电子技术基础与技能 伍湘彬主编ppt课件.ppt

第一章二极管及直流稳压电源,1.3直流稳压电源,1.2特殊二极管,1.1二极管,1二极管的主要参数。2二极管的单向导电特性。,【教学难点】,1二极管的基本结构、特性和类型。2二极管的单向导电特性及伏安特性。,【教学重点】,1了解二极管的基本结构、类型和主要参数。2掌握二极管的主要特性。,【教学目的】,1.1二极管,1.1.2二极管的主要参数,1.1.1二极管的基本结构、特性和类型,如下图所示，在一个PN结的两端各引出一个电极，外加玻璃或塑料的管壳封装就是二极管。由P型半导体引出的电极，称为正极（或阳极）；由N型半导体引出的电极，称为负极（或阴极）。,2二极管的特性,正极接电源正端，负极经L、R接电源负端，电路导通。,负极接电源正端，正极经L、R接电源负端,电路不导通。,结论：二极管正向偏置时导通，反向偏置时截止。这就是二极管的单向导电性。,1.1.1 二极管的基本结构、特性和类型,1二极管的基本结构,（1）二极管的单向导电性,反向击穿（CD段）：当反向电压超过击穿电压后，二极管的反向电流急剧增加。,二极管伏安特性曲线为非线性，所以二极管属于非线性器件。,反向截止（OC段）：二极管反向电流很小，二极管不导通。,反向特性（图中OCD段）,正向导通（AB段）：正向电流迅速增加，二极管两端电压降变化不大。,死区（OA段）：二极管不导通。,正向特性（图OAB段）,伏安特性：通过二极管的电流和它两端电压之间的对应关系。右图为二极管的伏安特性曲线。,（2）二极管的伏安特性,3.二极管的类型,允许通过较小的电流（不超过几十毫安）。适用于高频小电流电路，如收音机的检波等。,允许通过较大的电流（几安到几十安）。适用于把交流电变换成直流电的“整流”电路中。,能通过较大的电流，而且性能稳定可靠。多用于开关、脉冲及高频电路中。,面接触型,平面型,点接触型,（1）点接触型二极管,（2）面接触型二极管,（3）平面型二极管,1.1.2 二极管的主要参数,1最大整流电流,二极管在室温下长期运行允许通过的最大正向平均电流。,2最高反向工作电压,二极管正常工作时所允许外加的最大反向电压。,3反向电流,在二极管加反向电压而未击穿时的反向电流值。,1.2特殊二极管,【教学目的】,了解几种常见的特殊二极管的功能、电路符号、工作条件和特性。,【教学重点】,特殊二极管的功能、电路符号、工作条件和特性。,【教学难点】,特殊二极管的工作条件及特性。,1.2.1稳压二极管,1.2.2发光二极管,1.2.3光电二极管,1.2.4变容二极管,1.2.5激光二极管,1.2.1稳压二极管,工作条件：反向击穿。,电路符号,实物图,稳压二极管利用 PN 结的反向击穿区具有稳定电压的特性来工作的。,特 性：正向特性与普通二极管相同；反向击穿特性较陡；反向击穿电压为几伏几十伏。,应 用：稳压设备和一些电子电路中。,1.2.2发光二极管,工作条件：正向导通。,电路符号,实物图,发光二极管简称为LED，它能把电能转换成光能，实现发光的功能。,特 性：与普通二极管一样，具有单向导电性能；体积小、发光均匀稳定、亮度较高、响应快、寿命长；工作电压低(约 2 V)，工作电流小(约 10 mA)。,应 用：各种电子电路、家电、仪表等设备中的电源指示、电 平指示、组成文字或数字显示。,1.2.3光电二极管,工作条件：反向偏置。,电路符号,实物图,光电二极管也称光敏二极管，是一种将光信号转变成电信号的器件。,特 性：无光照时，反向电阻高达几十兆欧；有光照时，反向电阻降为几千欧几十千欧。,应 用：在自动控制中作为光/电检测元件，制作光电池。,1.2.4变容二极管,工作条件：反向偏置。,电路符号,实物图,变容二极管PN结的电容是可变，由此可以实现改变电容的功能。,特 性：正向特性与普通二极管相同；反偏时，PN结电容随外加电压升高而降低；电容量较小，几十几百pF。,应 用：电视机、收录机等家用电器和仪器仪表中构 成调谐电路和自动频率微调电路。,1.2.5激光二极管,工作条件：正向导通。,电路符号,实物图,激光二极管是在发光二极管的PN结间安置一层具有光活性的半导体，使其能发射出单波长红外光。,特 性：与普通二极管一样，具有单向导电性能；体积小、重量轻、耗电低；驱动电路简单、方便调制；耐机械冲击、抗震动。,应 用：远距离光纤通信的光源，计算机光驱、激光打印机打印 头，VCD机及条形码阅读器等。,1.3直流稳压电源,【教学目的】,1掌握整流电路、滤波电路的组成结构、工作原理。2理解直流稳压电源的电路结构、工作原理。3学会估算整流、滤波电路的主要参数。4掌握三端集成稳压器的应用。5了解开关电源的工作特点。,【教学重点】,1桥式整流电路结构及工作原理。2电容滤波电路结构及工作原理。3直流稳压电源的组成及功能。4三端集成稳压器的类型及应用。,【教学难点】,1整流、滤波电路及元件的主要参数估算与选用。2开关电源的工作特点。,1.3.1整流电路,1.3.2滤波电路,1.3.3稳压电路,1.3.1 整流电路,直流稳压电源：把交流电通过整流、滤波和稳压电路处理后得到稳定的直流电压的电路。其组成框图如下图所示。,利用二极管的单向导电性，把交流电变换成脉动直流电的电路称为整流电路。,1半波整流电路,T电源变压器，用来将220V交流市电电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。V整流二极管，将交流电变成脉动直流电。负载等效电阻。,输入电压为正半周时，二极管V正向导通，电流由A经C到达B点,在负载上得到上正下负的电压。,输入电压为负半周时，二极管V反向截止。电路中没有电流流过负载，负载上无输出电压。,（1）工作原理,由此可见，在半波整流电路中，交流电一个周期内，二极管半个周期导通半个周期截止，输出的脉动直流电的波形是输入交流电波形的一半。“半波整流”由此得名。,（2）半波整流电路的特点,优点：结构简单,缺点：电源利用率低、脉动成分大。,应用：对直流电压波动要求不高的场合，如蓄电池的充电等。,2桥式整流电路,输入电压为正半周时，二极管V1和V3正向导通，V2和V4反向截止，在负载上得到上正下负的电压。,（1）工作原理,输入电压为负半周时，二极管V2和V4正向导通，V1和V3反向截止，在负载上仍然得到上正下负的电压。,在桥式整流电路中，4只二极管分为两组，交流电正、负半周各有一组二极管导通，且流过负载的电流是同一方向，在负载上得到全波脉动直流电。,（2）桥式整流电路的特点,优点：输出电压高、脉动较小、电源效率高、二极管承受的最大反向电压低。,缺点：电路复杂、二极管数量多。,应用：对直流电压波动要求高的场合。,3整流电路及元件的主要参数估算与选用,桥式整流：因为负载上得到的是全波脉动直流电，因此，直流输出电压为：,（1）负载 上的直流输出电压 和直流输出电流,半波整流：负载上的直流输出电压是整流电路输出电压在一个周期内的平均值；,负载上的直流输出电流是直流输出电压与负载阻值的比值。,直流输出电流为：,（2）整流二极管上的平均整流电流,（3）整流二极管所承受的最高反向电压,整流二极管的选择可以 和 为依据，通过查阅器件手册来选出，但要留有一定的余量，以使整流二极管能长期安全工作。,半波整流：流过整流二极管的平均电流即为负载中的直流电流。,桥式整流：流过每个整流二极管的平均电流应为负载中的直流电流的一半。,半波整流、桥式整流电路中二极管所承受的最高反向电压均是 的峰值。,1.3.2 滤波电路,半波整流电容滤波,桥式整流电容滤波,滤波：把整流电路输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近平稳的直流电。,常用的滤波电路有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波电路。,1电容滤波电路,电容滤波电路：将电容器接在整流电路后面，与负载并联，其电路如下图所示。,半波整流电容滤波波形,桥式整流电容滤波波形,充电时，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压的最大值；放电时，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容器的容量越大，负载电阻越大，充电和放电时电容器两端电压的变化越小。,优点：结构简单，输出电压高，脉动小。缺点：存在“浪涌电流”；同时，若负载电流太大，会使负载电压不平稳。适用：负载电流较小的场合。,2电感滤波电路,电感滤波电路是将电感元件与负载串联，接在整流电路后面。,当输入电压升高导致流过L的电流增大时，L 中产生的自感电动势能阻止电流的增大；当输入电压降低导致流过L的电流减小时，L 中的自感电动势又能阻止电流的减小。经电感滤波后，输出电压的波形可以变得平滑，脉动减小。L越大，滤波效果越好。,电感滤波的特点：优点：峰值电流小，输出特性较平坦。缺点：输出电压较低，铁芯笨重、体积大，易引起电磁干扰。适用：低电压、大电流的场合。,3复式滤波电路,L 型滤波电路：滤波效能高，适用于负载电流较大、要求纹波很小的的场合。,LC-型滤波电路：滤波效果好，适用于负载电流较大、对直流输出稳定度要求较高的场合。,RC-型滤波电路：滤波效果好，适用于负载较轻，对输出电压稳定度要求不高的场合。,4滤波电路及元件的主要参数估算与选用,半波整流电容滤波：,桥式整流电容滤波：,（2）电容滤波电路中滤波电容 的选择,滤波电容的选择主要应考虑：输出端得到平滑的直流电压；保证整流管的使用安全。,（1）电容滤波电路的直流输出电压,电容滤波电路中电容的取值与负载电流的关系如下表：,1.3.3稳压电路,1.集成稳压电路,型号：W78XX 系列和 W79XX 系列 W78XX 系列是输出正值电压的稳压器，W79XX 系列是输出负值电压的稳压器；型号后 XX 两位数字代表输出电压值。,性能特点：输出电流超过1.5A，必须加装散热器；不需要外接元件；内部有过热保护和过流保护电路。,最简单的集成稳压电路只有输入、输出和公共端，故称之为三端集成稳压器。,（1）固定式三端集成稳压器,固定式三端集成稳压器的应用电路：,是稳压器的输入电压，从稳压器输出端可同时输出两种电压。,提高输出电压电路,稳压器输出电压为，稳压管的稳定电压为，则整个电路的输出为：,正、负电压同时输出电路,（2）可调式三端集成稳压器,型号：正电压输出 LM117/LM217/LM317 系列；负电压输出 LM137/LM237/LM337 系列。,性能特点：输出电压连续可调；稳压精度高，输出纹波小；具有全过载保护功能；各项性能指标都优于固定式三端集成稳压器。,2.开关稳压电源,由开关调整管、滤波电路、取样比较电路、基准电压电路和脉冲调宽电路等组成。,开关稳压电源的调整管工作在开关状态，依靠调节其导通时间来实现稳压。,（1）开关稳压电源的结构框图,开关稳压电源输出电压,输出电压的平均值与开关调整管的导通时间成正比。,（2）开关稳压电源的稳压原理,取样电路将输出电压取样后与基准电压进行比较和放大，其差值送入脉冲调宽电路，自动控制输出脉冲电压的脉宽，达到调节输出电压基本不变的稳压效果。,