模拟电路分析 第十章 直流电源.ppt

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1、第第10章章 直流电源直流电源课件下载网址：课件下载网址：http:/202.115.21.138/wlxt(本校的网络学堂）本校的网络学堂）（光电信息学院（光电信息学院 模拟电路分析，钟建模拟电路分析，钟建 教案教案 密码：密码：502）例例3 下下图图所所示示的的二二极极管管电电路路中中，设设 VDA、VDB 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0 V 和和高高电电压压 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值。的值。UAUBUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输

2、出电压电压UAUBVDAVDB0 V 0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V解：解：UOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY0V0V12V12VUAUBUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAYUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY0V0V0V0VUAUBUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY例例3下下图图所所示示的的二二极极管管电电路路中中，设设 VDA、VDB 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0 V 和和高高电电压压 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值。的值。

3、输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBVDAVDB0 V 0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V0 V 5 V正偏正偏导通导通0 V解：解：反偏反偏截止截止UOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY0V5VUAUBUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAYUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY0V5V12V12VUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY0V5V0V0V例例3下下图图所所示示的的二二极极管管电电路路中中，设设 VDA、VDB 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0 V

4、和和高高电电压压 5 V 的的不不同同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值。的值。UAUBUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBVDAVDB0 V 0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V0 V 5 V正偏正偏导通导通反偏反偏截止截止0 V5 V 0 V反偏反偏截止截止正偏正偏导通导通0 V5 V 5 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通5 V解：解：实现了实现了与与功功能能UAUBUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAYUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY5V5V12V12VUAUB

5、UOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAYUOR3 kW W12 VVDDVDAVDBBAY5V5V5V5V 1.2.51.2.5.稳压二极管（重点）稳压二极管（重点）稳压管稳压管是一种专门工作在反向击穿状态下是一种专门工作在反向击穿状态下具有稳压特性的二极管，除了可以构成限幅电具有稳压特性的二极管，除了可以构成限幅电路之外，主要用于稳压电路。路之外，主要用于稳压电路。电路符号图电路符号图（b），特性曲线图（），特性曲线图（a）由图可见，它的正、反向由图可见，它的正、反向特性与普通二极管基本相同，特性与普通二极管基本相同，区别仅在于反向击穿后，区别仅在于反向击穿后，反向反向特性曲线更加

6、陡峭，即电流在特性曲线更加陡峭，即电流在很大范围内变化时（很大范围内变化时（），其两端电压几乎不变，这），其两端电压几乎不变，这表明稳压二极管反向击穿后，表明稳压二极管反向击穿后，能通过调整自身电流实现稳压。能通过调整自身电流实现稳压。稳压二极管击穿后，电流急稳压二极管击穿后，电流急剧增大，使管耗相应增大。因剧增大，使管耗相应增大。因此必须对击穿后的电流加以限此必须对击穿后的电流加以限制，以保证稳压二极管的安全。制，以保证稳压二极管的安全。1.2.5 稳压管（重点）稳压管（重点）(1)稳定电压稳定电压VZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向在规定的稳压管反向工作电流工作电流IZ下，所

7、对应的下，所对应的反向工作电压。反向工作电压。rZ=VZ/IZ(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin(5)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 VZ.稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数稳压二极管稳压二极管稳压二极管稳压二极管3.稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 VO=VZ#稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax#不加不加不加不加R R可以吗？可以吗？可以吗？可以吗？稳压二极管稳压二极管3.稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 V

8、O=VZ稳压条件稳压条件稳压条件稳压条件IZmin IZ IZmaxI IZ=I=IR-I-IL=(V=(VI-V-VZ)/R-V)/R-VZ/R/RLIZmin+V+VZ/R/RL(V(VI-V-VZ)/R)/R IZmax+VZ/RL 稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 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极管管的的电电流流最最小小。此此时时I IZ Z不不应应小小于于I IZminZmin，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电电阻阻的的最最大大值值，实实际际选选用用的的稳稳压压电电阻阻应应小小于于最最大大值值。即即 当输入电压最大，负载电流最

9、小时，流过当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即此可计算出稳压电阻的最小值。即(1)(1)(2)(2)稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！限流电阻限流电阻R的选取的选取 由上述稳压原理可知，稳压管稳压电路的由上述稳压原理可知，稳压管稳压电路的稳压功能是靠稳压管稳压特性和限流电阻稳压功能是靠稳压管稳压特性和限流电阻R的的相互配合来实现

10、的。因此，在实际应用中，当相互配合来实现的。因此，在实际应用中，当和变化时，必须合理地选取限流电阻和变化时，必须合理地选取限流电阻R才才能保证稳压管工作在（）范围能保证稳压管工作在（）范围内。内。限流电阻限流电阻R的取值范围的取值范围：第十章第十章 直流电源直流电源10.1 直流电源的组成直流电源的组成10.2 单相整流电路单相整流电路10.4 稳压管稳压电路稳压管稳压电路10.5 串联型稳压电路串联型稳压电路10.6 开关型稳压电路开关型稳压电路10.3 滤波电路滤波电路10.1 直流电源的组成及各部分的作用（重点）直流电源的组成及各部分的作用（重点）一、直流稳压电源的作用一、直流稳压电源的

11、作用 将将交交流流电电网网电电压压转转换换为为直直流流电电压压，为为放放大大电电路路提提供供直直流流工工作电源。作电源。二、组成二、组成变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：v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变为合适的交流变为合适的交流电压电压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路v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。v滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流转变为平

12、滑的直流电压电压u4。v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,保持保持输出电压输出电压u0的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能三、引起电压不稳定的原因三、引起电压不稳定的原因1、交流电网电压的波动；、交流电网电压的波动；2、负载的变化（由于整流滤波电路存在内阻）；、负载的变化（由于整流滤波电路存在内阻）；3、温度的影响；、温度的影响；整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路10.2 整流电路整流电路整整 流流 电电 路

13、路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路(1)、单相半波整流电路、单相半波整流电路a、工作原理、工作原理iDu2tuot设变压器输出电压：设变压器输出电压：u2=U2sint u1 u2uoRL+则输出电压：则输出电压：uo=b、电路特点、电路特点 优点：结构简单，元件少。优点：结构简单，元件少。缺点：输出波形脉动大，利用缺点：输出波形脉动大，利用率低。率低。+优点：电路简单，一个二极管优点：电路简单，一个二极管缺点：转换效率低，输出直流缺点：转换效率低，输出直流电压低电压低2.2.UO（AV）和和 I

14、L（AV）的估算的估算 已知变压器副边电压有效值为已知变压器副边电压有效值为U2 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：，二极管的极限参数应满足：（3）二极管的选择）二极管的选择(2)、单相全波整流电路、单相全波整流电路u1u2u2D1RLD2u2tuot电路分析：电路分析：u0=v输入交流电压：输入交流电压：经整经整流后，直流输出效率流后，直流输出效率为半波为半波整流电路整流电路的两的两倍。倍。优点：输出电压高优点：输出电压高缺点：变压器需要缺点：变压器需要抽头，两个二极管抽头，两个二极管 (3)、单相桥式整流电路、单相桥式整流电路u2正半周时正半周时

15、电流通路电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo1 1.工作原理工作原理优点：输出电压高，优点：输出电压高，变压器不需要抽头。变压器不需要抽头。缺点：缺点：4个二极管个二极管 u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时负半周时电流通路电流通路 u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！桥式整流电路输桥式整流电路输出波形及二极管出波形及二极管上电压波形上电压波形u2D4D2D1D3RLuoABu2uD4,uD2uD3,uD

16、12.2.输出电压和电流平均值的估算输出电压和电流平均值的估算3.3.二极管的选择二极管的选择 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：，二极管的极限参数应满足：与半波整与半波整流电路对流电路对二极管的二极管的要求相同要求相同 几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+-10.3 滤波电路滤波电路几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路（常用）电容滤波电路（常用）（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L型）型）（c）型滤波电路型滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或电感并联，或电感与负载与负载

17、RL串联。串联。滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理：原理：利用储能元件电容两端的电压利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电或通过电感中的电流流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。波形的目的。桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+电

18、容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路：电容滤波电路：1.对直流信号对直流信号:C的容抗的容抗无穷无穷(相当于开路相当于开路)2.对交流信号对交流信号:依靠电容的充放电作用可依靠电容的充放电作用可减小纹波：减小纹波：当电压小于电容两端电当电压小于电容两端电压时，由电容向负载放电。压时，由电容向负载放电。当当输输入入信信号号电电压压在在一一定定范范围围内内变变化化时时,输输出出电电压压随随输输入入电电压压相相应应变变化化；而而当当输输入入电电压压超超出出该该范范围围时时,输输出出电压保持不变电压保持不变,这就是限幅电路。这就是限幅电路。通通常常将将输输出出电电压压uo开开始始不不变变的的电电压压值值

19、称称为为限限幅幅电电平平,当当输输入入电电压压高高于于限限幅幅电电平平时时,输输出出电电压压保保持持不不变变的的限限幅幅称称为为上上限限幅幅；当当输输入入电电压压低低于于限限幅幅电电平平时时,输输出出电电压压保保持不变的限幅称为下限幅。持不变的限幅称为下限幅。3 3.限幅电路 假设二极管为理想模型,分析输出波形？图图 二极管并联上限幅电路波形关系二极管并联上限幅电路波形关系V,限幅电平为限幅电平为V。u时二极管导通时二极管导通,uoV；uiV,二二极管截止极管截止,uou。波。波形如图形如图(a)所示。所示。如果如果Um,则限幅则限幅电平为。电平为。u,二极管截止二极管截止,uou；u,二极管

20、导二极管导通通,uo。波形图如图。波形图如图()所示。所示。如果如果m,则则限幅电平为限幅电平为-E,波形图波形图如图如图()所示。所示。A:并联二极管上限幅电路并联二极管上限幅电路 限幅电路如图所示。改变值就可改变限幅电平。限幅电路如图所示。改变值就可改变限幅电平。用途：在贵重器件的前端，加限幅电路保护。用途：在贵重器件的前端，加限幅电路保护。B：并联下限幅电路（请同学自己分析）：并联下限幅电路（请同学自己分析）C：串联限幅电路：串联限幅电路（请同学自己分析）（请同学自己分析）D：双向限幅电路：如图，设：双向限幅电路：如图，设vi(t)=3sint，VD=0.7V，分析输出波形，分析输出波形?D：双向限幅电路：如图，设：双向限幅电路：如图，设vi(t)=3sint，VD=0.7V，分析输出波形，分析输出波形?课堂练习：双向限幅电路如图，设课堂练习：双向限幅电路如图，设vi(t)=3sint，VD=0.7V （请同学自行设计双向限幅为请同学自行设计双向限幅为2.1V的电路的电路）图图:双向限幅电路双向限幅电路 方法方法1：三个：三个Si二极管分别串联；二极管分别串联；方法方法2：