电子技术基础--第九章--直流稳压电源精选文档.ppt
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1、电子技术基础-第九章-直流稳压电源本讲稿第一页,共八十六页10.0 引言引言 电子电路都需要稳定的直流电源供电。虽电子电路都需要稳定的直流电源供电。虽然在有些情况下(如便携设备)可用化学电然在有些情况下(如便携设备)可用化学电池作为直流电源,但大多数情况是利用电网池作为直流电源,但大多数情况是利用电网提供的交流电源经过转换而得到直流电源的。提供的交流电源经过转换而得到直流电源的。本章将介绍单相小功率直流电压源的组成本章将介绍单相小功率直流电压源的组成和工作原理。和工作原理。本讲稿第二页,共八十六页电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压v1变为合适的交流电压变为合适的交流电压v2。整
2、流电路整流电路:将交流电压将交流电压v2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压v3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压v3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压v4。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Vo的的稳定。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整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 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v1v2v3v4Vo本讲稿第三页,共八十六页单相小功率直流电压源一般单相小功率直流电压源一般由四部分组成由四部分组成:电源
3、变压器电源变压器整流整流滤波滤波稳压稳压本讲稿第四页,共八十六页 主要内容:主要内容:(1)(1)小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路 (2)(2)串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 基本要求基本要求:(1)(1)掌握单相桥式整流电容滤波电路的工作掌握单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算。原理及各项指标的计算。(2)(2)掌握带放大器的串联反馈式稳压电路的掌握带放大器的串联反馈式稳压电路的稳压原理及输出电压的计算。稳压原理及输出电压的计算。(3)(3)掌握三端集成稳压模块的使用掌握三端集成稳压模块的使用本讲稿第五页,共八十六页10.1 单相小功率整流滤波电路单相小功率整流滤波电
4、路10.1.2 滤波滤波电路电路10.1.1 单相小功率整流电路单相小功率整流电路本讲稿第六页,共八十六页10.1.1 单相小功率整流电路单相小功率整流电路单相小功率整流电路的分类单相小功率整流电路的分类:一、一、单相半波整流电路单相半波整流电路二、二、单相全波整流电路单相全波整流电路三、三、单相桥式整流电路单相桥式整流电路四、四、倍压整流电路倍压整流电路整流电路是最基本的将交流电转换为直流电的电路整流电路是最基本的将交流电转换为直流电的电路本讲稿第七页,共八十六页对整流电路要研究清楚以下问题:对整流电路要研究清楚以下问题:1.电路的工作原理:二极管工作状态、电路的工作原理:二极管工作状态、波
5、形分析波形分析2.输出电压和输出电流的平均值:输出输出电压和输出电流的平均值:输出为脉动的直流电压为脉动的直流电压3.整流二极管的选择:二极管承受的最整流二极管的选择:二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压大整流平均电流和最高反向工作电压本讲稿第八页,共八十六页整流二极管的伏安特性:整流二极管的伏安特性:正偏时导通,管压降为正偏时导通,管压降为0V,电流决定于外电路,电流决定于外电路反偏时截止,电流为反偏时截止,电流为0,两端电压决定于外电路,两端电压决定于外电路 实际特性实际特性理想化特性理想化特性本讲稿第九页,共八十六页220Vv2iDvLv2V2m+-iDvL整流电路中的二极管是
6、作为整流电路中的二极管是作为开关运用,具有单向导电性。开关运用,具有单向导电性。220Vv2iDvL+-一、一、单相半波整流电路单相半波整流电路为分析问题简单起见,设二极管为理想二极管,变压器内阻为为分析问题简单起见,设二极管为理想二极管,变压器内阻为0。1、电路结构、工作原理、电路结构、工作原理本讲稿第十页,共八十六页2、主要参数计算:、主要参数计算:IL=VL/RL=0.45 V2/RL vL 2 0 t(2)输出电流平均值)输出电流平均值(直流分量直流分量)IL:(1)输出电压平均值)输出电压平均值(直流分直流分量量)VL:注意注意:V2是副边电压的有效值是副边电压的有效值本讲稿第十一页
7、,共八十六页(3)流过二极管的平均)流过二极管的平均电流:电流:vD 2 0 tVRMVRM=22V(4)二极管承受的最高反向电压:)二极管承受的最高反向电压:ID =IL=VL/RL=0.45 V2/RL 选管时应满足:选管时应满足:选管时应满足:选管时应满足:IF F ID D,VBRBR VRMRM并留有安全裕量并留有安全裕量注意注意:V2是副边电压的有效值是副边电压的有效值本讲稿第十二页,共八十六页已知变压器副边电压有效值V2=30V,负载电阻RL=100,试问:(1)负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少?(2)电网电压波动范围是10%,二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平
8、均值各为多少?3、思考、思考本讲稿第十三页,共八十六页解:VL=0.45 V2=0.45 30=13.5VIL=VL/RL=0.45 V2/RL=13.5/100=0.135AVRM=1.122V=46.7VID =1.1IL=1.1 0.135=0.15A220Vv2iDvL已知变压器副边电压有效值已知变压器副边电压有效值V2=30V,负载电阻负载电阻RL=100,试问试问:(1)负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少?(2)电网电压波动范围是电网电压波动范围是10%,二极管承受的最大反二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少向电压
9、和流过的最大电流平均值各为多少?本讲稿第十四页,共八十六页4、总结、总结优点:优点:电路中所使用的整流二极管数量少电路中所使用的整流二极管数量少缺点:缺点:(1)输出电压小;)输出电压小;(2)输出电压、电流的脉动较大;)输出电压、电流的脉动较大;(3)电源变压器只在正半周内有电流供给负载,变)电源变压器只在正半周内有电流供给负载,变压器不能充分利用;而且二次绕组中通过含有直流成分的压器不能充分利用;而且二次绕组中通过含有直流成分的电流,造成铁芯直流磁化。电流,造成铁芯直流磁化。220Vv2iDvL本讲稿第十五页,共八十六页220VvLiLRLv2v2+-+220VvLiLRLv2v2-+-+
10、二、二、单相全波整流电路单相全波整流电路变压器副边中心抽头,感应出两个相等的电压变压器副边中心抽头,感应出两个相等的电压v2当当v2正半周时,正半周时,D1导通,导通,D2截止。截止。当当v2负半周时,负半周时,D2导通,导通,D1截止。截止。1、电路结构、工作原理、电路结构、工作原理本讲稿第十六页,共八十六页本讲稿第十七页,共八十六页(1)输出电压平均值)输出电压平均值(直流分直流分量量)VL:(2)输出电流平均值)输出电流平均值(直流分量直流分量)IL:2、主要参数计算:、主要参数计算:本讲稿第十八页,共八十六页(3)流过二极管的平均电流:)流过二极管的平均电流:ID=IL/2=VL/2R
11、L=0.45 V2/RL(4)二极管承受的最高反向电压:)二极管承受的最高反向电压:本讲稿第十九页,共八十六页 整流电路如图所示,变压器整流电路如图所示,变压器副边电压有效值副边电压有效值V220V。画出画出输出电压的波形和平均值、整流二输出电压的波形和平均值、整流二极管的最大整流电流和最高反向工极管的最大整流电流和最高反向工作电压。作电压。220VvLiLRLv2v23、思考、思考本讲稿第二十页,共八十六页4、总结、总结优点:优点:(1)输出电压高;)输出电压高;(2)输出电压脉动较小;)输出电压脉动较小;缺点:缺点:二极管承受的反向电压高二极管承受的反向电压高本讲稿第二十一页,共八十六页三
12、三、单相桥式整流电路单相桥式整流电路+-1、电路结构、工作原理、电路结构、工作原理本讲稿第二十二页,共八十六页+-本讲稿第二十三页,共八十六页纹波直流分量(恒定分量)对输出电压对输出电压vL的分析的分析本讲稿第二十四页,共八十六页(1)输出电压平均值)输出电压平均值(直流分量直流分量)VL:2、主要参数计算:、主要参数计算:本讲稿第二十五页,共八十六页(2)输出电流平均值)输出电流平均值(直流分量直流分量)IL:本讲稿第二十六页,共八十六页(3)纹波系数)纹波系数谐波电压总的有效值直流分量本讲稿第二十七页,共八十六页(4)流过二极管的)流过二极管的平均平均电流:电流:本讲稿第二十八页,共八十六
13、页(5)二极管承受的最高)二极管承受的最高反向电压:反向电压:本讲稿第二十九页,共八十六页(6)脉动系数脉动系数S1用傅氏级数对桥式整流的输出用傅氏级数对桥式整流的输出 vL 分解后可得分解后可得:vL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值本讲稿第三十页,共八十六页单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线。曲线的斜率代表了整流电路的内阻。本讲稿第三十一页,共八十六页若二极管D1接反会如何?D1接反3、思考、思考v正半周时,正半周时,D1 D和和D3 截止,负载中无电流通过,负载两端无
14、电压,截止,负载中无电流通过,负载两端无电压,vL=0。v则负半周时,二极管则负半周时,二极管D2、D1导通,造成电源短路,电流很大,因此导通,造成电源短路,电流很大,因此变压器及变压器及D2、D1 将被烧坏。将被烧坏。本讲稿第三十二页,共八十六页若二极管D1开路会如何?D1开路v正半周时,正半周时,D1和和D3截止,负载中无电流通过,负载两端无电压,截止,负载中无电流通过,负载两端无电压,vL=0。v负半周时,负半周时,D和和D导通,负载中有电流通过,负载电压导通,负载中有电流通过,负载电压vL=v。电路为电路为单相半波整流电路单相半波整流电路。本讲稿第三十三页,共八十六页若二极管D1击穿短
15、路会如何?D1短路v负半周时,情况与负半周时,情况与D接反类似,接反类似,电源及电源及D1或或D也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。本讲稿第三十四页,共八十六页4、桥式整流电路的优点和缺点、桥式整流电路的优点和缺点优点:优点:输出电压高,纹波电压小输出电压高,纹波电压小管子所承受的反向电压低管子所承受的反向电压低电源变压器在正负半周内都有电流供给负载,电源变电源变压器在正负半周内都有电流供给负载,电源变压器得到了充分的应用,效率较高。压器得到了充分的应用,效率较高。缺点缺点:二极管用得较多。二极管用得较多。本讲稿第三十五页,共八十六页整流桥堆整流桥堆集成的桥式整流电路称为整流桥堆。集成
16、的桥式整流电路称为整流桥堆。QL51AGQL62AL(额定电流(额定电流2A,最大反向电压为,最大反向电压为 25V1000V)+-+v2vL+本讲稿第三十六页,共八十六页四、倍压整流电路四、倍压整流电路 利用倍压整流电路可以得到比输入交流电压高很多倍的输出直流电利用倍压整流电路可以得到比输入交流电压高很多倍的输出直流电压。压。本讲稿第三十七页,共八十六页当v2为正半周时,二极管正向偏置导通,v2通过2 向电容器C1充电,在理想情况下,充电至vC1 V2,极性为右正左负。当v2为负半周时,反偏截止,2 正偏导通,电容C2充电,最高可充到vC2 ,极性为右正左负。本讲稿第三十八页,共八十六页 当
17、v2再次为正半周时,、2反偏截止,3正偏导通,电容C3充电,最高可充到vC3 ,极性右正左负。依次类推,若在上述倍压整流电路中多增加几级,就可以得到近似几倍压的直流电压。此时只要将负载接至有关电容组的两端,就可以得到相应的多倍压的输出直流电压。本讲稿第三十九页,共八十六页 在倍压整流电路中,每个二极管承受的最高反向电压为 ;电容C1的耐压应大于 ,其余电容的耐压应大于 。本讲稿第四十页,共八十六页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 经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分,但其经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分,但其脉动较大,需要经过滤波电路消除其脉
18、动成分,使其更接脉动较大,需要经过滤波电路消除其脉动成分,使其更接近于直流。近于直流。滤波的方法一般采用无源元件电容或电感,利用其对电滤波的方法一般采用无源元件电容或电感,利用其对电压、电流的储能作用达到滤波的目的。压、电流的储能作用达到滤波的目的。10.1.2 滤波滤波电路电路本讲稿第四十一页,共八十六页几种滤波电路几种滤波电路(a a)电容滤波电路)电容滤波电路(b b)电感电容滤波电路(倒)电感电容滤波电路(倒L L型)型)(c c)型滤波电路型滤波电路电抗元件电抗元件(C、L)在电在电路中有储能作用,所以路中有储能作用,所以它们具有平波作用。它们具有平波作用。本讲稿第四十二页,共八十六
19、页一、一、电容滤波电路电容滤波电路 其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解电容,该其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解电容,该形式电路多用于小功率电源电路中。形式电路多用于小功率电源电路中。依靠电容的充放电作用可减依靠电容的充放电作用可减小纹波:小纹波:当变压器副边电压小于电容两端电压时,由电容向负载放当变压器副边电压小于电容两端电压时,由电容向负载放电。电。当变压器副边电压大于电容两端电压时,由电压向电容充电,并向当变压器副边电压大于电容两端电压时,由电压向电容充电,并向负载提供电压负载提供电压。电路结构电路结构本讲稿第四十三页,共八十六页(1)空载()空载(RL=)时)时
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