电源与稳压精.ppt

电源与稳压电源与稳压第1页，本讲稿共35页整流电路的基本特点和分析整流电路的基本特点和分析直流稳压电源的组成和特点直流稳压电源的组成和特点学习要点学习要点第2页，本讲稿共35页8.1.1 8.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路优点：电路结构简单。缺点：输出电压脉动系数大用途：可以用脉动电流的地方，如电镀、蓄电池充电等。8.1 整流电路整流电路第3页，本讲稿共35页 当u为正半周时，二极管VD承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io=id。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即uo=u，输出电压uo的波形幅度与u相同。第4页，本讲稿共35页 当u为负半周时，二极管VD承受反向电压而截止。此时负载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u全部加在二极管VD上，UVD=um。第5页，本讲稿共35页 UO=0.45 U2 (8.1)(8.2)IF=IO (8.3)U U DRMDRM=U U 2 2 =3.14 U 3.14 U O O (8.4)第6页，本讲稿共35页例8.1 单相半波整流电路如图7.2所示。已知直流负载电阻为20，工作电压40V,单相交流电源电压220V,试选择整流二极管，并计算变压器的变比。解：负载工作电流 通过二极管的正向电流为 IF=IO=2 A 二极管承受的最大反向电压 UDRM=3.14 UO=3.1440=126 V 查晶体管手册或本书附录可得，二极管2CZ56D的最大整流电流为3A，最高反向工作电压为200V。所以选用一只2CZ56D作为整流二极管并安装相应的散热片。第7页，本讲稿共35页 8.1.2 单相桥式全波整流电路单相桥式全波整流电路第8页，本讲稿共35页u为正半周时，为正半周时，a点电位高于点电位高于b点电位，二极管点电位，二极管D1、D3承承受正向电压而导通，受正向电压而导通，D2、D4承受反向电压而截止。此时承受反向电压而截止。此时电流的路径为：电流的路径为：aD1RLD3b。第9页，本讲稿共35页u为负半周时，为负半周时，b点电位高于点电位高于a点电位，二极管点电位，二极管D2、D4承受正向承受正向电压而导通，电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路径为：承受反向电压而截止。此时电流的路径为：bD2RLD4a。第10页，本讲稿共35页第11页，本讲稿共35页 UO=0.9 U2 (8.1)(8.2)IF=1/2IO (8.3)U U DRMDRM=U U 2 2 =1.57 U 1.57 U O O (8.4)第12页，本讲稿共35页例8.2 单相桥式整流电路中，已知直流负载电阻为20所需电压为40V，单相交流电源电压220V。试选择整流二极管，并计算变压器的变比。解：负载工作电流 通过二极管的正向电流 1A 二极管承受的最大反向电压 UDRM=1.57 UO=1.5740=63 V查晶体管手册和本书附录可得，2CZ56C的最大整流电流为3A，最高反向工作电压为100V，可满足整流电路的要求。因此选用2CZ56C作为整流器件，第13页，本讲稿共35页 8.2 滤波电路滤波电路 整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用出电压。滤波通常是利用电容电容或或电感电感的的的的能量存储能量存储功能功能来实现的。来实现的。第14页，本讲稿共35页一一一一 电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路第15页，本讲稿共35页第16页，本讲稿共35页 单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线如图单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线如图所示。空载时（所示。空载时（RL=，开路），开路），UDO=1.4U。负载加重时。负载加重时（即（即RL减小，减小，IDO增大，此时增大，此时=RLC减小），放电速度减小），放电速度加快，加快，UDO下降。从图中可见，电容滤波电路的输出电下降。从图中可见，电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合只适用于负载较轻且变化不大的场合第17页，本讲稿共35页第18页，本讲稿共35页二二二二 电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。第19页，本讲稿共35页三三三三 复合滤波电路复合滤波电路复合滤波电路复合滤波电路 LC、CLC型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重压脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感，构成的电感，构成CRC型滤波电路，同样可以获得脉动很小的型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小的场合。适用于负载电流较小的场合。第20页，本讲稿共35页 一一、直流稳压电源的组成：、直流稳压电源的组成：8.3 直流稳压电路直流稳压电路21第21页，本讲稿共35页 直流稳压电路直流稳压电路 将将不不稳稳定定的的直直流流电电压压变变换换成成稳稳定定且且可可调调的的直直流流电电压的电路称为直流稳压电路。压的电路称为直流稳压电路。直直直直流流流流稳稳稳稳压压压压电电电电路路路路按按按按调调调调整整整整器器器器件件件件的的的的工工工工作作作作状状状状态态态态可可可可分分分分为为为为线线线线性性性性稳稳稳稳压压压压电电电电路和开关稳压电路两大类。路和开关稳压电路两大类。路和开关稳压电路两大类。路和开关稳压电路两大类。稳稳压压管管电电路路使使用用起起来来简简单单易易行行，但但转转换换效效率率低低，体积大体积大,输出电压不可调整；输出电压不可调整；串串联联型型稳稳压压电电源源输输出出电电压压可可调调，帶帶负负载载能能力力比比较较大大，是常用的一种稳压电源。是常用的一种稳压电源。开开关关稳稳压压电电路路体体积积小小，转转换换效效率率高高，但但控控制制电电路路较较复复杂杂。随随着着自自关关断断电电子子器器件件（自自动动转转换换器器件件）和和集集成成电电路路的迅速发展，开关电源已得到越来越广泛的应用。的迅速发展，开关电源已得到越来越广泛的应用。22第22页，本讲稿共35页直流稳压电源 常用稳压电路常用稳压电路 (小功率设备小功率设备)稳压管稳压管稳压电路稳压电路 线性线性稳压电路稳压电路 开关型开关型稳压电路稳压电路 并联型并联型串联型串联型第23页，本讲稿共35页8.3.1 8.3.1 稳压管（稳压管（稳压管（稳压管（与负载并联型）稳压电路与负载并联型）稳压电路与负载并联型）稳压电路与负载并联型）稳压电路工工作作原原理理：输输入入电电压压Ui波波动动时时会会引引起起输输出出电电压压Uo波波动动。如如Ui升升高高将将引引起起U0随随之之升升高高，导导致致稳稳压压管管的的电电流流IZ急急剧剧增增加加，使使得得电电阻阻R上上的的电电流流I和和电电压压UR迅速增大，迅速增大，从而使从而使Uo基本上基本上保持不变。反之，当保持不变。反之，当Ui减小时，减小时，UR相应减小，仍可保持相应减小，仍可保持Uo基本基本不变。不变。当负载电流当负载电流Io发生变化引起输出电压发生变化引起输出电压Uo发生变化时，同样会引起发生变化时，同样会引起IZ的相应变化，使得的相应变化，使得Uo保持基本稳定。如当保持基本稳定。如当Io增大时，增大时，I和和UR均会随之增大均会随之增大使得使得Uo下降，这将导致下降，这将导致IZ急剧减小，使急剧减小，使I仍维持原有数值保持仍维持原有数值保持UR不变，不变，使得使得Uo得到稳定。得到稳定。24第24页，本讲稿共35页8.3.2 串联型稳压电路串联型稳压电路1.1.电路结构的一般形式电路结构的一般形式 因调整元件与负载串联，故称为串联型稳压因调整元件与负载串联，故称为串联型稳压电路。电路。UoRLUIR+调整元件调整元件 串联型晶体管稳压电路由基准电压、比较放串联型晶体管稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整管四部分组成。大、取样电路和调整管四部分组成。返回返回（改变（改变R可以影响可以影响U0）25第25页，本讲稿共35页 串联型稳压电源实际上利用射极跟隨器的输出阻抗低，帶负载串联型稳压电源实际上利用射极跟隨器的输出阻抗低，帶负载能力强的特点，如图，把图方向调整一下，就成通用的图形（交能力强的特点，如图，把图方向调整一下，就成通用的图形（交流）。流）。26第26页，本讲稿共35页T+UI+_+_Uo比比较较放放大大基基 准准取取 样样URFUo+C2RL调整元件调整元件调整元件调整元件T与负载串联，通过全部负载电流。与负载串联，通过全部负载电流。比较比较放大器放大器可以是单管放大电路，差动放大电路，集成可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。运算放大器。调整元件调整元件可以是单个功率管，复合管可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。或用几个功率管并联。基准电压基准电压可由稳压管稳压可由稳压管稳压电路组成。电路组成。取样电路取样电路取出输出电压取出输出电压Uo的一部分和基的一部分和基准电压相比较。准电压相比较。27第27页，本讲稿共35页 串联型稳压电路串联型稳压电路28第28页，本讲稿共35页（1）取取样样环环节节。由由R3、RP、R4组组成成的的分分压压电电路路构构成成，它它将将输输出出电电压压Uo分出一部分作为取样电压分出一部分作为取样电压UF，送到比较放大环节。，送到比较放大环节。（2）基基准准电电压压。由由稳稳压压二二极极管管VS和和电电阻阻R2构构成成的的稳稳压压电电路路组组成成，它它为为电电路路提提供供一一个个稳稳定定的的基基准准电电压压Uvs，作作为为调调整整、比比较的标准。较的标准。（3）比比较较放放大大环环节节。由由V2和和R1构构成成的的直直流流放放大大器器组组成成，其其作作用是将取样电压用是将取样电压UF与基准电压与基准电压Uvs之差放大后去控制调整管之差放大后去控制调整管V1。（4）调调整整环环节节。由由工工作作在在线线性性放放大大区区的的功功率率管管VTl组组成成，VTl的的基基极极电电流流IB1受受比比较较放放大大电电路路输输出出的的控控制制，它它的的改改变变又又可可使使集集电电极极电电流流IC1和和集集、射射电电压压UCEl改改变变，从从而而达达到到自自动动调调整整稳稳定定输输出电压的目的。出电压的目的。1、电路的组成及各部分的作用、电路的组成及各部分的作用29第29页，本讲稿共35页2、电路工作原理、电路工作原理 当输入电压当输入电压Ui或输出电流或输出电流Il变化引起输出电压变化引起输出电压Uo增加时，取增加时，取样电压样电压UF(UB2)相应增大，使相应增大，使VT2管的基极电流管的基极电流IB2和集电极电和集电极电流流IC2随之增加，随之增加，VT2管的集电极电位管的集电极电位UC2(UB1)下降，因此下降，因此VTl管管的基极电流的基极电流IB1下降，使得下降，使得IC1下降，下降，UCE1增加，增加，Uo(UI-UCE1)下下降，使降，使Uo保持基本稳定。保持基本稳定。同同理理，当当Ui或或Io变变化化使使Uo降降低低时时，调调整整过过程程相相反反，UCE1将将减减小小使使Uo保持基本不变。保持基本不变。从从上上述述调调整整过过程程可可以以看看出出，该该电电路路是是依依靠靠电电压压负负反反馈馈来来稳稳定输出电压的。定输出电压的。30第30页，本讲稿共35页3、电路的输出电压、电路的输出电压电位器电位器RP可以调节输出电压的大小。忽略可以调节输出电压的大小。忽略IB2，则，则 取样分圧比取样分圧比通常通常UvsUBE2，U0Uvs/当当RP调到最下端：调到最下端：当当RP调到最上端：调到最上端：一般一般U0Uvs。31第31页，本讲稿共35页4、采用集成运算放大器的串联型稳压电路、采用集成运算放大器的串联型稳压电路 其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前述电路其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前述电路完全相同，唯一不同之处是放大环节采用集成运算放大器而完全相同，唯一不同之处是放大环节采用集成运算放大器而不是晶体管。不是晶体管。U0132第32页，本讲稿共35页 集成运放在这里起比较放大作用，反馈信号集成运放在这里起比较放大作用，反馈信号U UF F由由U U0101输出，输出，经经U UBE1BE1、R R1 1、在、在R R2 2及及RPRP抽头上产生一个电压加到抽头上产生一个电压加到U-U-端；由端；由VZVZ提提供一个稳定的输入电压供一个稳定的输入电压U UVSVS加到加到U+U+端，与反馈信号相比较，端，与反馈信号相比较，形成一个同相比例放大电路。形成一个同相比例放大电路。U U0 0=U=U0101-U-UBEBE，U UBEBE比较小，可忽略，即比较小，可忽略，即U U0101稳定，稳定，U U0 0稳定。或稳定。或者说者说33第33页，本讲稿共35页知识拓展知识拓展1.恒压式镍镉电池充电器恒压式镍镉电池充电器 第34页，本讲稿共35页1.恒压式镍镉电池充电器恒压式镍镉电池充电器 开始充电时，电池两端电压较低，使三极管开始充电时，电池两端电压较低，使三极管T1 截止，截止，T2 导通，可控硅被触发导通，充电电流经限流电位器导通，可控硅被触发导通，充电电流经限流电位器 P2 及及可控硅对电池充电。随着充电的进行，电池的端电压逐渐可控硅对电池充电。随着充电的进行，电池的端电压逐渐升高。当电池电压达到升高。当电池电压达到 1.38V（单节镍镉充电电池的充满（单节镍镉充电电池的充满电时的电压）电时的电压）4时，时，T1 导通，导通，T 2截止，切断充电电流，截止，切断充电电流，停止充电，防止停止充电，防止“过充过充”现象出现，同时发光二极管发光，现象出现，同时发光二极管发光，指示充电过程结束。电路如图所示。指示充电过程结束。电路如图所示。第35页，本讲稿共35页