二极管稳压管及整流滤波稳压电路.ppt

导电能力介于导体和绝缘体之间。,硅、锗、硒及大多数金属氧化物和硫化物均为半导体。,纯净半导体导电能力不强，加入杂质后，导电能力增强。利用该特性，制成半导体二极管、三极管、晶闸管等。,半 导 体,通过一定的工艺，使半导体一部分是P型， 一部分N型，则中间交接面形成PN结。,PN结,PN结的单向导电性,实验,PN结正向偏置时，导通电流大，电阻小，称导通,PN结反向偏置时，导通电流小，电阻大，称截止,二极管由PN结加上引出线和壳体构成， P极引出线称正极，N极引出线称负极。符号为：,用万用表判别二极管的正负极,半导体二极管基本结构,(a) 点接触型,(b)面接触型,结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。,结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。,(c) 平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,二极管的伏安特性曲线,二极管的伏安特性曲线指流过 二极管的电流与二极管两端的 电压之间的关系。,不同二极管的伏安特性曲线 有差别，但形状相似：,特点：非线性,当二极管正向偏置：,死区:,硅管约0.5V，锗管约0.1V，正向 电流非常小,这一电压称死区电压,导通：,当正向电压低于某一值，,超过死区电压后,电流在很大范围内变化，而电压 变化很小。硅管约0.60.7V， 锗管约0.20.3V,死区 电压,当二极管反向偏置,关断：,当二极管反向偏置,反向 电流很小,锗管约几十A, 小功率硅管小于1A,击穿：,当反向电压加大到某一值， 反向电流突然急剧增大， 二极管击穿烧坏。,反向击穿电压U(BR),伏安特性,死区 电压,反向击穿电压U(BR),可见,开关断,开关闭,正向压降为0 反向电阻无穷大,理想二极管,二极管的命名规则：,2 C P 10,如何选用二极管,二极管的主要技术参数：,1）最大整流电流ICM： 二极管长期使用时,允许通过的 最大正向平均电流。,2）反向工作峰值电压URWM： 保证二极管不击穿而给出的反向电压峰值， 一般为击穿电压的1/2。,2： 二极管 C： N型硅材料, A: P型锗材料 P： 普通型，K: 开关管，Z：整流管,W：稳压管 10： 序号,电路如图，求：UAB,V阳 =6 V V阴 =12 V V阳V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V 否则， UAB低于6V一个管压降，为6.3或6.7V,例1：,取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,在这里，二极管起钳位作用。,ui 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui,已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。,8V,例2：,参考点,二极管阴极电位为 8 V,两个二极管的阴极接在一起 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V,例3:,D1承受反向电压为6 V,流过 D2 的电流为,求：UAB,在这里， D2 起钳位作用， D1起隔离作用。,二极管的用途,整流、检波、限幅、 钳位、开关、 元件保护、 温度补偿等。,二极管整流电路,将交流电变为脉动的直流电的过程，称整流,利用二极管的单向导电性可实现整流,分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,元器件：,u2 为正弦交流电源， D 为二极管 R 为负载电阻 Tr 为变压器,图中电流、电压正方向为正弦交流电正半周的方向,单相半波整流电路,u1,1. 电路结构,2. 工作原理,u 正半周，VaVb， 二极管D导通；,3. 工作波形,只有在交流的正半周， 才有电流流过负载,通过半波整流，负载上得到大小变化的单极性电压，称脉动电压，常用一个周期内脉动电压的平均值来描述脉动电压的大小,4 负载上电压电流的计算,1.半波整流电压的平均值为：,2.半波整流电流的平均值为：,5 整流二极管的选择,二极管最大整流电流 IOM ：,反向工作峰值电压URWM :,(流过二极管的电流与负载电流相等),(二极管承受的最高反向电压 = 二极管截止时端电压最大值),u2,+,Tr,-,D,RL,+,-,u0,i0,单相桥式全波整流电路,a,D4,D2,D1,D3,RL,u0,u2,+,-,+,-,i1,b,i2,D1,D3导通,a,D4,D2,D1,D3,RL,u0,u2,+,-,+,-,i1,b,i2,无论u正/负半周，负载上均有方向相同的电流通过，称:全波整流,3. 负载上电压电流的计算,全波整流时，负载上的电压是半波时的两倍,1.全波整流电压的平均值为：,2.全波整流电流的平均值为：,4. 整流二极管的选择,二极管最大整流电流：,反向工作峰值电压：,二极管承受的最高反向电压 = 二极管截止时端电压最大值,由于D1D4轮流导通，流过每个二极管的电流平均值只有负载电流的一半,5. 桥式整流的其它画法,举例,有一负载需直流电压U0=40V，I0=4A，计算采用半波和全波整流电路时，整流二极管的电流ID和最高反向电压UDRM及电源变压器次级电压U2,半波,选择时，可选其最大整流电流5A，反向工作峰值电压200V,全波,选择时，可选其最大整流电流3A，反向工作峰值电压100V,例2：,试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,解：当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压， uo =0。,如果D2或D4接反 则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4 或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。,如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。,滤波电路,交流电经整流后成为单向脉动电压，要将其变为较为 平滑的直流电，可通过滤波电路来改善其脉动性。,u,整流,电容滤波电路,(忽略二极管压降)uC（u0）跟随u2变化 u2达最大, uC （u0）也达最大,D导通,u2对C充电,当u2由峰值下降：,当u2<uC，D截止, uc继续对R放电直至u2到达另一正半周的u2uC， D重新导通,加入滤波后， 负载上得到的直流电压的脉动情况改善， 输出电压的平均值提高,电路元器件的选择,1 ) 滤波电容的选择,滤波电容越大，负载电阻R越大，放电时间常数=RC越大，输出电压越平滑，直流电压越高。,T为交流电压u2的周期；滤波电容一般取几十uF几千uF， 通常采用电解电容，使用时要注意正负极性，不能接反。,a. 电容值的选择,负载开路，在交流电压正半周，D导通，电容器上电压充至交流电压最大值2U2，由于负载开路，电容器不能放电，随后D截止，导致该电压一直维持。故电容耐压应大于此值.,一般取：(1.52)U2,b. 滤波电容耐压值的选择：,3）二极管的选择（考虑UDRM）：,a.对单相半波带有电容滤波的整流电路，当负载开路时,在交流电压的负半周， 截止二极管上承受的反向电压为交流电压的 最大值2U2 与电容器上电压2U2之和，即2 2U2,在交流电压正半周， 电容器上电压充至交流电压最大值2U2，由于负载开路， 电容器不能放电，该电压一直维持。,UDRM 22U2,IOM=IO,2U2,2U2,uD,u2,D,RL,+,-,u0,+,C,a,b,-,+,-,b.对单相桥式带有电容滤波的整流电路, 当负载开路时,二极管截止时承受的最高反向电压UDRM=2U2,UDRM 不受电容C影响,截止二极管上的最高反向电压UDRM,小 结,负载上的直流电压,接入滤波电容后，负载直流电压升高，通常取：,举例,半波整流电容滤波电路，f=50HZ, 要求输出直流电压 U0=30V,电流I0=80mA ,估计整流二极管及电容滤波器参数。,二极管：,电容器：,可选用最大整流电流100mA， 反向工作峰值电压100V 的二极管，电容为250uF，耐压50V的电解电容,例：,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,流过二极管的电流,二极管承受的最高反向电压,变压器副边电压的有效值,解：1. 选择整流二极管,可选用二极管2CP11,IOM =100mA UDRM =50V,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。,取 RLC = 5 T/2,已知RL = 50,解：2. 选择滤波电容器,可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器,电感滤波电路,当流过电感线圈的电流发生变化，电感两端将产生一个反电动势来阻止电流变化，负载电压和电流就比较平滑了。,滤波用线圈称为扼流圈。L越大，阻碍电流变化作用越 强，但成本增加，直流损耗增加。一般取电感量为几 几十亨,电感滤波电路多用于单相全波整流电路及三相整流电路 中，忽略电感线圈电阻，负载上直流电压为：U0=0.9U2,电感滤波输出的直流电压小于电容滤波，但负载变化时， 输出电压变化小，适用于负载变化大及负载电流大的场 合。,复式滤波电路,滤波,稳压管和稳压电路,整流滤波后，交流变为比较平滑 的直流,但直流电压/电流 的平均值受到电网电压波动及负载变动的影响。,为了得到稳定的直流电压，必须在整流和滤波后增加稳 定环节。,稳压管,稳压管是特殊工艺制成的面接触型硅二极管。,普通二极管： 在反向电压达到击穿电压时, 将击穿烧坏,UZ,Imax,工作在反向击穿区， 具有稳压特性,稳压管的基本参数,稳定电压UZ：稳压范围内稳压管的工作电压。就某一 型号稳压管稳定电压有一定范围.如:2CW1型:78.5V,稳定电流IZ：工作电压等于稳定电压时,制造厂的测试电流,最大稳定电流Izmax:稳定管允许通过的最大反向电流。 大于此值，稳压管烧坏。,动态电阻rZ:在稳定状态下，稳压管端电压与相应电流 之比。稳压管反向伏安特性曲线越陡，动态电阻越小， 稳定性能越好。,稳压管稳压电路,选择稳压管时一般取：,限流电阻,串联在电路中,使稳压管电流不超过Imax,稳压电路工作原理,1）当电网电压 UI UZ ，UO IZ I UR UO,2）当负载RL变小 UO UZ IZ I UR , UI不变 UO ,稳压过程总通过稳压管电流的变化来调整,思 考 题,1）R=0 时产生什么现象？,2）稳压管接反了，结果如何？,3）同型号稳压管能串联使用吗？能并联使用吗？,提示：1）从稳压过程入手分析。2）稳压管是特殊的二极管。3） 串联、并联以后稳定电压和允许通过电流分别如何变化？,直流稳压电源,