二極管穩(wěn)壓管及整流濾波穩(wěn)壓電路演示文稿

二極管穩(wěn)壓管及整流濾波穩(wěn)壓電路演示文稿現(xiàn)在是1頁\一共有51頁\編輯于星期四（優(yōu)選）二極管穩(wěn)壓管及整流濾波穩(wěn)壓電路.現(xiàn)在是2頁\一共有51頁\編輯于星期四半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體通過一定的工藝，使半導(dǎo)體一部分是P型，一部分N型，則中間交接面形成PN結(jié)。PN結(jié)PNPN結(jié)現(xiàn)在是3頁\一共有51頁\編輯于星期四PN結(jié)的單向?qū)щ娦詫?shí)驗(yàn)PN+RIPN+RI0PN結(jié)正向偏置時(shí)，導(dǎo)通電流大，電阻小，稱導(dǎo)通PN結(jié)反向偏置時(shí)，導(dǎo)通電流小，電阻大，稱截止現(xiàn)在是4頁\一共有51頁\編輯于星期四二極管由PN結(jié)加上引出線和殼體構(gòu)成，P極引出線稱正極，N極引出線稱負(fù)極。符號(hào)為：+–用萬用表判別二極管的正負(fù)極–+黑紅0黑紅0+–現(xiàn)在是5頁\一共有51頁\編輯于星期四半導(dǎo)體二極管基本結(jié)構(gòu)

(a)點(diǎn)接觸型(b)面接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。

結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中?，F(xiàn)在是6頁\一共有51頁\編輯于星期四二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線指流過二極管的電流與二極管兩端的電壓之間的關(guān)系。不同二極管的伏安特性曲線有差別，但形狀相似：U（V）0.40.8-50-25-2080604020-40-60特點(diǎn)：非線性現(xiàn)在是7頁\一共有51頁\編輯于星期四當(dāng)二極管正向偏置：死區(qū):硅管約0.5V，鍺管約0.1V，正向電流非常小,這一電壓稱死區(qū)電壓導(dǎo)通：當(dāng)正向電壓低于某一值，超過死區(qū)電壓后,電流在很大范圍內(nèi)變化，而電壓變化很小。硅管約0.60.7V，鍺管約0.20.3V死區(qū)電壓U（V）0.50.7-50-25-2080604020-40-60現(xiàn)在是8頁\一共有51頁\編輯于星期四當(dāng)二極管反向偏置關(guān)斷：當(dāng)二極管反向偏置,反向電流很小,鍺管約幾十A,小功率硅管小于1A擊穿：當(dāng)反向電壓加大到某一值，反向電流突然急劇增大，二極管擊穿燒壞。U(V)0.40.8-50-25-2080604020-40-60反向擊穿電壓U(BR)現(xiàn)在是9頁\一共有51頁\編輯于星期四伏安特性死區(qū)電壓反向擊穿電壓U(BR)U（V）0.40.8-50-25-2080604020-40-60可見開關(guān)斷開關(guān)閉0導(dǎo)通死區(qū)關(guān)斷擊穿U–U現(xiàn)在是10頁\一共有51頁\編輯于星期四正向壓降為0反向電阻無窮大理想二極管現(xiàn)在是11頁\一共有51頁\編輯于星期四二極管的命名規(guī)則：2CP10如何選用二極管二極管的主要技術(shù)參數(shù)：1）最大整流電流ICM：二極管長期使用時(shí),允許通過的最大正向平均電流。2）反向工作峰值電壓URWM：保證二極管不擊穿而給出的反向電壓峰值，一般為擊穿電壓的1/2。2：二極管C：N型硅材料,A:P型鍺材料P：普通型，K:開關(guān)管，Z：整流管,W：穩(wěn)壓管10：序號(hào)現(xiàn)在是12頁\一共有51頁\編輯于星期四電路如圖，求：UABV陽

=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。

在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–現(xiàn)在是13頁\一共有51頁\編輯于星期四ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例2：ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––現(xiàn)在是14頁\一共有51頁\編輯于星期四兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽

=－6V，V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例3:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB

在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–現(xiàn)在是15頁\一共有51頁\編輯于星期四二極管的用途整流、檢波、限幅、鉗位、開關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)取，F(xiàn)在是16頁\一共有51頁\編輯于星期四二極管整流電路將交流電變?yōu)槊}動(dòng)的直流電的過程，稱整流利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?shí)現(xiàn)整流0tu變壓ut0整流

分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。現(xiàn)在是17頁\一共有51頁\編輯于星期四元器件：u2為正弦交流電源，D為二極管R為負(fù)載電阻Tr為變壓器圖中電流、電壓正方向?yàn)檎医涣麟娬胫艿姆较騯0u2+Tr-DRL+-i0單相半波整流電路u11.電路結(jié)構(gòu)現(xiàn)在是18頁\一共有51頁\編輯于星期四uDO2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3.工作波形–++–aTrDuoubRLioutOuoOu負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。+–只有在交流的正半周，才有電流流過負(fù)載現(xiàn)在是19頁\一共有51頁\編輯于星期四通過半波整流，負(fù)載上得到大小變化的單極性電壓，稱脈動(dòng)電壓，常用一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)電壓的平均值來描述脈動(dòng)電壓的大小4負(fù)載上電壓電流的計(jì)算1.半波整流電壓的

平均值為：2.半波整流電流的

平均值為：0uT現(xiàn)在是20頁\一共有51頁\編輯于星期四5整流二極管的選擇二極管最大整流電流IOM

：反向工作峰值電壓URWM:(流過二極管的電流與負(fù)載電流相等)(二極管承受的最高反向電壓=二極管截止時(shí)端電壓最大值)u2+Tr-DRL+-u0i0現(xiàn)在是21頁\一共有51頁\編輯于星期四單相橋式全波整流電路iD1=iD3=iRuD1=uD3=0uO=u2uD2=uD4=-u2aD4D2D1D3RLu0u2+-+-i1bi2D1,D3導(dǎo)通在u的正半周：aD1RLD3b現(xiàn)在是22頁\一共有51頁\編輯于星期四uD2=uD4=0uO=u2uD1=uD3=-u2iD2=iD4=iRaD4D2D1D3RLu0u2+-+-i1bi2在u的負(fù)半周:bD2RLD4a現(xiàn)在是23頁\一共有51頁\編輯于星期四aD4D2D1D3RLu0u2+-i1bi2u0aD4D2D1D3RL+-i1bi2u2u00i1uouo,ioi2i1i22.波形圖無論u正/負(fù)半周，負(fù)載上均有方向相同的電流通過，稱:全波整流現(xiàn)在是24頁\一共有51頁\編輯于星期四3.負(fù)載上電壓電流的計(jì)算全波整流時(shí)，負(fù)載上的電壓是半波時(shí)的兩倍u00i1uouo,ioi2i1i21.全波整流電壓的平均值為：2.全波整流電流的平均值為：現(xiàn)在是25頁\一共有51頁\編輯于星期四4.整流二極管的選擇二極管最大整流電流：反向工作峰值電壓：二極管承受的最高反向電壓=二極管截止時(shí)端電壓最大值由于D1~D4輪流導(dǎo)通，流過每個(gè)二極管的電流平均值只有負(fù)載電流的一半aD4D2D1D3RLu0u2+-+-i1bi2現(xiàn)在是26頁\一共有51頁\編輯于星期四5.橋式整流的其它畫法RLu0+-u+-現(xiàn)在是27頁\一共有51頁\編輯于星期四

舉例有一負(fù)載需直流電壓U0=40V，I0=4A，計(jì)算采用半波和全波整流電路時(shí)，整流二極管的電流ID和最高反向電壓UDRM及電源變壓器次級(jí)電壓U2半波ID=I0=4AU0=0.45U2U2=40/0.45=89VUDRM=2U2=126V選擇時(shí)，可選其最大整流電流5A，反向工作峰值電壓200V全波ID=(1/2)I0=2AU0=0.9U2U2=40/0.9=44VUDRM=2U2=63V選擇時(shí)，可選其最大整流電流3A，反向工作峰值電壓100Vu0u2+Tr-DRL+-i0現(xiàn)在是28頁\一共有51頁\編輯于星期四例2：

試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4

D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，負(fù)載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo現(xiàn)在是29頁\一共有51頁\編輯于星期四如果D2或D4接反則正半周時(shí)，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4

或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4

D1

D3現(xiàn)在是30頁\一共有51頁\編輯于星期四濾波電路交流電經(jīng)整流后成為單向脈動(dòng)電壓，要將其變?yōu)檩^為平滑的直流電，可通過濾波電路來改善其脈動(dòng)性。ut0濾波ut0整流現(xiàn)在是31頁\一共有51頁\編輯于星期四電容濾波電路(忽略二極管壓降)uC（u0）跟隨u2變化u2達(dá)最大,uC（u0）也達(dá)最大D導(dǎo)通u2對(duì)C充電u2+-DRL+-u0+Cabu0D導(dǎo)通D截止D導(dǎo)通0無電容濾波u00D截止D導(dǎo)通電容濾波當(dāng)u2處于正半周：現(xiàn)在是32頁\一共有51頁\編輯于星期四電容較慢放電(放電回路時(shí)間常數(shù)大)u2按正弦規(guī)律較快下降當(dāng)u2由峰值下降：當(dāng)u2<uC，D截止uc繼續(xù)對(duì)R放電直至u2到達(dá)另一正半周的u2>uC，

D重新導(dǎo)通u2+-DRL+-u0+Cabu0D導(dǎo)通D截止D導(dǎo)通0無電容濾波u00D截止D導(dǎo)通電容濾波現(xiàn)在是33頁\一共有51頁\編輯于星期四加入濾波后，負(fù)載上得到的直流電壓的脈動(dòng)情況改善，輸出電壓的平均值提高uoutOtO現(xiàn)在是34頁\一共有51頁\編輯于星期四電路元器件的選擇1)濾波電容的選擇濾波電容越大，負(fù)載電阻R越大，放電時(shí)間常數(shù)=RC越大，輸出電壓越平滑，直流電壓越高。一般?。喊氩ㄕ鳎篟LC>=(3~5)T全波整流：RLC>=(3~5)T/2T為交流電壓u2的周期；濾波電容一般取幾十uF~幾千uF，通常采用電解電容，使用時(shí)要注意正負(fù)極性，不能接反。a.電容值的選擇現(xiàn)在是35頁\一共有51頁\編輯于星期四負(fù)載開路，在交流電壓正半周，D導(dǎo)通，電容器上電壓充至交流電壓最大值2U2，由于負(fù)載開路，電容器不能放電，隨后D截止，導(dǎo)致該電壓一直維持。故電容耐壓應(yīng)大于此值.一般取：(1.5~2)U2b.濾波電容耐壓值的選擇：u2+-DRL+-u0+Cab現(xiàn)在是36頁\一共有51頁\編輯于星期四3）二極管的選擇（考慮UDRM）：a.對(duì)單相半波帶有電容濾波的整流電路，當(dāng)負(fù)載開路時(shí)

在交流電壓的負(fù)半周，

截止二極管上承受的反向電壓為交流電壓的最大值2U2

與電容器上電壓2U2之和，即22U2在交流電壓正半周，電容器上電壓充至交流電壓最大值2U2，由于負(fù)載開路，電容器不能放電，該電壓一直維持。UDRM>22U2IOM=IO2U22U2uDu2DRL+-u0+Cab-+-現(xiàn)在是37頁\一共有51頁\編輯于星期四b.對(duì)單相橋式帶有電容濾波的整流電路,當(dāng)負(fù)載開路時(shí)二極管截止時(shí)承受的最高反向電壓UDRM=2U2aD4D2D1D3RLu0u2+-+-i1bUDRM不受電容C影響現(xiàn)在是38頁\一共有51頁\編輯于星期四截止二極管上的最高反向電壓UDRM電路無電容濾波有電容濾波單相半波整流單相橋式整流小結(jié)現(xiàn)在是39頁\一共有51頁\編輯于星期四負(fù)載上的直流電壓接入濾波電容后，負(fù)載直流電壓升高，通常取：U0=U2(半波整流濾波)U0=1.2U2(全波整流濾波)現(xiàn)在是40頁\一共有51頁\編輯于星期四舉例半波整流電容濾波電路，f=50HZ,要求輸出直流電壓U0=30V,電流I0=80mA,估計(jì)整流二極管及電容濾波器參數(shù)。二極管：UDRM=22U0

=85VID=80mA電容器：取RLC=5T，則C=5/RLf，又：RL=U0/I0C=266uF電容耐壓為(1.5~2)U2，取50V可選用最大整流電流100mA，反向工作峰值電壓100V的二極管，電容為250uF，耐壓50V的電解電容現(xiàn)在是41頁\一共有51頁\編輯于星期四例：

有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CP11IOM=100mAUDRM=50V

現(xiàn)在是42頁\一共有51頁\編輯于星期四有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=50uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器現(xiàn)在是43頁\一共有51頁\編輯于星期四電感濾波電路當(dāng)流過電感線圈的電流發(fā)生變化，電感兩端將產(chǎn)生一個(gè)反電動(dòng)勢來阻止電流變化，負(fù)載電壓和電流就比較平滑了。橋式整流電感濾波電路C+-u+-RLLu0+現(xiàn)在是44頁\一共有51頁\編輯于星期四濾波用線圈稱為扼流圈。L越大，阻礙電流變化作用越

強(qiáng)，但成本增加，直流損耗增加。一般取電感量為幾~

幾十亨電感濾波電路多用于單相全波整流電路及三相整流電路

中，忽略電感線圈電阻，負(fù)載上直流電壓為：U0=0.9U2電感濾波輸出的直流電壓小于電容濾波，但負(fù)載變化時(shí)，輸出電壓變化小，適用于負(fù)載變化大及負(fù)載電流大的場

合?，F(xiàn)在是45頁\一共有51頁\編輯于星期四C2+-uRLL++C1C2+-uRLR++C1復(fù)式濾波電路現(xiàn)在是46頁\一共有51頁\編輯于星期四ut0濾波tu0穩(wěn)壓穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓電路整流濾波后，交流變?yōu)楸容^平滑的直流,但直流電壓/電流的平均值受到電網(wǎng)電壓波動(dòng)及負(fù)載變動(dòng)的影響。為了得到穩(wěn)定的直流電壓，必須在整流和濾波后增加穩(wěn)定環(huán)節(jié)。現(xiàn)在是47頁\一共有51頁\編輯于星期四U(v)I(mA)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是特殊工藝制成的面接觸型硅二極管。普通二極管：在反向電壓達(dá)到擊穿電壓時(shí),將擊穿燒壞+-U