模拟电子技术基础10章直流稳压电源.ppt

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1、生命中的大石头生命中的大石头时间管理专家为学生上课时间管理专家为学生上课做个小测验瓶子做个小测验瓶子在瓶子中放拳头大小的石头，问在瓶子中放拳头大小的石头，问“瓶子满了吗？瓶子满了吗？”在瓶子中砾石，问在瓶子中砾石，问“瓶子满了吗？瓶子满了吗？”在瓶子中沙子，问在瓶子中沙子，问“瓶子满了吗？瓶子满了吗？”在瓶子中水，问在瓶子中水，问“瓶子满了吗？瓶子满了吗？”同样的空间，放置东西先后顺序不同，结局就大同样的空间，放置东西先后顺序不同，结局就大相径庭相径庭同样的时间，工作安排的顺序不同，结果也千差同样的时间，工作安排的顺序不同，结果也千差万别。万别。最重要的大石头一定要排在第一位。最重要的大石头一

2、定要排在第一位。第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源整流电路整流电路滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压uo的的稳定。稳定。直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳

3、稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo10.2 整流电路整流电路1.单相单相半波整流电路半波整流电路二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止,uL=0u2 0 时时:u20时时:10.2.1 整流电路的分析方法及其基本参数整流电路的分析方法及其基本参数u2uLuD t 2 3 4 0主要参数：主要参数：2。输出电流平均值。输出电流平均值Io：1。单相半波整流电路输出电压平均值。单相半波整流电路输出电压平均值脉动系数脉动系数S：整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。

4、单相半波整流电路单相半波整流电路查电路书的傅利叶级数的基波二、二极管的选择二、二极管的选择二极管承受的最高反向电压：二极管承受的最高反向电压：二极管的正向平均电流：二极管的正向平均电流：二极管的选择：二极管的选择：单相半波整流电路优缺点：单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大（即脉动大），效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小、对脉动要求不适用于整流电流较小、对脉动要求不高的场合。高的场合。例题：如图所示，已知变压器副边电压有效值为例题：如图所示，已知变压器副边电压有效值为30V，负载电阻为负载电阻为100，试问：（1）

5、负载电阻上的阻上的电压平均平均值和和电流平均流平均值各各为多少。多少。（2）电网网电压波波动范范围是是10%10%，二极管承受的最大，二极管承受的最大反向反向电压和流和流过的最大的最大电流平均流平均值各各为多少？多少？2。二极管承受的最高反向电压：。二极管承受的最高反向电压：二极流过的最大平均电流：二极流过的最大平均电流：解：解：1。负载上电压平均值：。负载上电压平均值：负载上电流平均值：负载上电流平均值：全波整流全波整流电电路路 U2Uo输输出出电电流平均流平均值值IL（AV）二极管的平均二极管的平均电电流流ID（AV）输输出出电压电压平均平均值值UO（AV）所承受的最大反向所承受的最大反向

6、电压电压UR单相单相桥式整流电路桥式整流电路一、组成：由四个二极管组成桥路一、组成：由四个二极管组成桥路习惯画法习惯画法简化画法简化画法集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uL+-+u2负半周时：负半周时：D2、D4 导通导通，D1、D3截止截止u2正半周时正半周时:D1、D3导通导通，D2、D4截止截止二、工作原理：二、工作原理：三、输出电压平均值和三、输出电压平均值和输出电流平均值输出电流平均值四、二极管的选择四、二极管的选择二极管承受的最高反向电压：二极管承受的最高反向电压：二极管的正向平均电流：二极管的正向平均电流：二极管的选择：二极管的选择：优点：优点：在相同的变压器副边电压下，对二极管

7、的在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、脉动小。应用广泛。高、脉动小。应用广泛。缺点：缺点：二极管数量，损耗较大。二极管数量，损耗较大。利用桥式整流电路实现正、负电源利用桥式整流电路实现正、负电源u2负半周时：负半周时：D2、D4 导通导通，D1、D3截止截止u2正半周时正半周时:D1、D3导通导通，D2、D4截止截止例题：如图所示，已知变压器副边电压有效值为例题：如图所示，已知变压器副边电压有效值为30V，负载电阻为负载电阻为100，试问：（1）负载电阻上的阻上的电压平均平均值和和电流平均流平均值各各为多少。多少。（2

8、）电网网电压波波动范范围是是10%10%，二极管承受的最大，二极管承受的最大整流平均整流平均电压和最高反向工作和最高反向工作电压至少至少为多少？多少？2。二极管承受的最高反向电压：。二极管承受的最高反向电压：二极管流过的最大整流平均电流：二极管流过的最大整流平均电流：解：解：1。负载上电压平均值：。负载上电压平均值：负载上电流平均值：负载上电流平均值：10.7 电电路如路如图图所示，所示，变压变压器副器副边电压边电压有效有效值值U2150V，U2220V。试问试问：（1）输输出出电压电压平均平均值值UO1（AV）和和UO2（AV）各各为为多少？多少？（2）各二极管承受的最大反向）各二极管承受的

9、最大反向电压为电压为多少？多少？解：（解：（1）两路）两路输输出出电压电压分分别为别为 UO1（U21U22）UO2U2218V D2、D3的最大反向的最大反向电压电压 （2）D1的最大反向的最大反向电压电压10.8 电电路路图图所示所示,求：（求：（1）分）分别标别标出出uO1和和uO2对对地的极性地的极性（2）uO1、uO2分分别别是半波整流是半波整流还还是全波整流？是全波整流？（3）当）当U21U2220V时时，UO1（AV）和和UO2（AV）各各为为多少？多少？(4）当）当U2118V，U2222V时时，画出，画出uO1、uO2的波形；的波形；并求出并求出UO1（AV）和和UO2（AV

10、）各各为为多少？多少？(3)UO1（AV）UO2（AV）U21U2218V （4）UO1（AV）UO2（AV）U21U2218V 解：解：（1）均）均为为上上“”、下、下“”。（2）均）均为为全波整流。全波整流。作业：作业：10.3.1电容滤波电路电容滤波电路滤波电路滤波电路u2 uC时：二极管导通，时：二极管导通，C充电充电u2 uC时：二极管截止，时：二极管截止，C放电放电工作原理工作原理:利用电容的利用电容的充放电充放电,使输出电压平滑使输出电压平滑.cd段段,D1,D3截止截止.滤波效果滤波效果:输出电压变得平滑输出电压变得平滑,且输出值提高且输出值提高.取决于放电时间，愈大，取决于放

11、电时间，愈大，输出电压愈平滑，平均值愈大输出电压愈平滑，平均值愈大组成组成:在桥式整流电路与负载间并联电容在桥式整流电路与负载间并联电容段段,D1,D3导通导通;RLC不同时的不同时的uO的波形的波形近似估算近似估算:U（）（）U2一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)主要参数：主要参数：输出电压平均值输出电压平均值脉动系数脉动系数 为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足滤波电容的容量满足RLC=（35）T2的条件。的条件。由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为1

12、0，电容的耐压值应大于，电容的耐压值应大于 1.1 2U2。在半波整流电路。在半波整流电路中，为获得较好的滤波效果，电容容量应选得更大些。中，为获得较好的滤波效果，电容容量应选得更大些。二极管的导通角二极管的导通角每只二极管的导通角小于每只二极管的导通角小于整流管导电时间越短整流管导电时间越短 冲激电流越大冲激电流越大选用大容量的选用大容量的整流管，整流管，一般最大整流平均电流大于负载电流的倍一般最大整流平均电流大于负载电流的倍解：解：因为：因为：U（）（）U2实际可选取容量实际可选取容量的的电容作容作滤波波电容容倍压整流电路分析时的两个要点：设分析时的两个要点：设负载开路，负载开路，电路进入

13、稳态。电路进入稳态。u2负半周负半周，u2加加C1上电压对上电压对C2充电：充电：PD2C2A，最终，最终u2正半周正半周C1充电：充电：AD1C1B，最终，最终P二倍压整流电路二倍压整流电路倍压整流电路倍压整流电路多倍压整流电路多倍压整流电路+从不同端点可引出所需的多倍压直流输出。从不同端点可引出所需的多倍压直流输出。10.3.2 电感滤波电路电感滤波电路组成组成:在桥式整流电路与负载间串联电感在桥式整流电路与负载间串联电感L。输出电压平均值输出电压平均值:UO(AV)U2对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。因此，在输出端得到比较

14、平滑的直流电压。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上优点优点:输出电压平滑输出电压平滑,脉动小脉动小,导通角接近导通角接近,二极管寿命增二极管寿命增长.复式滤波电路复式滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。起来使用。各种滤波电路性能的比较各种滤波电路性能的比较 稳压管稳压管稳压电路稳压电路引入引入:整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动,随着负载电阻的变化而变化随着负载电阻的变化而变化

15、,则采取稳压措施则采取稳压措施.限流电阻限流电阻R10稳压电路的组成稳压电路的组成(1)(1)当输入电网电压变化时当输入电网电压变化时UiUZUoUoURIRIDZ(2)(2)当负载变化时当负载变化时RL变化变化UoURUoIDZIR10.4.2 工作原工作原理理电网电压变化时电网电压变化时,通过限流电阻通过限流电阻R上电压变化来抵上电压变化来抵消消UI的变化，使的变化，使UO不变。不变。负载变化时负载变化时,通过限流电阻通过限流电阻R上电压不变，即上电压不变，即IDZ变化变化IL变化，使变化，使UO不变。不变。10.4.3 稳压电路的性能指标稳压电路的性能指标常用以下参数来说明稳压电源的质量

16、：常用以下参数来说明稳压电源的质量：1、稳压系数：输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比、稳压系数：输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比稳压管稳压电路的交流等效电路稳压管稳压电路的交流等效电路Sr表明电网电压波动的影响。表明电网电压波动的影响。其值越小，输出电压变化越小。其值越小，输出电压变化越小。2、输出电阻、输出电阻RO表明负载电阻对稳压性能的影响。表明负载电阻对稳压性能的影响。其值越小，输出电压变化越小。其值越小，输出电压变化越小。稳压管稳压电路的交流等效电路稳压管稳压电路的交流等效电路10.4.4 电路参数的选择电路参数的选择1.稳压电路输入电压的选择稳压电路输入电压的选择:

17、2.稳压管的选择稳压管的选择:3.限流电阻的选择限流电阻的选择:所以：所以：设计时用到限流电阻的计算限流电阻的计算（1 1）当当输输入入电电压压最最小小，负负载载电电流流最最大大时时，流流过过稳稳压压二二极管的电流最小。由此可计算出极管的电流最小。由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值。即。即 （2 2）当当输输入入电电压压最最大大，负负载载电电流流最最小小时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电电流流最最大大。此此时时I IZ Z不不应应超超过过I IZmaxZmax，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电电阻的最小值阻的最小值。即。即 所以：所以：在允许范围内在允许范围内,R的值应当偏大

18、些的值应当偏大些.当其余参数确定的情况下当其余参数确定的情况下,R愈大愈大,稳压系数愈小稳压系数愈小,输出电阻愈接近输出电阻愈接近rZ例题例题:电路如图电路如图,已知已知UI=15V,负载电流为负载电流为1020m，稳压管的稳定电压，稳压管的稳定电压，最小稳定电流最小稳定电流m，最大稳定电流，最大稳定电流m动态电阻为动态电阻为(1)(1)求解的取值范围求解的取值范围.(2)(2)若若R=250R=250,则稳压系数和输出电阻各为多少则稳压系数和输出电阻各为多少?例题例题:电路如图电路如图,已知已知UI=1V,电网电压允许波动范围电网电压允许波动范围，稳压管的稳定电压稳压管的稳定电压，最小稳定电

19、流，最小稳定电流m，最大稳定电流最大稳定电流3m负载电阻为负载电阻为(1)(1)求解的取值范围求解的取值范围.(2)(2)设滤波电容足够大，变压器副边电压有效值为多少设滤波电容足够大，变压器副边电压有效值为多少?很小很小.串联型稳压电路串联型稳压电路稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路的缺点：（1 1）带负载能力差（）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调1。稳压电路输出电流较小，采用晶体管的。稳压电路输出电流较小，采用晶体管的 电流放大作用增加负载电流。电流放大作用增加负载电流。2。输出电压稳定性不强，引入深度电压负反馈。输出电压稳定性不强，引入深度电压负反馈。3。输出电压不可

20、调，改变反馈刚才参数调整输出电压。输出电压不可调，改变反馈刚才参数调整输出电压。改进方式：改进方式：一、基本调整管电路一、基本调整管电路为了提高带负载能力，在输出端加一射极输出器为了提高带负载能力，在输出端加一射极输出器习惯画法习惯画法UUoUo当电网电压或负载变化时：当电网电压或负载变化时：则晶体管的调节作用使输出电压稳定，称其为调整管。则晶体管的调节作用使输出电压稳定，称其为调整管。调整管起调整作用的条件：调整管起调整作用的条件：负载电流的范围：负载电流的范围：稳定性不强稳定性不强串联型稳压电路串联型稳压电路T处于放大区二、具有放大环节的串联型稳压电路二、具有放大环节的串联型稳压电路使输出

21、电压可调使输出电压可调在射极输出器前加一带有在射极输出器前加一带有深度负反馈的放大器深度负反馈的放大器。调节反馈系数即可调节放大倍数调节反馈系数即可调节放大倍数组成：四部分调整管、比较放大、取样电路和基准电压电路组成：四部分调整管、比较放大、取样电路和基准电压电路输出电压可调范围：输出电压可调范围：调整管的选择：调整管的选择：例题实际选用时，不但要考虑一定的余量，还应按手册上的规定采取散热措施。.2 常用的集成三端稳压器的外形及类型常用的集成三端稳压器的外形及类型类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压 W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+

22、12V W7815 输出输出+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端123性能稳定、价格低廉而得到广泛的应用。性能稳定、价格低廉而得到广泛的应用。输出正负电压输出正负电压Wll7为可调式正压输出三端稳压器。原理框图原理框图可调式负压输出三端稳压器可调式负压输出三端稳压器 型号分别是型号分别是137、237和和337，电流也分、。电流也分、。典型应用电路典型应用电路六、六、电电路如路如图图所示。合理所示。合理连线连线，构成，构成5V的直流的直流电电源。源。