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第十章 直流电源
10.1 直流电源的组成 10.2 整流电路

10.3 滤波电路
10.4 稳压管稳压电路

10.5 串联型稳压电路

10.1 直流电源的组成
直流电源是能量转换电路,将220V(或380V)50Hz的 交流电转换为直流电。

改变电压值 通常为降压 半波整流

交流变脉 动的直流 全波整流

减小脉动

1) 负载变化输出电压 基本不变; 2) 电网电压变化输出 电压基本不变。。

在分析电源电路时要特别考虑的两个问题:允许电网电 压波动±10%,且负载有一定的变化范围。

10.2 整流电路
1. 单相半波整流电路
(1)工作原理
?
? ?

u2

?

u2

?
?

u2的正半周,D导通, A→D→RL→B,uO= u2 。 u2的负半周,D截止,承受反向电压,为u2; uO=0。

(2)UO(AV)和 IL(AV)的估算 已知变压器副边电压有效值为U2
U O(AV)
U O(AV)

1 π ? ?0 2U 2 sin ? td(? t ) 2π
2U 2 ? ? 0.45U 2 π

I L(AV) ?

U O(AV) RL

0.45U 2 ? RL

(3)二极管的选择
U R max ? 2U 2

I D(AV) ? I L(AV)

0.45U 2 ? RL

考虑到电网电压波动范围为 ±10%,二极管的极限参数应满 足: 0.45U 2 ? ? I F ? 1 .1 ? R L ? ?U ? 1.1 2U 2 ? R

2. 单相桥式整流电路
(1)工作原理
?

若接反了呢?

u2

?
?

O

?

uO

四只管子如何接?

u2的正半周 A→D1→RL→D3→B,uO= u2

O

u2的负半周 B →D2→RL→D4→ A,uO= -u2

集成的桥式整流电 路称为整流堆。

(2)估算

U O(AV)

1 π ? ? 2U 2 sin ? td (? t ) π 0
2 2U 2 ? 0.9U 2 π U O(AV) 0.9U 2 ? ? RL RL

U O(AV) ?

I L(AV)

(3)二极管的选择

U R max ? 2U 2 I D(AV) ?

I L(AV) 2

?

0.45U 2 RL

考虑到电网电压波动范围为 ±10%,二极管的极限参数应满 足: 0.45U ?
? I F ? 1 .1 ? R L ? ?U ? 1.1 2U 2 ? R
2

10.3 滤波电路
1. 电容滤波电路
充电
按指数规律下降

(1)工作原理
当 u2 ? uC 时,有一对二极管导通 ,对电容充电, ? 充电非常小。
当 u2 ? uC 时,所有二极管均截止 ,电容通过 RL放电,? 放电 ? RLC。

滤波后,输出电压平均值增大,脉动变小。

(1)工作原理:考虑变压器和整流电路的内阻

C 越大, RL越大, τ放电将越大,曲线越平滑,脉动越小。

(2)二极管的导通角
无滤波电容时θ=π。 有滤波电容时θ < π, 且二极管平均电流增大, 故其峰值很大!

导通角

?脉动 ? ?C ? ? ? ? ? 放电 ?? ?U O(AV) ? ? ?RL ? ? ? ?? ?? iD的峰值 ?

θ小到一定程度,难于选择二极管!

(3)电容的选择及UO(AV)的估算

T 当RLC ? (3~5) 时, U O(AV) ? 1.2U 2。 2

C的耐压值应大于 .1 2U 2。 1

若负载开路 UO(AV)=?

(4)优缺点
简单易行,UO(AV)高,C 足够大时交流分量较小; 不适于大电流负载。

讨论

已知变压器副边电压有效值为10V,电容足够大, 判断下列情况下输出电压平均值UO(AV)≈? 1. 正常工作; 2. C开路; 3. RL开路; 4. D1和C同时开路。

10.4 稳压管稳压电路
1. 输出电压 一、稳压电路的性能指标 2. 输出电流 3. 稳压系数 表明电网电压波动时电路的稳压性能。 在负载电流不变时,输出电压相对变化量与输入电压变 化量之比。 ?U U ?U U
Sr ?
O O

?U I U I

RL

?

O

?U I U O

?

I

RL

4. 输出电阻 表明负载电流变化时电路的稳压性能。 在电网电压不变时,负载变化引起的输出电压的变化量 与输出电流的变化量之比。 ?U
Ro ?
O

?I O

UI

5. 纹波电压 测试出输出电压的交流分量。

二、稳压管稳压电路
1. 稳压管的伏安特性和主要参数
伏安特性 符号
等效电路

稳定电压 UZ:稳压管的击穿电压 稳定电流 IZ:使稳压管工作在稳压状态的最小电流 最大耗散功率 PZM:允许的最大功率, PZM= IZM UZ 动态电阻 rz:工作在稳压状态时,rz=ΔU / ΔI

2. 稳压管稳压电路的工作原理
UI ? UR ?UO I R ? I DZ ? I L

电网电压??UI ??UO ? (UZ ) ?? I DZ ?? I R ??U R ??UO ?

若?U I ? ?U R,则UO基本不变。利用R上的电压变化补偿 I的波动。 U

?RL ?? U O ? (U Z ?) ? I D Z ?? I R ? ? ? ?RL ?? I L ?? I R ? ?
若?I D Z ? ??I L,则U R 基本不变,U O也就基本不变。 利用I D Z的变化来补偿 L的变化。 I

10.5 串联型稳压电路
1. 基本调整管稳压电路
为了使稳压管稳压电路输出大电流,需要加晶体管放大。

I L ? (1 ? ? ) I O

UO ? U Z ? U BE

稳压原理:电路引入电压负反馈,稳定输出电压。

调整管的作用及如何提高稳压性能

U O ? U I ? U CE
不管什么原因引起UO变化,都将通过UCE的调节 使UO稳定,故称晶体管为调整管。 若要提高电路的稳压性能,则应加深电路的负反 馈,即提高放大电路的放大倍数。

2. 具有放大环节的串联型稳压电路
? ? ? ?

同相比例 运算电路

(1)稳压原理:若由于某种原因使UO增大

则 UO↑→ UN↑→ UB↓→ UO↓ (2)输出电压的调节范围
R1 ? R2 ? R3 R ? R2 ? R3 ?U Z ? U O ? 1 ?U Z R2 ? R3 R3

(3)串联型稳压电路的基本组成及其作用
比较放大 调整管 取样电阻

基准电压

调整管:是电路的核 心,UCE随UI和负载 产生变化以稳定UO。 基准电压:是UO的 参考电压。

取样电阻: 对UO 的取样,与基准电压共同决定UO 。 比较放大:将UO 的取样电压与基准电压比较后放大,决定 电路的稳压性能。

集成稳压器(三端稳压器)
1. W7800系列
(1)简介

输出电压:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V 输出电流:1.5A(W7800)、0.5A (W78M00)、0.1A (W78L00)

(2)基本应用
将输入端接整流滤波电路的输出,将输出端接负 载电阻,构成串类型稳压电路。
使Co不通过 稳压器放电

抵销长线电感效应, 消除自激振荡

消除高频噪声

2. 基准电压源三端稳压器 W117
输出电压UREF=1.25V,调整端电流只有几微安。

R2 U O ? (1 ? ) ?U REF R1

讨论:W117的应用
3V ? U I-U O ? 40V 3mA ? I O ? 1.5A
决定于IOmin 两种情况:1.已知UI 1. R1的上限值为多少? 2.自己选取UI 2. UO可能的最大值为多少? 决定于W117的输出 3. 输出电压最小值为多少? 4. UOmax=30V,选取R1、 R2; 根据输出电压表达式 5. 已知电网电压波动±10%,输出电压最大值为30V, UI 至少取多少伏? 输入电压最低、输出电压最高时,

UI-UO>3V。


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