二极管及其应用总结

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图1-28 整流桥的检测
1.3 滤波电路类型及应用
在大多数电子设备中,整流电路后都需 要加滤波电路,以减小整流电压的脉动程度, 满足稳压电路的要求。把脉动直流变成波形平 滑直流的电路,即是滤波电路。
常见的滤波电路有:电容滤波电路、电感滤 波电路、复式滤波电路。
1.3.1 电容滤波电路及输出电压的估算
a)集成稳压器符号
b)集成稳压器封装形式
图1-42 集成稳压器符号及封装形式
【三端固定式集成稳压器】
(1)三端固定式集成稳压器型号。 如:三端固定式集成稳压器CW78Lⅹⅹ的含义如下: C—代表国标。 W—稳压器。 78—产品序号:78输出正电压;79输出负电压。 L—输出电流:
输出为小电流, 代号 "L" 。例如 ,78L××,最大输出电流为0.1A 。 输出为中电流, 代号 "M" 。例如 ,78M××,最大输出电流为0.5A 。 输出为大电流, 代号 "S" 。例如 ,78S××,最大输出电流为2A 。 无字母表示电流为1.5A。 ⅹⅹ—用数字表示输出电压值。例:7805表示输出电压值为5V。
表1-15 三端稳压电源测试数据表
本章小结
1.二极管由一个PN结构成,其主要特性是单向导电性,即正偏时导通,反偏 时截止。二极管两端电压与通过二极管的电流之间的关系为二极管的伏安特性, 它详细的描述了二极管电压与电流间的Βιβλιοθήκη Baidu系。 2.特殊二极管有稳压二极管、发光二极管、光电二极管等,稳压二极管工作 在二极管伏安特性曲线的反向击穿区,在工作电流允许范围内其电压是稳定的; 发光二极管具有将电信号转换成光信号的作用;而光电二极管则是将光信号转 换成电信号。 3.将交流电网电压转换为稳定的直流电压,要通过整流、滤波和稳压等环节 来实现。 4.利用二极管的单向导电性可组成半波整流、桥式整流电路,实现将交流电 转化为脉动直流电的功能。滤波电路的作用是使整流输出的脉动直流电变得 平滑。常见的电路形式有电容滤波、电感滤波、复式滤波电路。 *5.三端集成稳压器目前已广泛应用于直流稳压电路中,它具有体积小、 安装方便、工作可靠等优点。它有固定输出和可调输出、正电压输出和复电 压输出之分。使用时应注意稳压器的引脚排列差异。 *6 开关型稳压电源效率高,稳压效果好,广泛应用在彩电电视机、计算机等
电容滤波电路工作时,主要是用到了电容器的隔 直通交特性和储能特性。当单向脉动直流电压处于高 峰值时电容就充电,而当处于低峰值电压时就放电, 这样就把高峰值电压存储起来到低峰值电压处再释放。 把高低不平的单向脉动性直流电压转换成比较平滑的 直流电压。
【电容滤波电路结构】 电容滤波电路是在负载的两端并联一个电容器C, 如图1-33所示。
【三端可调式集成稳压器】 (1)三端可调式集成稳压器外形及接线图。CW317为三端可调负输出集
成稳压器,输出电压可调范围为(1.2~37V),输出电流可达1.5A。其1脚 为调整端,2脚为输出端,3脚为输入端。如图1-48所示。
图1-48 W317外形及接线图 (2)三端可调式集成稳压器的基本应用。如图1-49所示为可调输出电压 电路,它克服了固定三端稳压器输出电压不可调的缺点,继承了三端固定式集 成稳压器的诸多优点。
7812表示输出电压值为12V。
(2)三端固定式集成稳压器外形及接线图。
79ⅹⅹ系列集成压器是常用的固定负输出电压的 三端集成稳压器,除输入电压和输出电压均为负值外, 其他参数和特点与78ⅹⅹ系列集成稳压器相同。图143和图1-44所示为两种系列三端集成稳压器的外形及 接线图。
图1-43 W78ⅹⅹ系列外形及接线图 图1-44 W79ⅹⅹ系列外形及接线图
【输出电压的估算】 桥式整流电容滤波输出端空载时
U o(AV) 0.9U 2
1.3.3复式滤波电路
把电容接在负载并联支路,把电感或电阻接在串联支路, 可以组成复式滤波器。复式滤波电路有LC滤波电路、π型RC 滤波电路、π型LC滤波电路等,如图1-37所示。
a)LC滤波电路
b)
型 LC滤波电路 c) 型RC滤波电路
图1-33 电容滤波电路
【电容滤波电路工作原理】 其工作原理如图1-34所示。
图1-34 电容滤波电路工作原理
(1)当u2 为正半周并且数值大于电容两端电压 uC
时,二极管D1和D3管导通,D2和D4管截止,电流一路流经 负载电阻RL,另一路对电容C充电。当uC>u2,导致D1和 D3管反向偏置而截止,电容通过负载电阻RL放电,uC按指 数规律缓慢下降。
【桥式整流电路的基本参数】
(1)流输出电压平均值 Uo(AV) 0.9U2
(2)负载的电流
I o(AV)
U o(AV) RL
0.9 U2 RL
(3)二极管的正向电流
I D(AV) 0.5Io(AV)
(4)二极管承受的反向峰值电压 URM 2U2
综上分析,桥式整流电路与半波整流电路相比, 在相同的变压器次级电压下,对二极管的参数要 求是一样的,并且还具有输出电压高、变压器利 用率高、脉动小等优点,因此,得到相当广泛的 应用。
1.3.2电感滤波电路
当一些电气设备需要脉动较小、输出电流较大的 直流电源时,若采用电容滤波电路,则电容器的电容 量必须很大,因此对二极管的冲击电流很大,这就使 得选择二极管和电容器很困难,在此情况下,往往采 用电感滤波电路。电感滤波电路工作时,是因为电感 器的通直阻交特性和储能特性。电感器是把单向脉动 性直流电压分解出来的交流电压部分进行阻碍。
1.4.2开关式稳压电源
• 为了解决串联型稳压电源的损耗大、效率低等缺点,研制了开关 型稳压电源。开关型稳压电源功耗小、效率高、体积小、重量轻, 被广泛用于如彩电、计算机等现代电子设备中。开关式稳压电源 的缺点是纹波较大,用于小信号放大电路时,还应采用第二级稳 压措施。
• 图1-50所示为开关式稳压电源原理图,当输入电压UI或负载RL 发生变化时,若引起输出电压UO上升,导致取样电压VB2增加, 则比较放大电路输出电压下降,控制脉宽调制器的输出信号UPO 的脉宽变窄,开关调整管的导通时间减小,即输出电压的占空比 减小,经滤波器后使输出平均直流电压UO下降。通过上述调整 过程使输出电压UO基本保持不变。
【桥式整流电路的结构】 桥式整流电路如图1-23所示。它是由变压器T, 四个整流二极管VD1~VD4,以及负载RL组成,也常称为整流桥。
图1-23 桥式整流电路
【桥式整流电路的工作原理】 其工作原理如图1-24所示。
a)正半周
b)负半周 图1-24 桥式整流电路工作原理
c)波形图
(1)当输入信号为正半周时,VD1、VD3导通,VD2、VD4截止, 负载上有半波输出; (2)当输入为负半周时,VD2、VD4导通,VD1、VD3截止,负 载上有半波输出;在输入信号的一个周期内,负载上得到两个半波。
【电感滤波电路结构】 电感滤波电路是负载与电感器串联。如图1-35所示。
图1-35 电感滤波电路
【电感滤波电路工作原理】 其工作原理如图1-36所示。
图1-36 电感滤波电路波形图 对于直流成分,由于电感L的电阻一般远小于负载RL,所以它几乎全部落在 RL上;对于交流分量,由于电感L呈现感抗为XL=2πfL,只要L足够大, 使XL>>RL时,电感L对交流分量的分压结果,使交流分量几乎全部落在电感L上, 而负载RL上的交流压降很小。 电感滤波后,不但负载电流及电压的脉动减小,波形变得平滑,而且整流 二极管的导通角增大。L愈大,滤波效果愈好。另外,由于滤波电感电动势的 作用,可以使二极管的导通角接近π,减小了电流冲击,平滑了流过二极管的 电流,从而延长了整流二极管的寿命。
U o(AV) 1.2U 2 (2)桥式整流电容滤波输出端空载时:
U o(AV) 1.4U 2
【电容滤波电路中元件的选用】
(1)半波整流加电容滤波器的输出直流电压约为U2;而桥式整流加电容滤波时, 输出直流电压约为1.2U2,负载开路时,输出直流电则为1.4U2。 (2)滤波电容选用:容量C≥(3~5)T/2RL,T为脉动电压的周期, 也可参考表1-10。
【桥式整流电路二极管的选用】 桥式整流电路中整流二极管应满
足:额定电压URM不低于 2,U2 额定电流 不IFM 低于负载电流 0.5I0
【整流桥】 将桥式整流电路的4个二极管制作在一起,封装成为一个 元器件就称为整流桥。在许多电源电路中都会使用整流桥来构成整流电 路,如图1-25所示。
整流电路中采用整流桥后,电路的结构得到明显简化,电路中只 需用一个元器件,即整流桥构成整流电路,而不是多只二极管构成整 流电路。因此,电路分析比较简单。
整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电转换成直流电的电路。它在 直流稳压电源中是不可缺少的一部分。
图1-19 直流稳压电源组成框图 常见的几种整流电路有半波、桥式整流电路。
1.2.3桥式整流电路及元件选用
为了克服半波整流电路的缺点,在实用电路中多 采用全波整流电路,最常用的全波整流电路是桥式整 流电路。
(1)整流桥电路符号。如图1-26所示,图中“~”是交流电压输入引脚, 每个整流桥各有两个交流电压输入引脚,这两个引脚没有极性之分。图 中“+”是正极直流电压输出引脚,“-”是负极直流电压输出引脚。
(2)整流桥的检测:整流输出端,即“+”、“-”两端,正向电阻几千欧, 反向电阻数百千欧。 交流输入端,即“~”、“~”两端,正、反向电阻均为数百千欧。
第一章 二极管及其应用
1.2整流电路及应用
在一般的电子产品中,如手机、手电筒、MP3/MP4、小型扩音器 等,通常使用电池供电。但在大量电器设备中,如日常生活中常用的 电视机、手机充电器、家庭影院等,往往利用交流220V电转换成直流 稳压电源来供电,如图1-18所示。
a)电视机
b)手机充电器
c) 家庭影院
图1-18 应用整流电路的常见家用电子设备
1.2.1整流电路作用及工作原理
直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等 组成,其组成框图如图1-19所示。 电源变压器:是将输入的交流220V或380V电压变换为所需的低压交流电; 整流电路:是将低压交流电转换成脉动直流电; 滤波电路:能减小电压的脉动,使输出电压平滑; 稳压电路:能使输出的直流电压基本不受电网波动及负载变动的影响。
图1-37 复式滤波电路
各种滤波电路性能的比较详见表1-11。
表1-11 各种滤波电路性能的比较表
1.4.1三端集成稳压电源
随着集成电路工艺的发展,稳压电源中的各环节 和其他附属电路大都可以制作在同一块硅片内,形成 集成稳压组件,成为集成稳压电路或集成稳压器。由 于集成稳压器具有体积小,外接线路简单、使用方便、 工作可靠和通用性等优点,因此在各种电子设备中应 用十分普遍,基本上取代了由分立元件构成的稳压电 路。目前生产的集成稳压器根据输出电压是否可调, 可分为固定式三端集成稳压器和可调式三端集成稳压 器。图1-42所示为集成稳压器符号及封装形式。
• 同理,输出电压UO降低时,脉宽调制器的输出信号UPO的脉宽 变宽,开关调整管的时间增加,使输出电压UO基本保持不变。
图1-50 开关式稳压电源原理图
*拓展训练 *三端稳压电源的组装与调试
【训练目标】 1.会识别及检测色环电阻、电容、整流桥、变压器、稳压块等器件的好坏。 2.会组装并检测三端稳压电源。 3.会用万用表和示波器测量相关电量参数和波形。
图1-52 LM317引脚排列图
2.电路的制作与调试
(1)按电路原理图绘制布局草图,进行搭接 (2)按工艺要求对元件引脚进行成型加工。 (3)按布局插装、排列元件。 (4)按焊接工艺要求对元器件进行焊接。 (5)焊接各项端子 (6)调试已制作好的电路主板,达到指标要求。
【实训结果】用万用表和示波器测量相关电量参数和波形,并记入表1-15。
(2)当u2为负半周幅值变化到恰好大于 uC时,D2和D4因加正向电压变为导通状 态,u2再次对C充电,uC上升到u2的峰值 后又开始下降;下降到一定数值时D2和 D4变为截止,C对RL放电,uC按指数规 律下降;放电到一定数值时D1和D3变为 导通,重复上述过程。
【输出电压的估算】
(1)桥式整流电容滤波的负载上得到的输出电压为:
【训练材料】实训相关材料见教材。
【相关原理介绍】 1.电路作用 将交流电变为稳定的直流电 2.电路原理图,如图1-51所示。
【训练内容及步骤】 1.电路元器件的检测 (1)色环电阻器:识读其标称阻值,并用万用表测量其实际阻值。 (2)电解电容:识别其类型与引脚的排列,并用万用表检测其质量的好坏。 (3)涤纶电容:用万用表检测其质量的好坏。 (4)二极管:识别其引脚,并用万用表检测其质量的好坏。 (5)变压器:检测其质量的好坏。 (6)三端集成稳压器LM317:引脚排列如图1-52所示。
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