第十章 直流電源

1、一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能二、單相整流電路二、單相整流電路三、濾波電路三、濾波電路四、穩(wěn)壓電路四、穩(wěn)壓電路五、集成穩(wěn)壓電源五、集成穩(wěn)壓電源第七章直流穩(wěn)壓電源第七章直流穩(wěn)壓電源 電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電變?yōu)楹线m的交流電壓壓u2。 整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓u3。 濾波電路濾波電路: 將脈動直流電壓將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷鹤優(yōu)槠交闹绷麟妷簎4。 穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: 清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響，保持輸清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響，保持輸出電壓出電壓u

2、o的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo單相單相三相三相二極管二極管可控硅可控硅橋式橋式倍壓整流倍壓整流半波半波全波全波本課主要介紹：本課主要介紹：單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。整流電路分類：整流電路分類：整流電路的任務(wù)：整流電路的任務(wù)：二、單相整流電路二、單相整流電路1.單相半波整流電路單相半波整

3、流電路二極管導(dǎo)通，忽略二二極管導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，極管正向壓降， uo=u2u1u2aTbDRLuo為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即為分析簡單起見，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。二極管截止二極管截止, uo=0+io+u2 0 時時:u20 時時D1,D4導(dǎo)通導(dǎo)通D2,D3截止截止電流通路電流通路:a D1RLD4bu20 時時D2,D3導(dǎo)通導(dǎo)通D1,D4截止截止電流通路電流通路:b D2RLD4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D

4、2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值：整流輸出電壓平均值： Uo=0.9U2負(fù)載電流平均值負(fù)載電流平均值:Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二極管平均電流：二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2ttuD2,uD3uD1,uD4tuo集成硅整流橋：集成硅整流橋：u2uo+ +- +4. 整流電路的主要參數(shù)整流電路的主要參數(shù) 負(fù)載電壓負(fù)載電壓 Uo的平均值為的平均值為:( )=ootduU2021負(fù)載上的負(fù)載上的(平均平均)電流電流:LoRUIo=(1)整流輸出電壓的平均值整流輸出電壓的平均值uo 2 0 tS定義：定義：整流輸

5、出電壓的基波峰值整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與與Uo平均值平均值之比。之比。S越小越好。越小越好。2. 脈動系數(shù)脈動系數(shù)6703222324221.UUUUSoMo=用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo=uo 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值輸出電壓平均值輸出電壓平均值平均電流平均電流(ID)與反向峰值電壓與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管是選擇整流管的主要依據(jù)。的主要依據(jù)。oDII21=22UURM=例如：例如： 在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導(dǎo)在橋式整流電路中，每個二極

6、管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流通。因此，流過每只整流二極管的平均電流 ID是負(fù)是負(fù)載平均電流的一半。載平均電流的一半。二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：(3)二極管平均電流與反向峰值電壓二極管平均電流與反向峰值電壓（選購時：二極管額定電流（選購時：二極管額定電流 2ID)（選購時：（選購時：最大反向電壓最大反向電壓 2URM)三、濾波電路三、濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點濾波電路的結(jié)構(gòu)特點: 電容與負(fù)載電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或并聯(lián)，或電感與負(fù)載電感與負(fù)載RL串聯(lián)。串聯(lián)。交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電

7、壓RLLRLC1. 電容濾波電路電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。其電路如圖所示。(1)電容濾波原理電容濾波原理a橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL未接入時未接入時(忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)設(shè)t1時刻接時刻接通電源通電源t1整流電路為整流電路為電容充電電容充電充電結(jié)束充電結(jié)束沒有電容沒有電容時的輸出時的輸出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入（且接入（且RLC較大）時較大）時 (忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻)u1u2u1b

8、D4D2D1D3RLuoSCu2tuot無濾波電容無濾波電容時的波形時的波形加入濾波電容加入濾波電容時的波形時的波形uotu2上升，上升， u2大于電容大于電容上的電壓上的電壓uc，u2對電容充電，對電容充電，uo= uc u2u2下降，下降， u2小于電容上的電壓。小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。二極管承受反向電壓而截止。電容電容C通過通過RL放電，放電， uc按指數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù) = RL Cu2tuot只有整流電路輸出只有整流電路輸出電壓大于電壓大于uc時，才時，才有充電電流。因此有充電電流。因此二極管中的電流是二極管中的電流是脈沖波。脈沖波。二極

9、管中的二極管中的電流電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot電容充電時，電容充電時，電容電壓滯后電容電壓滯后于于u2。RLC越小，輸越小，輸出電壓越低。出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接入（且RLC較大）時較大）時 (考慮整流電路內(nèi)阻考慮整流電路內(nèi)阻)一般取一般取)105(TCRL=(T:電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) 流過二極管瞬時電流很大流過二極管瞬時電流很大RLC 越大越大 Uo越高越高負(fù)載電流的平均值越大負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時間越短整流管導(dǎo)電時間越短 iD的

10、峰值電流越大的峰值電流越大(2)電容濾波電路的特點電容濾波電路的特點(a) 輸出電壓輸出電壓 平均值平均值Uo與時間常數(shù)與時間常數(shù) RLC 有關(guān)有關(guān)RLC 愈大愈大 電容器放電愈慢電容器放電愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c) 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓22UURM=2. 電感濾波電路電感濾波電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLuo電感濾波原理電感濾波原理對諧波分量對諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電壓大部分降在XL上。上。 因此，

11、因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：u2u1RLLuo對直流分量對直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上上3. RC 型型濾波器濾波器改善濾波特性的方法：改善濾波特性的方法：采取多級濾波采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型型濾波器濾波器將將RC 型型濾波器中的電阻換為電感，濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)樽優(yōu)長C 型型濾波器濾波器四、穩(wěn)壓電路四、穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用穩(wěn)壓電路的作用: :交流交流電壓電

12、壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的有波紋的直流電壓直流電壓穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流直流電壓電壓穩(wěn)壓電源類型穩(wěn)壓電源類型:以下主要討以下主要討論線性穩(wěn)壓論線性穩(wěn)壓電路。電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型開關(guān)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) )電路最簡單，電路最簡單，但是帶負(fù)載能但是帶負(fù)載能力差，一般只力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使不作為電源使用。用。效率較高，效率較高，目前用的也目前用的也比較多，但比較多，但因?qū)W時有限，因?qū)W時有限，這里不做介這里不做介紹。紹。1. 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的主要性

13、能指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) S（越小越好）（越小越好）穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動時對穩(wěn)壓電路的影反映電網(wǎng)電壓波動時對穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時，輸出電壓的相對變化響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。量與輸入電壓的相對變化量之比。IIooUUUUS=(2)輸出電阻輸出電阻Ro （越小越好）（越小越好）輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時輸出電壓變化量與輸出定義為當(dāng)輸入電壓固定時輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實際上就是電源戴維南等效電流變化量之比。它實際上就是電源戴維

14、南等效電路的內(nèi)阻。電路的內(nèi)阻。2. 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路(1)電路結(jié)構(gòu)的一般形式電路結(jié)構(gòu)的一般形式串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成：串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成：（1）基準(zhǔn)電壓；）基準(zhǔn)電壓； （2）比較放大；）比較放大；（3）輸出電壓取樣電路；（）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件）調(diào)整元件UOT+_UI比較放大比較放大基基 準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓Uo取樣取樣URFUORL調(diào)整元件調(diào)整元件+ 因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為：為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為： 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使若因輸入電壓變化

15、或負(fù)載變化而使UO加大加大,比較放大電路使比較放大電路使UB1變小變小,從而使從而使UO降低降低.UOT1+_UI比較放大比較放大基基 準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓Uo取樣取樣URFUORL調(diào)整元件調(diào)整元件+UB1+UIUoRLR3比較放大比較放大T1調(diào)整管調(diào)整管R3 、 T2比較放大比較放大R1 、 RW 、R2采樣電阻采樣電阻R 、 UZ基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓(2)一種實際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源一種實際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2 （UB1 ）Uo當(dāng)當(dāng) UI 增加或輸出電流減小使增加或輸出電流減小使 Uo

16、升高時升高時R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2 （UB1 ）(3) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍因為：因為：OU2BEZUU+22WRR+21WRRR+=()22221BEZWWOUURRRRRU+=所以：所以：2221ZWWURRRRR+=忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k ，求，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+

17、=4=6V4.74.7+=4.74.7+ 4.7221ZWOmaxURRRRU+=4=12V4.74.7+=4.74.7(4) 實際的穩(wěn)壓電源采取的改進措施實際的穩(wěn)壓電源采取的改進措施1. 比較放大級采用差動放大器或集成運放比較放大級采用差動放大器或集成運放2.2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管調(diào)整管采用復(fù)合三極管3. 采用輔助電源采用輔助電源(比較放大部分的電源比較放大部分的電源)4. 用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益5. 內(nèi)部加短路和過熱保護電路內(nèi)部加短路和過熱保護電路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成化集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源五、集成穩(wěn)壓電源五、集成穩(wěn)壓電源特點：體積小特點：體積小,可靠性高可靠性高,使用靈活使用靈活,價格低廉價格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路類型：類型：W7800系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓W7805 輸出輸出+5V W7809 輸出輸出+9V W7812 輸出輸出+12V W7815 輸出輸出+15V W7900系列系列 穩(wěn)定負(fù)電壓穩(wěn)定負(fù)電壓W7905 輸出輸出-5V W7909 輸出輸出-9V W7912 輸出輸出-12V W7915 輸出輸出-15V1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端W7800系列穩(wěn)