电路与模拟电子技术_第9章.pptx
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1、电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术课程讲义课程讲义第第9章章 直流电源直流电源本章教学内容本章教学内容29.1 整流滤波电路整流滤波电路9.2 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路9.3 串联型线性稳压电路串联型线性稳压电路9.4 集成稳压电路集成稳压电路9.5 开关型稳压电路开关型稳压电路本章概述本章概述3u直流电源基本组成直流电源基本组成本章将逐一介绍整流滤波电路、稳压二极管稳压电路、串联型本章将逐一介绍整流滤波电路、稳压二极管稳压电路、串联型线性稳压电路和开关型稳压电路的工作原理及应用。线性稳压电路和开关型稳压电路的工作原理及应用。9.1 整流滤波电路整流滤波电路4u在第在第5章中已介
2、绍了常见的二极管整流电路,性能列于表章中已介绍了常见的二极管整流电路,性能列于表9-1-1。u单相半波整流电路的输出电压脉动较大,变压器利用率低。单相半波整流电路的输出电压脉动较大,变压器利用率低。u全波整流电路要求变压器有中间抽头,体积增大,而且在输出全波整流电路要求变压器有中间抽头,体积增大,而且在输出相同平均电压的情况下,整流二极管承受的最大反向电压最高。相同平均电压的情况下,整流二极管承受的最大反向电压最高。u桥式整流电路优势明显,它的输出平均电压高、脉动小,整流桥式整流电路优势明显,它的输出平均电压高、脉动小,整流管所承受的最大反向电压低,因此,桥式整流电路得到了颇为管所承受的最大反
3、向电压低,因此,桥式整流电路得到了颇为广泛的应用。广泛的应用。但是桥式整流不能实现交直流共地。但是桥式整流不能实现交直流共地。单相半波整流单相半波整流5U0=0.45U2单相桥式整流单相桥式整流6U0=0.9U29.1 整流滤波电路整流滤波电路7u桥式整流电路使用二极管的数量相对较多,但目前已有现成的桥式整流电路使用二极管的数量相对较多,但目前已有现成的整流桥产品来代替整流桥产品来代替4个分立元件,对外只有个分立元件,对外只有4个引出端,其中两个引出端,其中两端为单相交流电压输入端(标端为单相交流电压输入端(标“”符号),另外两端是整符号),另外两端是整流电压输出的正、负极(分别标流电压输出的
4、正、负极(分别标“+”“-”)9.1.2 滤波电路滤波电路整整流流输输出出的的单单向向脉脉动动电电压压虽虽然然没没有有极极性性的的变变化化,但但是是,电电压压数数值值起起伏伏较较大大,含含有有较较大大的的交交流流成成分分。全全波波整整流流波波形形的的傅傅里里叶级数为叶级数为这这种种单单向向脉脉动动直直流流电电压压除除了了直直流流成成分分,还还含含有有大大量量的的谐谐波波成成分分,并并不不能能向向大大多多数数电电子子设设备备提提供供可可用用的的直直流流电电压压。滤滤波波电电路路就就是是尽尽量量滤滤除除掉掉交交流流谐谐波波分分量量,保保留留直直流流成成分分,得得到到较较平平稳稳的的直直流流电电压压
5、。因因而而大大多多数数整整流流电电路路都都加加有有电电源源滤滤波波电电路路。常常用用的的滤滤波波电电路路有有电电容滤波、电感滤波和容滤波、电感滤波和型滤波。型滤波。89.1.2 滤波电路滤波电路(续(续1)u电容滤波电路电容滤波电路iD+uo_ +u1_+u2_RLCiC+io电容滤波电路是依据电容两端电压不能突变的特性而工作的。电容滤波电路是依据电容两端电压不能突变的特性而工作的。1、半波整流电半波整流电容滤容滤波波u20整流整流输出输出0uo0t1t2t3uo=uCt499.1.2 滤波电路滤波电路(续(续2)半波整流半波整流滤滤波电路波电路负载负载电压电压平均值平均值Uo近似为:近似为:
6、滤滤波电波电容容用电用电解解电电容,容,电电容器耐容器耐压压应应大大于于二极二极管管所承受所承受的的反向反向电压电压最最大大值为:值为:当当RL=(空载)时,输出空载)时,输出电压的电压的平均值为:平均值为:随着负载随着负载的的增加(增加(RL减小),减小),放电放电加快,加快,Uo也下降,带负载也下降,带负载能力较差。能力较差。uo0t1t2t3uo=uCt4iD+uo_ +u1_+u2_RLCiC+io109.1.2 滤波电路滤波电路(续(续3)利利用用Multisim观察观察半波整流电半波整流电容滤容滤波波工工作波作波形形117.3 电源滤波电路电源滤波电路(续(续4)12u桥式全波整流
7、电容滤波桥式全波整流电容滤波负载负载电电阻两端没阻两端没有有并并联电联电容容C时。输出时。输出电压波电压波形为形为u0 t0uo tO整流电路的整流电路的脉动脉动输出输出电流电流负负载载电电阻阻两两端端并并联联电电容容C后后。且且RLC较较大大时时,若若忽忽略略整整流流电电路路的的内内阻阻,输输出出电压波电压波形变为形变为电电容通过容通过RL放电放电,在,在整流电路电压整流电路电压小于小于电电容容电压电压时,二极时,二极管管截止,截止,整流电路整流电路不为不为电电容充容充电电,uo会逐渐下降。会逐渐下降。只只有整流电路有整流电路输出输出电压大电压大于于uo的的时间区间,才时间区间,才有有充充电
8、电流电电流。因。因此整流电路的此整流电路的输出输出电流电流是脉冲是脉冲波波。9.1.2 滤波电路滤波电路(续(续5)如果考虑如果考虑整流电路整流电路内阻,内阻,电电容充容充电电时,时,电电容容电压电压滞后于滞后于u2整流电路的整流电路的脉动脉动输出输出电流电流uo tORLC越小,越小,电电容容放电放电越快,输出越快,输出电压电压越低。越低。139.1.2 滤波电路滤波电路(续(续6)利利用用Multisim观察观察桥式桥式全全波整流电波整流电容滤容滤波波工工作波作波形形149.1.2 滤波电路滤波电路(续(续7)15一般取一般取(T 为为电源电压的电源电压的周期周期)近似估算近似估算:半波整
9、流半波整流Uo=1.0U2;全;全波整流波整流Uo=1.2U2(2)(2)流流过二极过二极管管瞬时瞬时电流电流很很大大RLC越越大大Uo o越高越高,负载负载电流的电流的平均值越平均值越大大整流整流二极二极管管导导电电时间越短时间越短ID D的的峰值峰值电流电流越越大大选择整流选择整流二极二极管管时,取时,取n 电电容滤容滤波电路的波电路的特点:特点:(1)输出输出电压电压Uo与时间常数与时间常数RLC有有关关RLC愈愈大大电电容器容器放电放电愈慢愈慢Uo(平均值平均值)愈愈大大,单相桥式整流电路单相桥式整流电路带带电电容滤容滤波波后,二极后,二极管管所受所受的的最高反向最高反向电压电压同无同
10、无电电容滤容滤波波时一时一样样,仍然为仍然为9.1.2 滤波电路滤波电路(续(续8)(3)输出输出的直流电压的直流电压平均值受负载平均值受负载的的影响较影响较大大。输出特性输出特性(外特性外特性):):Uo电电容容滤滤波波纯纯电电阻负载阻负载1.4U20.9U20IL在空载(在空载(RL=)和忽略二极和忽略二极管管正向正向压压降时,降时,Uo=1.4U2,随负,随负载增加,载增加,Uo下降,外特性如图。下降,外特性如图。电电容滤容滤波电路波电路适适用用于输出于输出电压电压较高较高,负载负载电流电流较小且负载变动不较小且负载变动不大的大的场合。场合。169.1.2 滤波电路滤波电路(续(续9)1
11、7u电感滤波电感滤波电路电路结构构:在在桥式整流式整流电路与电路与负载间串入一串入一电电感感 L 就构成了就构成了电电感感滤波波电路电路。(1)滤)滤波波原理原理对对直流直流分量分量(f=0):XL=0 相相当于当于短短路路,电压电压大大部分降部分降在在RL上。对谐上。对谐波波分量:分量:f 越越高,高,XL 越越大大,电压大电压大部分降在部分降在XL 上。上。因因此此,在在输出端得到比较平滑输出端得到比较平滑的的直流电压直流电压:Uo=0.9U2(2)电电感滤感滤波的波的特点特点整流管整流管导导电电角角较较大大,峰值,峰值电流电流很很小,输出特性小,输出特性比较比较平坦,适平坦,适用用于于低
12、低电压大电流电压大电流(RL较小较小)的的场合场合。缺点:缺点:电电感感铁心铁心笨重,体积笨重,体积大大,易,易引起引起电电磁干扰。磁干扰。9.1.2 滤波电路滤波电路(续(续10)18u电感电容电感电容(LC)滤波滤波将将电电感滤感滤波波和和电电容滤容滤波组波组合起来就构合起来就构成电成电感感电电容滤容滤波电路波电路。由于由于电电感感的的存在,脉动存在,脉动电压的电压的交交流流分量主要降落在分量主要降落在电电感上,感上,而而直流直流分量加在分量加在电电容容电电阻阻的的并并联联回回路中路中,再进一步滤去交,再进一步滤去交流流分分量,可以得到较为平量,可以得到较为平直的直流直的直流输出输出电压电
13、压。这种滤这种滤波电路波电路对于对于大大、小负载均适合,主要、小负载均适合,主要用用于要求输出于要求输出电压电压脉动小脉动小的的场合。场合。9.1.2 滤波电路滤波电路(续(续11)19u电阻电容电阻电容(RC)滤波滤波由由于于电电感感线线圈圈一一般般有有铁铁心心,体体积积大大,重重量量重重,制制作作和和安安装装都都不不方方便便,又又只只适适用用于于大大电电流流场场合合,所所以以一一般般小小功功率率和和小小电电流流的的场场合往往采合往往采用电用电阻阻电电容滤容滤波波。对对直流直流分量而言,分量而言,电电容容相相当于开当于开路路,负载上,负载上的直流的直流电压电压为为对于各次交对于各次交流流分量
14、,只要分量,只要电电容取得足够容取得足够大大,就能获得比较理想,就能获得比较理想的的滤滤波波效果。通常取效果。通常取9.1.2 滤波电路滤波电路(续(续12)20uRC-型滤波型滤波由于由于电电阻阻R 的的存在,损存在,损失了部分失了部分电压电压,输出,输出直直流电压流电压比比电电容滤容滤波波小,小,所以所以电电阻阻R 不能取得太不能取得太大大(一般取(一般取100 左右)。左右)。RC-型型滤滤波波是在是在电电容滤容滤波的基波的基础上,再增加了一级础上,再增加了一级RC低通低通滤滤波电路波电路,所以,滤,所以,滤波波效果比效果比电电容滤容滤波波好。好。RC-型型滤滤波波输出输出电压直流电压直
15、流分量:分量:采采用半波整流电用半波整流电容滤容滤波波:采采用用全全波整流电波整流电容滤容滤波波:Uo1.0UUo1.2U9.1.2 滤波电路滤波电路(续(续13)21uLC-型滤波型滤波由于不存在由于不存在电电阻阻R 损失损失电压电压,输出,输出直流电压直流电压比比RC-型型滤滤波大波大。LC-型型滤滤波波是在是在电电容滤容滤波的基波的基础上,类似础上,类似RC-型型滤滤波波再增加再增加了一级了一级LC低通滤低通滤波电路波电路滤滤波波效果比效果比电电容滤容滤波波好。好。LC 型型滤滤波波输出输出电压直流电压直流分量:分量:采采用半波整流电用半波整流电容滤容滤波波:采采用用全全波整流电波整流电
16、容滤容滤波波:Uo1.0UUo1.2U9.2 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路22整流输出电压虽然经过滤波电路滤波,可以得到波动较小的直整流输出电压虽然经过滤波电路滤波,可以得到波动较小的直流输出电压,但是,如果输入交流电源电压发生波动,或负载电流输出电压,但是,如果输入交流电源电压发生波动,或负载电流发生变动(这种情况经常出现),输出的直流电压就可能产生流发生变动(这种情况经常出现),输出的直流电压就可能产生变化。稳压电路的功能,就是在输入交流电源电压波动、负载变变化。稳压电路的功能,就是在输入交流电源电压波动、负载变化时,使输出直流电压保持恒定。化时,使输出直流电压保持恒定。稳压电路稳
17、定输出直流电压的基本思想是:在输出直流电压时,稳压电路稳定输出直流电压的基本思想是:在输出直流电压时,在电路中设置一个吸收波动成分的元件(调整元件),当电源电在电路中设置一个吸收波动成分的元件(调整元件),当电源电压或负载波动时,调整元件将根据输出直流电压的变动情况,确压或负载波动时,调整元件将根据输出直流电压的变动情况,确定调整方向和大小,以保证输出的直流电压不发生变化。定调整方向和大小,以保证输出的直流电压不发生变化。9.2 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路(续(续1)u稳压电源质量指标稳压电源质量指标输出输出电压电压输出输出电压电压变化量变化量输入输入调整调整因数因数电压调整电压调整
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