模拟电子技术_第8章_直流稳压电源B.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流模拟电子技术_第8章_直流稳压电源B.精品文档. 第8章 直流稳压电源8.1 教学基本要求主 要 知 识 点 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 正确理解 一般了解 直流稳压电源的组成及分类 单相桥式整流电路的工作原理及其主要性能指标 滤波电路的工作原理及其主要参数 稳压电路的主要性能指标 串联反馈型线性稳压电路的组成及工作原理 三端集成稳压器及其应用电路 开关型稳压电路工作原理及电路 8.2 重点和难点一、重点单相桥式整流电路的工作原理及主要性能指标。二、难点串联型稳压电路的分析。8.3 知识要点 整流电路 滤波电路直流稳压电源 稳压电路 集
2、成稳压器 开关式稳压电源8.4 主要内容一、直流稳压电源的组成电子设备中需要直流电源,它们可以采用干电池、蓄电池或其它直流能源供电。但这些电源成本高,容量有限,在有交流电网的地方,一般采用将交流电变为直流电的直流稳压电源。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四部分组成,如图8-1所示。电源变压器:将电网供给的交流电变换成符合整流电路要求的交流电。整流电路:将变压器二次侧的交流电压变换为单向脉动的直流电压。滤波电路:将脉动的直流电压变换为平滑的直流电压。稳压电路:将直流输出电压稳定,减少电源电压波动和负载变化对输出直流电压的影响。二、整流电路1整流电路的分类按交流电的类型:
3、分为单相整流和三相整流。按输出功率的大小:分为小功率整流和大功率整流。小功率直流电源一般采用单相整流;大功率直流电源一般采用三相整流。按整流元件:分为可控整流和不可控整流。可控整流一般用可控硅元件,通过控制可控硅的导通角来控制输出电压的大小;不可控整流用二极管整流,输出电压大小不可控。本课程只讨论单相、小功率、不可控整流电路。表8-1类型电 路整流电压的波形UoIDURM特点单相半波uo0t0.45U2Io电路简单,输出纹波大,电源的利用率低。单相全波uo0t0.9 U2纹波小,二极管的反向电压高。单相桥式uo0t0.9 U2电路复杂,纹波小,二极管的反向电压小,应用最广。2整流电路的基本原理
4、利用整流二极管的单向导电性,将双向变化的交流电变成单向脉动的直流电。3单相整流电路及主要参数 设U2为变压器二次侧的电压有效值,为输出电压的直流分量(平均值),Io为输出平均电流,URM为二极管的最大反向电压,ID为流过二极管的平均电流。单相整流电路及主要参数如表8-1所示。三、滤波电路整流输出的直流电压脉动分量比较大,为减小脉动,在整流电路之后加上滤波电路。滤波分为电容滤波、电感滤波、复式滤波。滤波电路是利用电容和电感对不同频率的信号表现出不同的电抗,构成低通滤波电路,以减小高频纹波成份。电容在高频时容抗小,和负载并联;电感在高频时感抗大,和负载串联,可使高频分量在负载上的分压大大降低,从而
5、达到减小纹波的目的。几种滤波电路的主要指标如表8-2所示。表8-2电路形式URMID特点电容滤波半波整流RLC越大,滤波效果越好。二极管的导通角小,冲击电流大。一般适应于输出电压较高,负载电流小且变化也小的场合。全波整流桥式整流电感滤波半波整流0.45 U2二极管的导通角大,无冲击电流。但由于铁心的存在,电磁干扰大。适应于输出电压较低,输出电流大且负载变化大的场合。全波整流0.9 U22桥式整流0.9 U2四、稳压电路为使输出的直流电压不随电源电压的波动、负载的变化而变化,还需要在滤波电路之后加稳压电路。稳压电路又分为并联型稳压电路和串联型稳压电路两大类。1并联型稳压电路 并联型稳压电路就是在
6、滤波电路后,加上稳压管构成稳压电路,如图8-2所示。稳压管的选择应遵循:UZUoIZM(1.5 3) IOM UI = (23) Uo稳压过程就是利用稳压管上电压的微小变化,会引起稳压管电流的较大变化,电阻R感应这个电流变化,并调整使输出电压基本维持不变。其稳定过程如下:当负载不变,输入电压UI波动使得输出电压Uo升高,其调节过程为:UIUo(UZ)IZ IRUR Uo 若输入电压UI不变,负载发生变化,如RL减小,其调节过程为:RLUo(UZ)IZ IRUR Uo 当负载电阻RL和输入电压UI一定时,电阻R的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来选的。稳压管的电流是在IZmin IZ I
7、ZM之间,则可得电阻R的取值范围为 这种稳压电路输出电压不能调节,负载电流变化范围小,稳压效果差,但电路结构简单。故在要求不高的小功率电子设备中得到广泛应用。2串联型稳压电路 串联反馈式稳压电路组成框图如图8-3所示。它由采样环节(R1、RP、R2)、基准环节(R、DZ)、放大环节(A)、调整环节(T)四部分组成。输出电压的大小调节可以通过改变电位计RP的位置来实现。其公式为:当电位器调至最低点时,UO输出最大值:当电位器调至最高点时,输出最小值:该稳压电路具有如下特点:(1)稳定度高、纹波小、响应速度快。(2)输出电压可调、输出电流范围大、输出电阻小。(3)调整管工作在线性状态,管压降较大(
8、35V),电路的功率变换效率较低,约3050。五、集成线性稳压器集成线性稳压器的电路结构和工作原理与图8-3所示电路类似。输出电压固定的三端集成稳压器有正输出(LM78)和负输出(LM79)两个系列。根据输出电流的不同,又可分为三种:LM78、LM79的最大输出电流为1.5A;LM78M、LM79M的最大输出电流为0.5A;LM78L、LM79L的最大输出电流为0.1A。以上各型号中的表示输出固定电压值,一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117(输出正电压),LM337、LM137(输出负电压)。三端集成稳压器只
9、有三个引脚:输入端(in)、输出端(out)、公共端(com)。图8-4、图8-5是不可调和可调三端集成稳压器的典型应用电路。六、开关式稳压电源当稳压电源中的调整管T在控制脉冲作用下,工作于开关状态,通过适当调整开通和关断的时间,可使输出电压稳定的稳压电源称为开关稳压电源。调整管开通和关断时间的控制方式有两种:一种是固定开关频率,控制脉冲宽度(PWM脉冲宽度调制);一种是固定脉冲宽度,控制开关频率(PFM脉冲频率调制)。开关式稳压电源有如下特点:(1)调整管工作在开关状态,功耗低,电源的功率转换效率高,约6080,甚至可高达90以上。(2)由于控制脉冲的频率高,一般在几十千赫兹以上,滤波电感、
10、电容的数值较小。故大多数开关电源没有工频电源变压器,体积小,重量轻。(3)电路的其它性能均略低于线性电源。8.5 典型例题分析例8-1 有一整流电路如例8-1图所示。试求:(1)负载电阻和上整流电压的平均值和,并标出极性;(2)二极管D1、D2、D3上的平均电流、以及各管所承受的最高反向电压。解:(1)D3构成的为半波整流电路,其对应的变压器二次侧的交流电压有效值为:U29010100V则RL1两端的直流电压为:UO10.45U20 .4510045VA端为直流输出电压的负极。D1、D2构成全波整流电路,其对应的变压器二次侧的交流电压有效值为U210V则RL2两端的直流电压为:UO20.9U2
11、0 .9109VB端为直流输出电压的正极。(2)全波整流电路中二极管D1、D2的平均电流为:ID1ID2(1/2)IO20 .5(UO2/RL2)0.5(9/100)=0 .045A半波整流电路中二极管D3的平均电流为:ID3IO1UO1/RL1 45/104=4 .5mA 二极管承受的最大反向电压:例8-2 在桥式整流电容滤波电路中(如例8-2图所示),设。现用直流电压表测量端电压,出现下面几种情况,试分析哪些是合理的?哪些发生了故障?并指明原因。(1);(2);(3);(4)。解:桥式整流加电容滤波电路正常输出的直流电压平均值为1.2U2;如果负载开路,则输出为;如果不接电容,则为桥式整流
12、,输出为0.9U2;如果不接电容,并且桥式整流电路某个二极管虚焊,成为半波整流,则输出为0.45U2。所以有:(1)断开或虚焊,电容上电压无放电回路,保持在最大值28V。(2)电容CL断开或虚焊,是全波整流输出0.9 U218V。(3)电容CL和某一整流二极管断开或虚焊,为半波整流输出0.45 U29V。(4)正常输出1.2 U224V。例8-3 电路如图8-3所示。已知、T的电流放大系数。试求:(1)输出电压的变化范围;(2)当、时,调整管T的管耗和运算放大器的输出电流。 解:(1) 由于 当电位器调至最低点时,输出最大值:当电位器调至最高点时,UO输出最小值:(2) 三极管两端的电压为:
13、负载上的电流: 三极管集电极上的电流: 三极管上的功耗: 运放的输出电流:8.6习题及其解答(供参考)一、自测题8-1 思考题(1) 衡量稳压电路质量的性能指标有哪些?答:主要指标有输入调整率,稳压系数,负载调整特性,输出电阻,温度系数ST。(2) 如何根据单相桥式整流电路的工作原理分析电路故障现象?答:若其中一个二极管开路,则为半波整流,一个半周导通,另外半周截止,输出电压Uo=0.45U2;若其中一个二极管反接或短路,则将烧毁变压器,Uo=0V。桥式整流加电容滤波电路正常输出的直流电压平均值为1.2U2;如果负载开路,则输出为;如果不接电容,则为桥式整流,输出为0.9U2;如果不接电容,并
14、且桥式整流电路某个二极管虚焊,成为半波整流,则输出为0.45U2。(3) 试说明常见滤波电路类型以及其外特性。在实际应用中应如何选择电路类型及其元器件的参数?答:常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。电容滤波的电路结构简单,外特性比较软,输出电压较高,脉动较小,但带负载的能力不强,因此适合负载电流不大且负载变化较小的电子系统。电感滤波的外特性比较硬,整流管的导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,但由于铁心的存在,笨重,体积大,易引起电磁干扰,一般只适用于大电流的场合。复式滤波器结构简单,能兼起降压、限流作用,滤波效能也较高,滤波效能很高,几乎没有直流电压损失,适用于负载电流较大
15、、要求纹波很小的场合。电容滤波可针对不同频率的谐波滤波分量,选择相应的电容器容量及数量,滤波电容容量由确定,电容器耐压应大于。滤波电感的选择:如频率不高,如小于70kHz以下,可以选择铁粉心的环,这种环饱和磁通密度大,可以承受比较大的直流电流,并且成本很低,但损耗高一些;频率再高一点,如70kHzf100kHz,可以选择铁硅铝等材质的,它的特点和铁粉心差不多,但损耗只有铁粉心的1/8左右,但成本比较高。如果频率再高,考虑到铁心损耗,铁氧体就是唯一的选择,因为其磁损很小,但铁氧体饱和磁通密度低,所以使用于高频。(注意铁氧体做电感是要开气息的,避免饱和。)(4) 分别判断图8-40所示各电路能否作
16、为滤波电路,并简述理由。答:(a)图可以作为滤波电路,构成低通滤波器;(b)图不可以作为滤波电路,应将电感L置于电容器C之前;(c)图也不可以作为滤波电路,应将电感换成电容,电容换成电感。(5) 直流稳压电源主要由哪几部分组成,各部分的功能是什么?答:直流稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。电源变压器是将交流电源电压变换成符合整流、稳压需要的交流电压;整流电路是将变压器二次侧交流电压变化为单向脉动电压,其中整流元件常采用具有单向导电性的晶体二极管或晶闸管;滤波电路是为了减小整流输出电压的脉动程度,采用滤波电路减小脉动电压的纹波幅度,以适应负载的需要;稳压电路是当交流
17、电源电压波动或负载变化时,通过稳压电路使直流输出电压稳定。在某些对直流电压的稳定度要求不高的电子电路中,稳压电路可以采用简单的稳压管稳压电路或不需要稳压环节。(6) 串联反馈式直流稳压电路主要由哪几部分组成,各部分的功能是什么?答:串联反馈式直流稳压电路主要由采样环节、基准环节、放大环节、调整环节四部分组成。如右图所示。各部分作用的功能:VT为调整管,它工作在线性放大区,故又称为线性稳压电路。R3和稳压管VZ组成基准电压源,为集成运放A的同相输入端提供基准电压;R1、R2和Rp组成取样电路,它将稳压电路的输出电压分压后送到集成运放A的反相输入端;集成运放A构成比较放大电路,用来对取样电压与基准
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