第10章直流电源2012复习.ppt
第十章 直流电源,10.1 直流电源的组成及各部分作用,10.2 整流电路,10.3 滤波电路,10.4 稳压二极管稳压电路,10.5 串联型稳压电路,10.6 开关型稳压电路,本章重点和考点：,1.重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算 。,2.掌握串联型稳压电路原理。,10.1 直流电源的组成及各部分的作用,图 10.1.1 直流稳压电源的方框图,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,负载,稳压电路:稳定输出电压，即当电源电压，负载和环境温度在一定范围内变化时，稳压电路能自动的调节使输出的直流电压基本保持不变。,变压器：变压(通常是降压)和隔离。,整流电路：是将交流电转换为脉动的直流电。,滤波电路：是将脉动直流中的交流成分尽可能滤除，使输出电压变得平滑。,10.2 整流电路,10.2.1 整流电路的分析方法及其基本参数,优点：使用元件少。,缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。,图 10.2.2,一、工作原理,图 10.2.1单相半波整流电路,二、主要参数,1.输出电压平均值 UO(AV),输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值,2.负载电流的平均值,3.脉动系数,三、二极管的选择,根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。,二极管的正向电流等于负载电流平均值,二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压,对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。,10.2.2 单相桥式整流电路,图 10.2.4单向桥式整流电路,图 10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法,一、单向桥式整流 电路的组成,在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路,二、工作原理,1. u2 0时，电流由+流出，经 D1、RL、D2流入-。,2. u2 0时，电流由-流出，经 D3、RL、D4流入+。,图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图,三、输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV),脉动系数：,四、二极管的选择,每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。,二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压,对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。,10.2.2 单相桥式整流电路,桥式整流电路的特点,优点：输出电压高，纹波较小，管子所承受的最大反向电压较低，变压器全程给负载提供电流，使用效率高。,缺点：二极管用得过多。目前已有整流桥堆出售。,几种常见的硅整流桥外形：,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联， 或电感与负载RL串联。,交流 电压,脉动 直流电压,直流 电压,10.3 滤波电路,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,10.3.1 电容滤波电路,图 10.3.1(a) 滤波电路,滤波电路,滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。,电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。,滤波电路输出电压波形,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,（电容器的充、放电）,RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,uc,RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),无滤波电容 时的波形,加入滤波电容 时的波形,充电,放电,u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2 时间常数 = (RL / Rint ) C,u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数 = RL C,放电时间常数远远大于充电时间常数， 滤波效果取决于放电，其值愈大，滤波效果愈好。,二、输出电压平均值,当负载开路时,当RLC（35)T/2时,考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于,三、脉动系数 S,约为 10% 20%,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,充电电流,四、整流二极管的导通角,二极管的导通角 ,例：桥式整流电容滤波电路如图所示，已知有效值U2=20V，RL=50 ，C=1000F，先用直流电压表测得RL两端电压UO，如出现下列情况，分析哪些正常，哪些不正常，并说明原因。, UO =28V UO =18V UO =24V UO =9V,图 10.3.1(a) 滤波电路,10.4 稳压二极管稳压电路,10.4.1 稳压管稳压电路的组成,整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因： ·负载变化； ·电网电压波动。,图10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路,两个基本公式,稳压管的伏安特性:,图10.4.2稳压管的伏安特性,在稳压管稳压电路中，只要使稳压管始终工作在稳压区，保证稳压管的电流：IZIDZIZM,输出电压UO就基本稳定。,10.4.2 稳压原理,1. UI 不变，RL 减小,RL,IL,UR,UO,IZ,IR=IL+IZ,基本不变,2. RL 不变， UI 升高,UI,UO,IZ,UR,UO=UI - UR,基本不变,UO,UO,·电网电压波动； ·负载变化。,稳压电路应从以下二个方面考察其稳压特性,IL,综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。,10.4.3 稳压电路的性能指标,(1) 稳压系数 Sr,负载固定时输出电压的相对变化量与稳压电路输入电压(经整流滤波后的电压)的相对变化量之比,它反映了电网电压波动对输出的影响.,输出电阻反映了稳压输出受负载变化的影响,(2) 稳压电路的输出电阻,稳压管稳压电路,1. 稳压系数:,2. 输出电阻:,注意限流电阻的选择，电网电压最高且负载电流最小时，IZ不能超过IZmax。 电网电压最低且负载电流最大时，IZ不能低于IZmin 。,稳压管稳压电路的缺点：输出电流及其调节范围小,10.4.4 电路参数的选择,在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压UO，负载电流IL的最小值ILmin和最大值ILmax，输入电压UI的波动范围。,1.稳压电路输入电压UI的选择,UI （23） UO,2.稳压管的选择,UZ UO,IZMIZ ILmaxILmin,IZM ILmax+ IZ,10.5 串联型稳压电路,稳压二极管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调。,串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入电压负反馈使输出电压稳定；可通过改变反馈网络的参数使输出电压可调。,10.5.1 串联型稳压电路的工作原理,一、基本调整管电路,基本调整管电路,图10.5.1(b) 加晶体管扩大负载电流的变化范围稳压电路,图10.5.1(c)常见画法的稳压电路,T的工作电源为UI ，不稳定,“输入信号”为稳定电压UZ,在UI变化或负载电阻RL变化时，输出电压基本不变。,稳压原理：晶体管的调节作用，T应工作在放大状态。,调整管与负载串联,串联型稳压电源电路,调整管工作在线性区,线性稳压电源电路,二、具有放大环节的串联型稳压电路,基本调整管稳压电路输出电压仍不可调节，且输出电压将因UBE的变化而变化，稳定性较差。,1.电路的构成,图 具有放大环节的串联型稳压电路,电路组成 (b)常见画法,采样电路：R1、 R2、 R3 ；,比较放大电路：A；,基准电压电路：由R 、VDZ 提供。,调整管：VT；,2.稳压原理,UI, UO, UF, UId, UBE, IC,UCE,UO,图10.5.2 具有放大环节的串联型稳压电路,动画avi16-1.avi,3.输出电压的可调范围,由于 U+ = U- ，UF = UZ， 所以,当 R2 的滑动端调至最上端时， UO 为最小值:,当 R2 的滑动端调至最下端时，UO 为最大值:,则：,图 10.5.2 串联型直流稳压电路,例：已知变压器副边u2的有效值为16V。稳压管的稳定电压UZ+5.3V，晶体管的UBE1UBE2=0.7V，R1300，R2200，R3300。 估算电容C1上的电压UI=？(2分) 估算输出电压的可调范围。(6分),解： 估算C1上的电压UI UI1.2U2=1.2×16=19.2V 估算输出电压的可调范围,输出电压的可调范围:9.6V16V。,10.15 直流稳压电源如图P10.15所示 （1）说明电路的整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成。 （2）标出集成运放的同相输入端和反相输入端。,解：（1）整流电路：D1D4；滤波电路：C1；调整管：T1、T2；基准电压电路：,、R、DZ；比较放大电路：A；取样电路：R1、R2、R3。 （2）为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端上为“”下为“”。 （3）输出电压的表达式为,例：一直流稳压电源如图所示：变压器副边电压稳压管Dz的稳压值Uz8V，R1K，RL1K。,求: a.开关K1、K2都打开时，Uo 伏，UL 伏 二极管UDRM 伏 b.开关K1闭合、K2打开时，Uo 伏，UL 伏 二极管UDRM 伏 c.开关K1、K2都闭合时，Uo 伏，UL 伏,
