直流穩(wěn)壓電源的制作學習教案

1、會計學1第一頁，共74頁。22022-7-1第1頁/共74頁第二頁，共74頁。32022-7-1知識知識(zh shi)1 半導體基半導體基本知識本知識(zh shi) 在N型半導體中，雖然自由電子數(shù)遠大于空穴數(shù)，但由于施主離子的存在，使正、負電荷數(shù)相等，即自由電子數(shù)等于空穴數(shù)加正離子數(shù)，所以整個半導體仍然顯電中性的。 第2頁/共74頁第三頁，共74頁。42022-7-1 給P區(qū)加高電位，同時N區(qū)加低電位，稱PN結(jié)加正向電壓或正向偏置（簡稱(jinchng)正偏）；給P區(qū)低電位、N區(qū)高電位，稱為PN結(jié)加反向電壓或反向偏置（簡稱(jinchng)反偏）。PN結(jié)具有(jyu)單向?qū)щ娞匦浴?第3頁

2、/共74頁第四頁，共74頁。52022-7-1各種顏色的發(fā)光二極管常見晶體二極管實物(shw)外形及極性標志 知識知識2 晶體二極管、三極管晶體二極管、三極管第4頁/共74頁第五頁，共74頁。62022-7-1第5頁/共74頁第六頁，共74頁。72022-7-1 在小功率二極管正常(zhngchng)工作的電流范圍內(nèi)，管壓降（正向壓降）硅管約為0.60.8V，鍺管約為0.10.3V 。 硅管的導通電壓(diny)或死區(qū)電壓(diny)UD（ON）為0.50.6V，鍺管的死區(qū)電壓(diny)UD（ON）為0.10.2V。 第6頁/共74頁第七頁，共74頁。82022-7-1負極負極正極正極第7頁

3、/共74頁第八頁，共74頁。92022-7-1表1-4晶體(jngt)二極管的檢測數(shù)據(jù)記錄表型號型號封裝形式封裝形式萬用表擋位開關位置萬用表擋位開關位置PN正向電阻正向電阻PN反向電阻反向電阻好壞好壞2AP91N40011N4148第8頁/共74頁第九頁，共74頁。102022-7-1第9頁/共74頁第十頁，共74頁。112022-7-1第10頁/共74頁第十一頁，共74頁。122022-7-1 當晶體管處于發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的放大狀態(tài)下，由于發(fā)射結(jié)正偏，因而結(jié)兩側(cè)多子(du z)的擴散占優(yōu)勢，這時發(fā)射區(qū)電子源源不斷地越過發(fā)射結(jié)注入到基區(qū)，形成電子注入電流IEN。 注入基區(qū)的電子，成為基區(qū)

4、中的非平衡少子，它在發(fā)射結(jié)處濃度最大，而在集電結(jié)處濃度最小。在擴散過程中，非平衡電子會與基區(qū)中的空穴相遇，使部分電子因復合而失去。但由于基區(qū)很薄且空穴濃度又低，所以被復合的電子數(shù)極少，而絕大部分電子都能擴散到集電結(jié)邊沿?；鶇^(qū)中與電子復合的空穴由基極電源提供，形成基區(qū)復合電流IBN，它是基極電流IB的主要部分。 由于集電結(jié)反偏，在結(jié)內(nèi)形成了較強的電場，因而，使擴散到集電結(jié)邊沿的電子在該電場作用下漂移到集電區(qū)，形成集電區(qū)的收集電流ICN。 第11頁/共74頁第十二頁，共74頁。132022-7-1解：放大狀態(tài)(zhungti)時，根據(jù)管子b極處于中間電極電位的特點，可確定b極；再由與Ub相差零點幾

5、伏電位對應的電極為e極；最后即為c極。根據(jù)三個電極電位關系判斷管類型，發(fā)射結(jié)電壓值判斷管材料。本題中，該管為PNP型管，腳為b、腳為e、腳為c。第12頁/共74頁第十三頁，共74頁。142022-7-1（a）共基接法 （b）共射接法 （c）共集接法 根據(jù)輸入、輸出(shch)回路公共端所接的電極不同，實際有共射極、共集電極和共基極三種基本（組態(tài)）放大器。 第13頁/共74頁第十四頁，共74頁。152022-7-1共射輸入(shr)特性曲線 共射輸出特性曲線(qxin) 輸出特性曲線是反映三極管輸出回路電壓與電流關系的曲線，是指基極(j j)電流IB為某一定值時，集電極電流IC與集電極電壓UCE

6、之間的關系。 輸入特性曲線是反映三極管輸入回路電壓和電流關系的關系，是表示輸出電壓UCE為定值時，IB與UBE對應關系的曲線。 第14頁/共74頁第十五頁，共74頁。162022-7-1n1）放大(fngd)區(qū)。發(fā)射結(jié)為正偏，集電結(jié)反偏的工作區(qū)域為放大(fngd)區(qū)。 第15頁/共74頁第十六頁，共74頁。172022-7-1（a）塑封管（b）金屬(jnsh)殼封裝管（c）片狀管第16頁/共74頁第十七頁，共74頁。182022-7-1NPN管三極管集電極、發(fā)射極判別(pnbi)示意圖 第17頁/共74頁第十八頁，共74頁。192022-7-1表1-6 晶體(jngt)三極管檢測數(shù)據(jù)記錄表三極

7、管型號三極管型號封裝形式封裝形式萬用表擋位開關位置萬用表擋位開關位置管型管型管腳排列順序（畫圖）管腳排列順序（畫圖）3AX313DG2012SC1815第18頁/共74頁第十九頁，共74頁。202022-7-1第19頁/共74頁第二十頁，共74頁。212022-7-1iLu1u2aTbDRLuot uo=uLD導通導通時產(chǎn)生時產(chǎn)生（a） （b）第20頁/共74頁第二十一頁，共74頁。222022-7-1第21頁/共74頁第二十二頁，共74頁。232022-7-1第22頁/共74頁第二十三頁，共74頁。242022-7-1做一做：半波整流電路做一做：半波整流電路(dinl)的仿真測試的仿真測試第

8、23頁/共74頁第二十四頁，共74頁。252022-7-1u1u2aTbD1RLuo=uLD2u2iLu2u2t uo=uLD1導通產(chǎn)生導通產(chǎn)生D2導通產(chǎn)生導通產(chǎn)生D1導通產(chǎn)生導通產(chǎn)生第24頁/共74頁第二十五頁，共74頁。262022-7-1第25頁/共74頁第二十六頁，共74頁。272022-7-1做一做：做一做： 單相全波整流單相全波整流(zhngli)(zhngli)電路的仿真測試電路的仿真測試第26頁/共74頁第二十七頁，共74頁。282022-7-1橋式整流橋式整流(zhngli)電路常用畫電路常用畫法法第27頁/共74頁第二十八頁，共74頁。292022-7-1u2正半周時電流通

9、路正半周時電流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo-+u1u2TD4D2D1D3RLu2負半周時電流通路負半周時電流通路uo=uL 負載的直流電流是由二極管D1 、D3和D2 、D4輪流提供的，因此二極管的整流電流應是負載直流電流的一半，但二極管承受的最大反峰電壓與全波整流時不同(b tn)，如正半周時，D1、D3導通，D2、D4截止，此時二極管反向峰值電壓等于 U2。2第28頁/共74頁第二十九頁，共74頁。302022-7-1例1.3 若采用單相全波橋式整流(zhngli)電路來獲得例題1.2相同數(shù)值的輸出電壓和電流，問變壓器次級電壓應為多大？應選何種型號的整流(zhngli)二極管。

10、解：變壓器次級電壓為：U2=UL/0.9=110/0.9122.2V二極管整流(zhngli)電流和反向耐壓為IV=IL/2=4.4/2=2.2A Uvfm= U2172.8V根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查二極管工作手冊，可選擇最大整流(zhngli)電流為3A、最高反向工作電壓為200V的整流(zhngli)二極管2CZ56D。橋式全波整流電路中的電流橋式全波整流電路中的電流(dinli)和電壓和電壓 2第29頁/共74頁第三十頁，共74頁。312022-7-1（a）為電容濾波電路(dinl)，（b）為電感電容濾波電路(dinl)（倒L型），（c）為RC - 型濾波電路(dinl) 第30頁/共74頁第三

11、十一頁，共74頁。322022-7-1做一做：做一做： 橋式全波整流電路的仿真橋式全波整流電路的仿真(fn (fn zhn)zhn)測試測試第31頁/共74頁第三十二頁，共74頁。332022-7-1 考慮到二極管正向內(nèi)阻很小，變壓器次級繞組電阻也很小，uc迅速（充電時間很短）跟隨u2到峰值，u2達峰值后開始下降，而電壓uc也將由于放電而逐漸下降。當u2uc，二極管又導通，輸出電壓如圖（b）中實線所示。 當電路接通電源(dinyun)，u2的正半周由零逐漸增大時，二極管D導通，流過D的電流一路流向負載RL， 一路向電容C充電貯能，電容端電壓uc的極性為上正下負。第32頁/共74頁第三十三頁，共

12、74頁。342022-7-1u2tuot第33頁/共74頁第三十四頁，共74頁。352022-7-12第34頁/共74頁第三十五頁，共74頁。362022-7-1RC-型濾波(lb)電路 有源濾波(lb)電路 第35頁/共74頁第三十六頁，共74頁。372022-7-1做一做：做一做： 電容濾波電容濾波(lb)(lb)電路的仿真測試電路的仿真測試第36頁/共74頁第三十七頁，共74頁。382022-7-1u2u1RLuo=u.LL電感濾波特點1）濾波過程中，很大一部分交流分量降落在電感上，降低了負載電壓的脈動成分，且電感量L越大，RL越大，濾波效果越好，因此電感濾波適用于負載電流較大的場合。但

13、電感量大后不僅會使濾波器體積變大、重量增大，而且會使電路損耗增大。2）全波整流電路中，電感L上的反電動勢有助于延長整流二極管導通時間，但四管中每兩管交替導通時間仍不變，各占半個周期，這樣克服了電容濾波電路中對整流管沖擊電流大的缺點(qudin)。3）與電容濾波電路相比，全波整流濾波電路輸出電壓UL較低，UO=UL=0.9U2。4）當輸出電流給定時，為保持有較好的濾波特性，選用的電感LRL/3（為整流輸出脈動電壓的基波角頻率）。對交流電源為50Hz的全波整流電路來說，LRL/942。第37頁/共74頁第三十八頁，共74頁。392022-7-1（a） L-C型濾波(lb)電路 （b）LC-型濾波(

14、lb)電路 第38頁/共74頁第三十九頁，共74頁。402022-7-1做一做：電感做一做：電感(din n)濾波電路的仿真測試濾波電路的仿真測試第39頁/共74頁第四十頁，共74頁。412022-7-1第40頁/共74頁第四十一頁，共74頁。422022-7-1變壓器變壓器次級次級二極管負極二極管負極電解電容電解電容上上+下下-紅表筆紅表筆黑表筆黑表筆半波整流電容(dinrng)濾波電路檢測圖 第41頁/共74頁第四十二頁，共74頁。432022-7-1變壓器次級邊繞組接二極管正極。這是中間抽頭變壓器次級邊繞組接二極管正極。這是中間抽頭并聯(lián)在整流二極管兩端的高頻濾波電容并聯(lián)在整流二極管兩端的

15、高頻濾波電容紅表筆檢測點紅表筆檢測點電解電容電解電容上上+下下黑表筆連接點“地”整流二極管整流二極管左左+右右全波整流(zhngli)電容濾波電路檢測圖 中間抽頭中間抽頭第42頁/共74頁第四十三頁，共74頁。442022-7-1整流二極管負極整流二極管負極整流二極管負極整流二極管負極變 壓 器 次 級變 壓 器 次 級繞 組 ， 中 間繞 組 ， 中 間繞組不用繞組不用紅表筆紅表筆接電解電接電解電容正極容正極黑表筆黑表筆橋式整流(zhngli)電容濾波電路檢測圖 第43頁/共74頁第四十四頁，共74頁。452022-7-1第44頁/共74頁第四十五頁，共74頁。462022-7-1第45頁/

16、共74頁第四十六頁，共74頁。472022-7-1直流分量直流分量(fn ling)用大寫字母和大寫用大寫字母和大寫下標表示，如下標表示，如IB、IC、IE、UBE、UCE。交流分量交流分量(fn ling)用小寫字母和小寫用小寫字母和小寫下標表示，如下標表示，如ib、ic、ie、ube、uce。交直流疊加瞬時值用小寫字母和大寫交直流疊加瞬時值用小寫字母和大寫下標表示，如下標表示，如iB、iC、iE、uBE、uCE。第46頁/共74頁第四十七頁，共74頁。482022-7-1直流負載線與輸出特性曲線交點就是Q點放大器直流負載放大器直流負載(fzi)線線 根據(jù)(gnj)晶體管的電流放大特性可得I

17、CQ=IBQ根據(jù)(gnj)基爾霍夫電壓定律，通過直流通路可得出以下公式 UCEQ=VCC-ICQRC第47頁/共74頁第四十八頁，共74頁。492022-7-1 電源VBB通過偏置電阻RB提供UBEQ，基-射極間電壓為交流信號ui與直流電壓UBEQ的疊加，如圖（a）波形，基極電流iB產(chǎn)生相應的變化(binhu)，如圖（b）所示。 iB電流經(jīng)放大后獲得對應的集電極電流iC，如圖（c）所示。iC電流大時，負載電阻RC的壓降也相應大，使集電極對地的電位降低；反之iC電流變小時，集電極對地的電位升高。因此集-射極間的電壓uCE波形與iC變化(binhu)情況正相反，如圖（d）所示。集電極的信號經(jīng)過耦合

18、電容C2后隔離了直流成分UCEQ，輸出的只是放大信號的交流成分，波形如圖（e）所示。 綜上所述，在共射極放大電路中，輸出電壓uo與輸入信號電壓ui頻率相同，相位相反，幅度得到放大，因此這種單級的共發(fā)射極放大電路通常也稱為反相放大器。第48頁/共74頁第四十九頁，共74頁。502022-7-1第49頁/共74頁第五十頁，共74頁。512022-7-1 共基極放大器的電壓放大倍數(shù)與共射極共基極放大器的電壓放大倍數(shù)與共射極電路相同，但為正值電路相同，但為正值(zhn zh)，即輸出電，即輸出電壓與輸入電壓同相。共基極放大器沒有電流放壓與輸入電壓同相。共基極放大器沒有電流放大能力。大能力。 共基極電路

19、具有輸入電阻小而輸出電阻共基極電路具有輸入電阻小而輸出電阻大的特點。大的特點。第50頁/共74頁第五十一頁，共74頁。522022-7-1RB+VCCC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道直流通道IEIB 共集電極電路電壓放大倍數(shù)共集電極電路電壓放大倍數(shù)Au1，且輸入與輸出信號同相，輸出，且輸入與輸出信號同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。而射極輸出器的輸出電阻很小電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。而射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。因此，帶負載能力強。因此(ync)，射極輸出器常作中間級，起緩沖放大，射極輸出器常作中間級，起緩沖放大及匹配作用。及匹配作用。第51頁/共7

20、4頁第五十二頁，共74頁。532022-7-1做一做：共射極基本電路和射極輸出做一做：共射極基本電路和射極輸出(shch)器器仿真測試仿真測試單管放大單管放大(fngd)仿真電路仿真電路 第52頁/共74頁第五十三頁，共74頁。542022-7-1射極輸出器仿真(fn zhn)電路 第53頁/共74頁第五十四頁，共74頁。552022-7-16V電池夾電池夾680k的基的基極電阻極電阻電源正極電源正極電源電源負極負極紅表筆紅表筆黑表筆黑表筆2 k 基 極 電 阻基 極 電 阻(dinz)與晶體管基極相連與晶體管基極相連第54頁/共74頁第五十五頁，共74頁。562022-7-1第55頁/共74

21、頁第五十六頁，共74頁。572022-7-1 穩(wěn)壓二極管是一種特殊二極管，與普通二極管工作在正向、反向(fn xin)特性區(qū)不同，穩(wěn)壓管專門工作于反向(fn xin)擊穿區(qū)。 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)有：穩(wěn)定電壓UZ、最小穩(wěn)定電流Izmin、最大穩(wěn)定電流Izmax、動態(tài)電阻rZ，還有額定功率和電壓溫度系數(shù)等參數(shù)。第56頁/共74頁第五十七頁，共74頁。582022-7-1Ui Uo IzUR IRUo=Ui-UR 第57頁/共74頁第五十八頁，共74頁。592022-7-1 RLUoIzIRUR Uo=Ui-UR2）若RL阻值增大，則上述過程正好相反，同樣能使輸出(shch)電壓Uo穩(wěn)定。選擇穩(wěn)壓

22、管時，應挑選其動態(tài)內(nèi)阻 rZ小的，因為rZ越小，穩(wěn)壓系數(shù)和輸出(shch)電阻也越小，電路穩(wěn)壓性能越好。第58頁/共74頁第五十九頁，共74頁。602022-7-1做一做：并聯(lián)做一做：并聯(lián)(bnglin)型二極管穩(wěn)壓電路仿真測試型二極管穩(wěn)壓電路仿真測試第59頁/共74頁第六十頁，共74頁。612022-7-1表1-10并聯(lián)型二極管穩(wěn)壓(wn y)電路仿真結(jié)果 電位器所處位置（百分比）直流電壓表U1示值（V）直流電壓表U2示值（V） 改變電位器中間抽頭位置（用字母A鍵或Shift+A鍵調(diào)高或調(diào)低百分比），通過(tnggu)電壓表U2觀察D1（或R4）兩端電壓，并將示值記錄于表1-10中。 第60

23、頁/共74頁第六十一頁，共74頁。622022-7-1(1)浪涌保護(boh)電路 (2)過壓保護(boh)電路 (3)電弧抑制電路 (4)并聯(lián)穩(wěn)壓電源電路 第61頁/共74頁第六十二頁，共74頁。632022-7-1關聯(lián)性；小功率直流穩(wěn)壓電源關聯(lián)性；小功率直流穩(wěn)壓電源在裝配時要注意電磁兼容問題，在裝配時要注意電磁兼容問題，檢測時，老師應采取示范演示檢測時，老師應采取示范演示檢測過程檢測過程第62頁/共74頁第六十三頁，共74頁。642022-7-1黑膠布絕緣電源變壓器濾波電容第63頁/共74頁第六十四頁，共74頁。652022-7-1VUORL+UZUiiRiZiLDR 圖中R和D組成并聯(lián)型穩(wěn)壓電路，為調(diào)整管V提供基準(jzhn)電壓。由于負載RL和V串聯(lián)，相當于一個射極輸出器。 當輸入電壓Ui增大（或RL阻值變大）時，Ui經(jīng)Uce與RL分壓使Uo升高，由于Ub=Uz（穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值）不變，因此Ube減小，使Ib減小，Ic隨之減小，導致Uce增大，使Uo下降，從而實現(xiàn)穩(wěn)壓，這是Uo和UZ的“跟隨”關系。當輸入電壓Ui減?。ɑ騌L阻值變?。r，則上述過程正好相反，也能實現(xiàn)穩(wěn)壓。1串聯(lián)穩(wěn)壓原理第64頁/共74頁第六十五頁，共74頁。662022-7-12典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓(wn y)電路VT1+