shù)是直接使用干電池或蓄電池等直流電源，如手電筒、電瓶車；但大多數(shù)是使用交流電源經(jīng)過變換而得到的直流電源，如我們常用的手機充電器、電腦中的電源等。你知道交流電源變換成直流電源要經(jīng)過哪幾個環(huán)節(jié)嗎？工作原理是怎樣的？半導體二極管在其中起著怎樣的作用？

▲知識能力目標1.了解二極管的符號、組成結構、伏安特性等；掌握二極管的單向導電性。2.了解特殊二極管，如穩(wěn)壓管、發(fā)光二極管、光電二極管等的表示符號、功能和應用。3.掌握整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的工作原理，能據(jù)已知的電路原理圖和元器件參數(shù)分析計算輸出電壓等物理量。4.能據(jù)輸入電壓、輸出電壓等電路性能要求，設計穩(wěn)壓電源原理圖，計算元器件參數(shù)，選擇元器件。2.1半導體二極管2.1.1半導體基礎知識2.1.2PN結2.1.3二極管2.1.4特殊二極管2.1.5二極管的檢測半導體—

導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導體

—純凈的半導體。如硅、鍺單晶體。載流子—自由運動的帶電粒子。共價鍵—相鄰原子共有價電子所形成的束縛。+4+4+4+4硅(鍺)的原子結構Si284Ge28184原子結構簡化模型+4慣性核硅(鍺)的共價鍵結構價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內(nèi)移動2.1.1半導體基礎知識本征激發(fā)：復合：

自由電子和空穴在運動中相遇重新結合成對消失的過程。漂移：自由電子和空穴在電場力作用下的定向運動。

在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運動自由電子(在共價鍵以外)的運動空穴(在共價鍵以內(nèi))的運動半導體的導電特征IIPINI=IP+IN+–電子和空穴兩種載流子參與導電自由電子逆著電場方向定向運動形成電子電流IN

。在外電場的作用下，空穴順著電場方向移動，形成空穴電流IP

。

結論:1.本征半導體中電子、空穴成對出現(xiàn),且數(shù)量少；

2.半導體中有電子和空穴兩種載流子參與導電；

3.本征半導體導電能力弱，并與溫度、光照等外界條件有關。(摻雜性：純凈半導體摻入五價元素磷，成為N型半導體，多數(shù)載流子是電子；摻入三價元素硼，成為P型半導體，多數(shù)載流子是空穴。)具有光敏性、熱敏性、壓敏性和摻雜性。半導體知識小測試1.半導體材料主要指的是硅（Si）和鍺（Ge），純凈的半導體中摻入三價或五價元素后導電能力增強。半導體中參與導電的是（

）[單選題]*A電子答案解析：答案C,半導體中參與導電的既有電子，又有空穴。2.半導體導電具有熱敏性、壓敏性、光敏性和雜敏性[判斷題]*B空穴C電子和空穴A對B錯答案解析：答案AThankYou!2.1.2PN結二、P型半導體三、PN結的形成一、N型半導體四、PN結的單向導電性

本征半導體中由于載流子數(shù)量極少，導電能力很弱。如果有控制、有選擇地摻入微量的有用雜質(zhì)（某種元素），將使其導電能力大大增強，成為具有特定導電性能的雜質(zhì)半導體。

根據(jù)摻入的雜質(zhì)不一樣，雜質(zhì)半導體可分為二種：N型半導體，和P型半導體。一、N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入五價元素磷。N型磷原子自由電子由于原先本征半導體中就有電子和空穴參與導電，這樣電子為多數(shù)載流子,空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)+5+4+4+4+4+4正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子N型半導體的簡化原子模型P型硼原子空穴空穴

—

多子電子

—

少子載流子數(shù)

空穴數(shù)二、P型半導體在硅或鍺的晶體中摻入三價元素硼。+4+4+4+4+4+3P型半導體的簡化原子模型多數(shù)載流子少數(shù)載流子負離子三、PN結的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴散2.復合使交界面形成空間電荷區(qū)(耗盡層)

空間電荷區(qū)特點:無載流子、阻止擴散進行、利于少子的漂移。3.擴散和漂移達到動態(tài)平衡擴散電流等于漂移電流，

總電流內(nèi)電場擴散運動：漂移運動：由濃度差引起的載流子運動。載流子在電場力作用下引起的運動。

漂移運動：載流子在內(nèi)電場力作用下引起的運動。1.加正向電壓(正向偏置)導通P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場+

UR外電場外電場使多子向PN結移動,中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。I限流電阻當外電場大于內(nèi)電場時，P區(qū)的多子空穴和N區(qū)的多子電子，形成同一方向的電流，即正向電流I

。2.加反向電壓(反向偏置)截止P

區(qū)N

區(qū)

+UR內(nèi)電場外電場IPN結的單向導電性：正偏導通，呈小電阻，電流較大;

反偏截止，電阻很大，電流近似為零。外電場和內(nèi)電場都使多子背向PN結移動,使空間電荷區(qū)變寬。只有少子順電場方向移動形成電流：I

=I少子

0四、PN結的單向導電性

PN結的單向導電性，與我們生活中的有些道理是相似的。例如，我們?yōu)槿颂幨乱姓芰?，要順歷史潮流，要符合人心所向，這樣做事受到的阻力會比較小，產(chǎn)生效果顯著，收獲會比較大。

反之，思想、言語中負能力較多，逆歷史潮流而為，背離民心，這樣做事受到的阻力會很大，產(chǎn)生的效果不好，收獲很小。1.因為N型半導體多子是自由電子，所以它帶負電。（判斷題）A.對B.錯3.PN結是P型半導體與N型半導體結合在一起時，交界面上形成的空間電荷區(qū)。（判斷題）A.對B.錯2.在本征半導體中加入（）元素可以形成N型半導體，加入（）元素可以形成P型半導體。（單選題）A.五價，三價B.三價，五價C.五價，五價D.三價，三價測試—PN結4.PN結具有單向導電性，即加正向電壓導通，加反向電壓截止。（判斷題）A.對B.錯參考答案：1.B2.A3.A4.A小結：PN結一、N型半導體二、P型半導體三、PN結的形成四、PN結的單向導電性在硅或鍺的晶體中摻入五價元素磷。多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴。在硅或鍺的晶體中摻入三價元素硼。多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流子是電子。將P型半導體和N型半導體結合在一起，會在交界面上形成一個空間電荷區(qū)，即PN結。PN結上既有多子的擴散運動，又有少子的漂移運動，兩者達動態(tài)平衡。正偏導通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零。ThankYou!2.1.3二極管2.二極管的伏安特性3.二極管的主要參數(shù)1.二極管的結構4.二極管鉗位電路的分析1.二極管的結構構成：PN結+引線+管殼=二極管(Diode)符號：分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結構分點接觸型:PN結靜電容量小，適用于高頻電路。面接觸型：允許通過大電流，主要用于整流電路點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線面接觸型N型鍺PN結

正極引線鋁合金小球底座金銻合金平面型：允許通過大電流，主要用于開關、脈沖電路正極

引線負極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底OuD/ViD/mA正向特性Uth死區(qū)電壓Uth0

U

Uth

時，

iD

=0死區(qū)電壓：Uth=0.5V(硅管），0.1V(鍺管)U

Uth時，

iD明顯上升反向特性UBR反向擊穿0

U

UBR時，iD<0.1

A(硅),幾十

A

(鍺)U>

UBR時，反向電流iD急劇增大(反向擊穿)擊穿電壓2.二極管的伏安特性正向特性區(qū)：反向特性區(qū)：導通電壓：UD=0.7V(硅管），0.3V(鍺管),電壓與電流幾乎線性關系。但當二極管兩端的反向電壓增大到某一數(shù)值，反向電流會急劇增大，二極管將失去單向導電性，這種狀態(tài)稱為二極管的擊穿。二極管里面主要是個PN結，具有單向導電性，加正向電壓導通，加反向電壓截止。反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)急增。—PN結未損壞，斷電即恢復?！狿N結燒毀。如果二極管沒有因擊穿而引起過熱，則單向導電性不一定會被永久破壞，在撤除外加電壓后，其性能仍可恢復，否則二極管就損壞了。因而使用時應避免二極管外加的反向電壓過高。同樣道理，我們?nèi)粘Ｉ睢⒐ぷ髦幸渤Ｓ心撤N限制，例如車速的限制，人生病發(fā)燒的熱度不能超過某一溫度，做事情的底線等，在不超過這個車速、這個溫度或這個底線的情況下，問題不大，事情容易處理；否則，后果無法估計，傷害常常很嚴重。1）

IOM—

最大整流電流（最大正向平均電流）2）

URM—

最高反向工作電壓，為U(BR)/2

3）

IRM—

最大反向電流（二極管加最大反向電壓時的電流，

其值越小，二極管的單向導電性越好）3.二極管的主要參數(shù)4.二極管電路的分析1）理想二極管特性uDiD符號及等效模型SS正偏導通，uD=0;反偏截止，iD=02）實際二極管uDiD例2-1

硅二極管，R=2k

，求出VDD=2V時IO和UO的值。（二極管理想化處理）UOVDDIOR解：VDD=2V

IO=VDD/R=2/2

k

=1(mA)UO=VDD=2VUOVDDIOR硅管

0.7V鍺管

0.2V二極管正的向工作電壓例2-2電路圖和輸入交流電壓波形圖2-9(a)(b)所示，試分析輸出電壓波形（二極管理想化處理）。（a）電路圖（b）輸入電壓波形圖圖2-9上限幅電路當ui<E時，二極管截止，電路中的電流為零，所以，uo=ui；當u≥E時，二極管導通，其上壓降是uo=E；輸入、輸出波形如右圖所示。說明：該電路將輸出電壓的上限電平限定在某一固定值E上，所以稱為上限幅電路。思考：如何設計下限幅電路？能實現(xiàn)上、下電平限制的雙向限幅電路呢？（a）電路圖解：已知，0<E<Um（輸入正弦波的最大值），

據(jù)電路圖分析：1.下面關于PN結與二極管，說法正確的是？(多選題)

A.PN結具有單向導電性，即加正向電壓導通，加反向電壓截止B.PN結加上管殼，引出電極，就成了二極管C.二極管具有單向導電性D.二極管正偏，是指二極管的陽極接高電位，陰極接低電位2.關于二極管的死區(qū)電壓與導通電壓，下面說法正確的是：(多選題)

A.死區(qū)電壓：硅二極管約0.5V，鍺二極管約0.1VB.導通電壓：硅二極管約0.７V，鍺二極管約0.３VC.死區(qū)電壓的大小，與二極管材料、溫度等因素有關D.實際二極管加正向電壓大于導通電壓后，才有電流產(chǎn)生3.二極管在反向截止區(qū)的反向電流變化情況是？(單選題)

A.隨反向電壓升高而升高

B.隨反向電壓升高而急劇升高

C.基本保持不變D.隨反向電壓升高而減少參考答案：1.ABCD2.ABC3.C測試—二極管小結：二極管1.二極管的結構與符號2.二極管的伏安特性3.二極管的主要參數(shù)4.二極管鉗位電路的分析構成：PN結+引線+管殼=二極管(Diode)符號：1）IOM—最大整流電流

（最大正向平均電流）2）URM—最高反向工作電壓，

一般?。篣(BR)/23）IRM—最大反向電流利用二極管的單向導電性，進行分析。ThankYou!2.1.4特殊二極管與二極管的檢測2.發(fā)光二極管

3.光電二極管1.穩(wěn)壓二極管4.二極管的檢測

1．穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，又稱齊納二極管。是一種用特殊工藝制造的面接觸型硅材料二極管，它既具有普通二極管的單向導電性，又可以穩(wěn)定地工作于反向擊穿區(qū)而不損壞。穩(wěn)壓管的電路符號與實物圖使用時，它的陰極接外加電壓的高端，陽極接低端，管子處于反向偏置，工作在反向擊穿狀態(tài)，利用它的反向擊穿特性來穩(wěn)定直流電壓。思考：穩(wěn)壓管主要作用是穩(wěn)定電壓，它為什么能穩(wěn)定電壓呢？

工作原理：

在加反向電壓較小時，穩(wěn)壓二極管截止；反向電壓達到一定數(shù)值時，反向電流突然增加，穩(wěn)壓管進入擊穿區(qū)（齊納擊穿），此時反向電流在很大范圍變化,而管子兩端的電壓卻變化極小,利用這種特性，在電路中與適當?shù)碾娮枧浜暇湍芷鸬椒€(wěn)壓作用。圖

穩(wěn)壓二極管的伏安特性IUOUZIZIZM+

正向

+反向

UZ

IZ穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1）穩(wěn)定電壓

UZ：

穩(wěn)壓管正常工作時，管子兩端的反向電壓值。2）穩(wěn)定電流

IZ

：指穩(wěn)壓管能起到穩(wěn)壓作用時的最小電流。

工作時，反向電流小于IZ

時不穩(wěn)壓。3）最大工作電流

IZM：指穩(wěn)壓管正常工作的最大反向電流。PZM=UZ

IZM5）動態(tài)電阻

rZrZ=

UZ/

IZ

越小穩(wěn)壓效果越好。4）最大耗散功率

PZM發(fā)光二極管簡稱LED，是一種將電能直接轉換成光能的半導體器件，主要由半導體化合物如砷化鎵、磷化鎵等制成。其實物外形與表示符號如圖所示。

發(fā)光二極管的實物圖和電路符號2.發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1）發(fā)光二極管的工作條件工作電壓：正向偏置，導通電壓(1

2)V一般工作電流：幾十mA2）主要參數(shù)電學參數(shù)：IFM

（最大正向電流），U(BR)

（反向電壓），IR（反向電流）光學參數(shù)：峰值波長

P，亮度

L，光通量

發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠；

不可見光：紅外光顯示類型：普通LED，七段LED，點陣LED

工作時，陽極接電源正極。引腳長的是陽極；或管殼上有個凸起的小舌旁邊那個腳是正極。若是貼片二極管，陰極有橫線標識。每字段是一只發(fā)光二極管—低電平驅動3）應用1.共陽極abcdefg—高電平驅動2.共陰極abcdefgaebcfgdcomcom~數(shù)碼管4）發(fā)光二極管特點：（1）工作電壓（正向）為1.5～3V，工作電流為幾毫安到十幾毫安；（2）耗電少（10毫安以下即可在室內(nèi)得到適當?shù)牧炼龋?；?）可通過調(diào)節(jié)電流（或電壓）來對發(fā)光亮度進行調(diào)節(jié)；（4）容易與電路配合使用；（5）體積小、重要輕、抗沖擊、壽命長。3．光電二極管

光電二極管也叫光敏二極管，是將光能轉換為電能的半導體器件。它也具有單向導電性，為了獲取光線，在它的管殼設有光線射入的窗口，也有將管殼直接做成透明，以便光線射入。符號如圖。光電二極管和穩(wěn)壓管一樣，工作在反偏狀態(tài)。光敏二極管在不受光照射時,處于截止狀態(tài),受光照射時,處于導通狀態(tài)，流出反向電流。光電二極管可用于光的測量、光控制、光電能轉換等。

前面我們學習了三種特殊二極管，雖然都是二極管，它們的結構有點不一樣，工作條件也有點不一樣，所以，性能不一樣，用途也不一樣。各有特點，各有用處。生活中的人與事物也一樣的道理！比喻都是同一班級的學生，但性格脾氣有點不一樣，個性特長不一樣，我們要善于發(fā)揮特長，盡量創(chuàng)造能發(fā)揮才能的條件，讓“英雄有用武之地”。將萬用表（指針式）撥到電阻擋的R×100或R×1k，將萬用表的紅、黑表筆分別接在二極管兩端，若測得電阻比較小(幾千歐以下)，再將紅、黑表筆對調(diào)后連接在二極管兩端，若測得的電阻比較大(幾百千歐)，說明二極管具有單向導電性，質(zhì)量良好。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。

特殊情況下：

（1）如果測得二極管的正、反向電阻都很小，甚至為零，說明管子內(nèi)部已短路。（2）如果測得二極管的正、反向電阻都很大，則表示管子內(nèi)部已斷路。（3）如果正、反向電阻一樣大，則這樣的二極管也是壞的。

4.二極管的檢測注意：由于二極管是非線性元件，所以當用不同倍率的歐姆擋或不同靈敏度的萬用表進行測試時，所得的數(shù)據(jù)是不相同的，但是正常時正反向電阻相差幾百倍這一原則是不變的。1.穩(wěn)壓二極管工作在（）區(qū)（單選題）A.“死區(qū)”B.正向導通區(qū)C.反向截止區(qū)D.反向擊穿區(qū)2.下面關于發(fā)光二極管的說法，正確的是？（多選題）A.發(fā)光二極管簡稱LED，是一種將電能轉化為光能的PN結器件,電能轉化為光能效率高B.發(fā)光二極管工作時，加正向電壓，并接入限流電阻C.發(fā)光二極管，發(fā)出的光可以是可見光，也可以是紅外光D.發(fā)光二極管的工作電壓為1.5-3V3.下面關于光電二極管的說法正確的是？（多選題）

A.光電二極管也叫光敏二極管，是將光能轉化為電能的器件

B.光電二極管受光照射時，流出反向電流

C.光電二極管可用于光的測量、光的控制和光電池D.太陽能熱水器，是用光電二極管產(chǎn)生電，然后給水箱加熱參考答案：1.D2.ABCD3.ABC測試—特殊二極管與二極管的檢測小結：特殊二極管與二極管的檢測

1．穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管簡稱穩(wěn)壓管，又稱齊納二極管。它既具有普通二極管的單向導電性，又可以穩(wěn)定地工作于反向擊穿區(qū)而不損壞。2.發(fā)光二極管LED發(fā)光二極管簡稱LED，是一種將電能直接轉換成光能的PN結器件。工作在正偏狀態(tài)。用于燈具與數(shù)碼管等。

3．光電二極管4.二極管的檢測用萬用表（指針式）電阻檔測量二極管的正反向電阻，質(zhì)量好的二極管測得的正、反向電阻相差很大，正向電阻在幾千歐姆以下，反向電阻在幾百千歐。測得電阻小的那一次黑表筆接的是二極管的正極。

若正反向電阻都比較大或小，就是壞的。

光電二極管也叫光敏二極管，是將光能轉換為電能的半導體器件。它也具有單向導電性，工作在反偏狀態(tài)。可用于光的測量、光控制、光電能轉換等。符號：穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管ThankYou!2.2單相整流電路2.2.1半波整流電路2.2.2橋式整流電路本模塊開頭提到的典型問題：交流電如何轉換成直流電？要經(jīng)過哪幾個環(huán)節(jié)？工作原理是怎樣的？本節(jié)及后面幾節(jié)會告訴我們答案。下圖是將工頻交流電轉換成直流電的電路原理框圖，它一般由四部分組成，即變壓電路、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。to

2

3

u2to

2

3

uOto

2

3

iD=iOto

2

3

uDVDRL~220V+uｏ–u2iD=iO–uD+2.2.1半波整流電路1.工作原理半波整流是利用二極管的單向導電性，二極管正向偏置的半個周期，有電流流過負載；另半個周期因二極管反偏截止，沒有電流流過負載。如此反復，負載得到的始終是同一個方向的電流，從而達到整流的目的。

缺點：半波整流電路降低了電源的的效率，整流電流的脈動成分太大，只適用于整流電流較?。◣资涟惨韵拢┗驅γ}動要求不嚴格的直流設備中。2．實例應用例2-2有一直流負載，電阻為1.5kΩ，要求工作電流為10mA，如果采用半波整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇適當?shù)恼鞫O管。解：因為由，變壓器二次電壓的有效值為：二極管承受的最大反向電壓為：根據(jù)求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)附錄，可選擇1N4002型整流二極管（1A，100V）。+uo

RLio+u2

u1+uo

ioRLVD4VD3VD2VD1u2u1VD4VD1VD2VD3+u2

RL+uo

iou1VD3VD1VD2VD4+u2

RL+uo

iou1一、橋式整流電路（幾種畫法）2.2.2橋式整流電路二、橋式整流電路工作原理RLioVD4VD3VD2VD1+u2

+uo

承受反壓截止+u1

u2正半周：VD1和VD3導通，VD2和VD4截止。RLVD4VD3VD2ioVD1+u2

+uo

u2負半周：+u1

承受反壓截止VD2和VD4導通,VD1和VD3截止。1.波形輸入負半周VD3RLVD4VD2VD1u1u2+uo

+

ioioRLVD4VD3VD2VD1+

u2u1+uo

輸入正半周totototo

2

3

2

3

2

2

3

3

uOu2uDiD=iOVD2、4VD1、32.參數(shù)估算1)

整流輸出電壓平均值2)

二極管平均電流3)

二極管最大反向壓totototo

2

3

2

3

2

2

3

3

uOu2uDiD=iO三、實例應用例2-3已知一直流用電器的額定電壓為36V，平均電流0.8A，如果采用單相橋式整流電路，試求電源變壓器的二次電壓，并選擇整流二極管的型號。解：由可得變壓器二次電壓的有效值為:

同時考慮到變壓器及二極管的損耗，變壓器的二次電壓應比計算值高出10%:因此，二極管承受的反向工作電壓為:通過二極管的平均電流根據(jù)以上求得的參數(shù)，查閱整流二極管參數(shù)附錄B，可選擇1N系列的二極管1N5102（200V，1.5A）。四、橋式整流器橋式整流器也叫做整流橋堆，實物如圖8-18所示。是由四只整流二極管作橋式連接，外用絕緣塑料封裝而成，大功率橋式整流器在絕緣層外添加鋅金屬殼包封，增強散熱。橋式整流器品種多：有扁形、圓形、方形、板凳形（分直插與貼片）等，一般四個管腳。整流電流從0.5A到50A，最高反向峰值電壓從50V到1000V。圖2-18整流橋堆實物圖1.半橋堆VD2VD1~內(nèi)部接線與變壓器、負載的接線~~+1/2QL1.5A200~~+2CQA外型型號:如1/2QL1.5A200VD1RL+u2

+u2

VD2(額定正向整流電流)最高反向峰值電壓2.全橋堆內(nèi)部接線型號:如

QL0.5A200D4D1D2D3~+-+

~電路符號外型~~+-~~+QL0.5A200-QL0.1A100(額定正向整流電流)最高反向峰值電壓2.3濾波電路2.3.1電容濾波電路2.3.2電感濾波電路2.3.3復式濾波電路無論哪種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。除了在一些特殊的場合可以直接用作直流電源外，通常都要采取一定的措施，一方面盡量降低輸出電壓中的脈動成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。這樣的措施就是濾波。io+

uo=uc

RLVD1VD4VD3VD2

+u2

+u1

1.電路和工作原理電容充電電容放電C

u2正半周時，VD1和VD3導通，給C

充電,u2達到最大值時，C

兩端電壓充到最大值。

當u2從最大值開始下降時，VD1和VD3截止，C

向RL

放電。經(jīng)C濾波后

uo的波形變得平緩,平均值提高。2.3.1電容濾波電路2.波形及輸出電壓

當RL=

（C沒有放電回路）時:0tuO

2

當RL

為有限值時:此時UO=1.2U2RC越大（電容器放電越慢）,

UO

越大。但負載電阻RL有一定的數(shù)值，C太大就成本高體積大；為獲得良好濾波效果，又考慮其他因素，一般取:RL=

(T

為輸入交流電壓的周期)（半波整流

UO=U2）例2-4下圖為單相橋式整流電容濾波電路，已知交流電源輸入電壓有效值U2=20V，頻率f=50Hz,負載電阻RL=1k

。求負載電壓和電流平均值,流過二極管的平均電流，且進行仿真。解：輸出電壓平均值：負載電流平均值:流過二極管的電流平均值：

輸出電壓仿真波形，見下圖。示波器中指針1測量出輸入電壓（A通道）最大值和輸出電壓（B通道）最大值，指針2測量出了輸出電壓的另一個波峰值。這個仿真結果與理論分析和計算是一致。8.3.2電感濾波電路；8.3.3復式濾波電路二、復式濾波電路一、電感濾波電路三、常用濾波電路的性能比較橋式整流電容濾波電路的優(yōu)點是輸出電壓損失小，其平均值可達到輸入電壓（有效值）的1.2倍；缺點是整流二極管導通角小，對整流管的沖擊電流大。今天我們學習另幾種濾波電路。RLL~+u2

+uO

一、電感濾波電路如圖1所示，電感L與負載串聯(lián)后，接到橋式整流電路的輸出端。工作原理：

整流后的輸出電壓是脈動直流，既有直流成份，又有交流成份。如圖2所示。在電感濾波時，由于電感的直流電阻小，交流阻抗大，因此直流分量經(jīng)過電感后損失很小，主要降落在負載上；但交流分量，在電感上的壓降較大。因此，經(jīng)電感濾波后，負載上的電流交流成份較小，直流成份較大，波形較平滑。如圖2中iL所示。圖1橋式整流電感濾波電路圖2電感濾波后負載上的電流波形所以，整流后的輸出電流：直流分量穿過電感L（

L=0），降在負載RL上,交流分量主要降在電感L上，但應滿足UO=0.9U2（一般情況下）電感濾波電路輸出特性是很平坦的，輸出電壓沒有電容濾波電路高。適用于負載所需直流電壓不高，輸出電流較大及負載變化比較大的場合。

一般，頻率越高，電感值L愈大，RL愈小，濾波效果愈好。但電感大，體積變大、成本上升，且輸出電壓會下降，所以濾波電感常取幾亨到幾十亨。這時，輸出電壓為：與電容濾波電路相比，電感濾波電路的優(yōu)點是二極管導通角大，沖擊電流?。蝗秉c是電感上的電壓損失較多，體積大，成本高，容易引起電磁干擾。圖2電感濾波后負載上的電流波形二、復式濾波電路聯(lián)接方法：負載的兩端并聯(lián)一個電容，再把電感或電阻接在串聯(lián)支路，以達到更佳的濾波效果。

1．L型濾波電路在濾波電容C之前串接一個鐵芯電感L，這樣就組成了L型濾波電路，電路結構如圖3所示。圖3L型濾波電路圖3電路中，脈動直流電壓經(jīng)過電感時，交流成分大部分都降落在電感線圈L上，再經(jīng)電容C濾波，把交流成分進一步濾除，就可以在負載上得到更加平滑的直流電壓。因電感內(nèi)阻很小，所以外特性比較硬。這個電路的優(yōu)缺點與電感濾波電路類似,但輸出電壓更平滑。所謂外特性，是濾波電路輸出端的負載電流(改變時)與其端電壓的關系。由于電感內(nèi)阻小，當電流增大時，壓降較小，輸出電壓下降小，所以外特性比較硬。圖3L型濾波電路一般：Uo=0.9U22．π型濾波電路LC-π型濾波電路，是在L型濾波器的輸入端再并聯(lián)一個電容，電路結構如圖4所示。圖4LC—π型濾波電路

特點：LC-π型濾波電路輸出電壓脈動系數(shù)比LC濾波電路更小，波形更平滑，由于輸入端接入了電容，因而輸出電壓比LC濾波時有提高。在電流較小、濾波要求不高的情況下，常用電阻R代替LC-π型濾波電路的電感L，構成RC-π型濾波電路，如圖5所示。圖5RC—π型濾波電路經(jīng)過第一次的電容濾波后，電容C1兩端的電壓包含著一個直流分量和一個交流分量。通過R和C2的再一次濾波后，可以進一步降低輸出電壓的脈動系數(shù)。但是R上會產(chǎn)生壓降，外特性比較軟。三、常用濾波電路的性能比較各種濾波電路的特點列于表1中，以便進行分析比較。電容濾波電感濾波LC濾波π型濾波Uo/U21.20.90.91.2（波形平滑）整流管的沖擊電流大小小大外特性軟硬硬軟適用場合小電流負載大電流負載適應性較強小電流負載表1各種濾波電路的性能比較從表1可以看出，LC濾波電路與電感濾波電路相比，它的電壓輸出率、對二極管的沖擊性和外特性都一樣，但適用場合較電感濾波電路廣多了；同樣的，將π型濾波電路與電容濾波電路相比，它的電壓輸出率、對二極管的沖擊性和外特性都一樣，甚至適用場合也一樣，但π型濾波電路的輸出電壓更平滑?？梢?，組合元件電路的濾波效果比單元件的濾波效果要好！我們工作中也一樣道理，團隊的作用比個人的要強，效果要好。所以，我們要善于與人合作，發(fā)揮團隊作用，更好的為建設美麗富強的祖國作出貢獻！測試—電感濾波電路和復式濾波電路1、下面關于電感L濾波電路的說法，正確的是（）。多選題A.電感線圈與負載是串聯(lián)的，且滿足：B.輸出電壓較電容濾波電路平滑；C.輸出電壓：UO=0.9U2D.適用于負載所需直流電壓不高，及負載電流大且變化比較大的場合。2、將LC濾波電路與電感L濾波電路比較，下面說法正確的是（）。多選題A.電壓輸出率都是0.9倍；B.對整流管的沖擊電流都比較??；C.外特性都比較硬；D.都適用于大電流負載。3、將π型濾波與電容濾波電路比較，下面說法正確的是（）。多選題A.電壓輸出率都是1.2倍，且平滑性也一樣；B.對整流管的沖擊電流都比較大；C.外特性都比較硬；D.都適用于小電流負載。參考答案：1.ABCD2.ABC3.BCD例(補充).在橋式整流電容濾波電路中，U2=20V（有效值），RL=40Ω，C=1000uF。試問：（1）正常時U0為多少伏？（2）如果測得U0為下列數(shù)值，可能出了什么故障？U0=18V，U0=28V，U0=9V當U0=28V時，此時U0=1.4U2，屬于整流濾波電路,且RL=∞的情況。故可判定負載電阻開路.解：（1）正常時U0=1.2U2=1.2×20=24V（2）當U0=18V時，此時U0=0.9U2，電路成為橋式整流電路。故可判定濾波電容C開路。當U0=9V時，此時U0=0.45U2成為半波整流電路。故可判定是D1\D3二極管中至少有一只開路，或者D2\D4二極管中至少有一只開路,同時電容器也開路。小結：電感濾波電路與復式濾波電路二、復式濾波電路一、電感濾波電路三、常用濾波電路的性能比較RLL~+u2

+uO

圖1橋式整流電感濾波電路電容濾波電感濾波LC濾波π型濾波Uo/U21.20.90.91.2整流管沖擊電流大小小大外特性軟硬硬軟適用場合小電流負載大電流負載適應性較強小電流負載表1各種濾波電路的性能比較一般：UO=0.9U2波形較平滑，但輸出值較電容濾波電路小。適用于負載所需直流電壓不高，輸出電流較大及負載變化比較大的場合。利用電感線圈通直流、阻交流的特性，進行濾波。包括L型濾波器，LC-π型濾波器和RC-π型濾波器ThankYou!2.4穩(wěn)壓電路2.4.1

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路2.4.2穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路元件的選擇2.4.3三端集成穩(wěn)壓電路

工作原理：電路中的穩(wěn)壓部分是由硅穩(wěn)壓管DZ串聯(lián)一個限流電阻R組成。穩(wěn)壓管要工作在反向擊穿區(qū)的齊納擊穿狀態(tài)，限流電阻R是穩(wěn)壓電路必不可少的組成元件，當電網(wǎng)電壓波動或負載電流變化時，通常調(diào)節(jié)R上的電壓降來保持輸出電壓基本不變。引起直流電源電壓波動的原因主要有二個：一是輸入電壓的波動；二是負載大小變化。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路可以針對這二種情況分別進行穩(wěn)壓。2.4.1

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路RLCRIRIZVDZ+UL

+UC

++u

IL+

UR穩(wěn)壓電路引起電壓不穩(wěn)定的原因交流電源電壓的波動負載電流的變化電路圖

交流電源電壓增加—整流輸出電壓UC增加—負載電壓增加—穩(wěn)壓管的電流IZ顯著增加—限流電阻R上的壓降增加—負載電壓保持基本不變。1.負載電阻RL不變，交流電源電壓波動時穩(wěn)壓過程u

UC

ULIZIRURUL

穩(wěn)壓過程：2.電源電壓不變，負載電流變化時穩(wěn)壓過程RL

IL

ULIZIRURUL

電源電壓保持不變，負載電流增大—電阻R上的壓降增大—負載電壓下降—穩(wěn)壓管電流顯著減小—電阻R上的電流下降，電阻上的電壓下降—負載電壓上升，最后使負載電壓與一開始的值基本相同。終上所述：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路是有穩(wěn)壓二極管DZ的電流調(diào)節(jié)作用和限流電阻R的電壓調(diào)節(jié)作用互相配合實現(xiàn)穩(wěn)壓的。注意，限流電阻R除了起電壓調(diào)整作用外，還起限流作用。如果穩(wěn)壓二極管不經(jīng)限流電阻R而直接并聯(lián)在濾波電路的輸出端，不僅沒有穩(wěn)壓作用，還可能使穩(wěn)壓二極管中電流過大而損壞管子，所以穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中必須串接限流電阻。穩(wěn)壓管選擇：一般取UZ=UL整流濾波后的電壓：UC=(2~3)UL限流電阻R的選擇：2.4.2穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路元件的選擇RLCRIRIZVDZ+UL

+UC

++u

IL+

UR限流電阻R的功率：RLCRIRIZDZ+UL

+UC

++u

IL+

UR

若選擇1N系列穩(wěn)壓管，可選1N4465(穩(wěn)壓值為10V,正常工作電流25mA)例2-4某穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，負載電阻RL

由開路變到2k，交流經(jīng)整流濾波后的電壓UC=30V。設UC的變化范圍為

10%，負載電壓UL=10V，試選擇穩(wěn)壓管和限流電阻R。解:負載電流RLCRIRIZDZ+UL

+UC

++u

IL+

UR一般取UZ=UL

IZmax≥2ILmax

或選擇穩(wěn)壓管2CW18（UZ=10~12V,IZ=5mA,IZmax=20mA）RLCRIRIDZ+UL

+UC

++u

IL+

UR2.選擇限流電阻選擇電阻1.5k?選擇1.5k?,1W的電阻8.5三端集成穩(wěn)壓器8.5.1

三端固定輸出穩(wěn)壓器8.5.2三端集成穩(wěn)壓器的應用電路穩(wěn)壓電路（或穩(wěn)壓電源），是將不穩(wěn)定的直流電壓轉換成穩(wěn)定的直流電壓的電路。用分立元件組成的穩(wěn)壓電源，具有輸出功率大，適應性較廣的優(yōu)點，但因體積大、焊點多和可靠性差而使其應用范圍受到限制。集成穩(wěn)壓電路又叫集成穩(wěn)壓器，克服了分立元件穩(wěn)壓電路的多個缺點，還具有穩(wěn)壓穩(wěn)定，干擾小，使用方便等優(yōu)點，近年來得到廣泛應用。集成穩(wěn)壓器按出線端子的多少和使用情況，大致可分為三端固定輸出穩(wěn)壓器、三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器和單片開關式穩(wěn)壓器等幾種。

本節(jié)介紹三端固定輸出穩(wěn)壓器。三端固定輸出穩(wěn)壓器，是只有輸入端、輸出端和公共端這樣三個引出端，輸出電壓和電流固定的一種集成穩(wěn)壓電路。它將取樣電路、補償電容、保護電路、大功率調(diào)整管等都集成在同一芯片上，使用方便，價格便宜，應用廣泛。8.5.1三端固定輸出穩(wěn)壓器它的樣子象是普通的三極管，TO-220是標準封裝（塑料），如下圖；也有TO-3金屬封裝，如右下圖。封裝W7805132UIUOGNDW7905132UIUOGND塑料封裝TO-220金屬封裝3121.概念和外形5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V78、79系列的型號命名：輸出電流中間帶有字母L的，如78L

XX/79LXX—輸出電流100mA中間帶有字母M的，如78MXX/79MXX—輸出電流500mA中間不帶字母的，如78XX/79XX—輸出電流1.5A輸出電壓三端固定輸出穩(wěn)壓器，常用的型號有兩種：正電壓輸出的W78XX系列和負電壓輸出的W79XX系列。輸出功率從幾百毫瓦，到2-3瓦特；當加裝散熱器時，功率可達10多瓦特。2.型號例如:W7805輸出電壓5V，最大電流1.5AW78M05輸出電壓5V，最大電流500mA符號W78XX++2輸出1輸入3公共端W79XX1公共端3輸入_2輸出端_注意：三端集成穩(wěn)壓電器的輸入、輸出和接地端絕不能接錯，否則容易燒壞。

78/79系列三端穩(wěn)壓IC型號命名中的前綴為生產(chǎn)廠家的代號，如TA7805是東芝的產(chǎn)品，AN7909是松下的產(chǎn)品。從網(wǎng)上可以搜索到許多型號，如圖所示。常用的產(chǎn)品有：摩托羅拉公司的MC78××/79××、仙童公司的μA78××/79××、長電科技公司的CJ78××/79××、以及意法聯(lián)合公司生產(chǎn)的L78××/79××等。可以看出，三端穩(wěn)壓器產(chǎn)品，是國外的型號占主導地位。所以，我們國家在集成芯片的研發(fā)上還有許多上升空間。希望通過同學們這一代的努力，趕超世界先進水平，為民族振興作出貢獻。1.基本應用電路Uo=12VW7812123Co++UiCi抵消輸入長接線的電感效應，防止自激改善負載的暫態(tài)響應,消除高頻噪聲Ci:0.1~1FCo:1F8.5.2三端集成穩(wěn)壓器的應用電路例如：W7812注意：1.使用時，三端集成穩(wěn)壓器接在整流濾波電路之后，最高輸入電壓為35V。2.一般三端集成穩(wěn)壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩(wěn)定的電壓，一般應使電壓差保持在4-5V，即經(jīng)變壓器變壓，二極管整流，電容器濾波后的電壓應比穩(wěn)壓值高一些。2.提高輸出電壓的電路輸出電壓:

UO=U

+UZW78XX132CiCODZ+UO

+Ui

+U

+UZ

R如圖所示，在三端固定輸出穩(wěn)壓器的輸出端接上一個電阻R和穩(wěn)壓二極管DZ，可提高輸出電壓。3.輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路如圖所示電路中，已知：LM317的最小輸出電壓為1.2V，即電阻R1兩端的電壓為1.2V。所以：靜態(tài)電流IQ很小，可忽略。因此電阻R1與可調(diào)電阻RP相當于串聯(lián)。RP調(diào)到最上端時，輸出電壓：RP調(diào)到最下端時，輸出電壓：因此，輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為：4.擴大輸出電流的電路設

=10,UEB=-UBE=0.3V,R=0.5，I2=1A。代入上式，VICW78

123CICOI2RIQI1+UO

+Ui

IRIBIO得:IC=4A可得，輸出電流：IO=I2+IC=5A，比I2擴大了。如圖電路中，由于三端穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流IQ很小，可忽略。所以：5.輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路~24V~24V~220VW7815W79151322311000

F220

F0.33F0.33F0.1F+15V

15V++++1000

F0.1F220

F

在電子電路中，常需要同時輸出正、負電壓的雙路直流電源。由集成穩(wěn)壓器組成的正、負雙路輸出的穩(wěn)壓電路形式很多，圖8-33是由W78XX和W79XX系列三端集成穩(wěn)壓器組成的同時輸出+、-15V的雙電源穩(wěn)壓電路。圖8-33

輸出+12V、-12V的雙電源電路在實際應用中，應在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當然小功率的條件下不用）。當穩(wěn)壓管溫度過高時，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。當制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通