第八章直流電源本章主要教學(xué)內(nèi)容

1、第八章直流電源本章主要教學(xué)內(nèi)容1、直流電源的組成及各部分的作用；2、整流電路的工作原理及其主要參數(shù)計(jì)算；3、各種濾波電路的工作原理和性能特點(diǎn)；4、各種穩(wěn)壓電路的工作原理、性能特點(diǎn)和使用。本章課時(shí)分配本章分為3講，每講2學(xué)時(shí)。第二十講 直流電源的概述及單相整流電路一、主要內(nèi)容1、直流電源的作用電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中，大部分電子儀器設(shè)備、 家用電器、計(jì)算機(jī)都需要把交流電源變換為直流穩(wěn) 壓電源。2、直流電源的定義將頻率為50Hz、有效值為220V的交流電壓轉(zhuǎn)換為電壓幅值為幾伏到幾十伏、輸出電 流為幾安以下的單相小功率直流穩(wěn)壓電源3、

2、直流電源的組成及各部分作用直流電源由變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四個(gè)部分組成，它的方框圖如P407圖9.1所示；其中變壓器是把有效值為220V的交流電壓變換為幅值為幾伏到幾十伏的交流電；整流電路是將交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直流電；濾波電路是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分；穩(wěn)壓電路對(duì)整流后的直流電壓采用穩(wěn)壓及負(fù)反 饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。4、半波整流電路的組成及工作原理分析1)半波整流電路如 P409圖9.2所示。2)工作原理分析：U2正半周，二極管 D導(dǎo)通，產(chǎn)生電流從 A點(diǎn)流出，經(jīng)過(guò)二極管 D和負(fù)載電阻rl流入B點(diǎn)，U0=U2； U2負(fù)半周，二極管 D截

3、止，無(wú)電流產(chǎn)生，uo=0。5、半波整流電路基本參數(shù)的含義及其計(jì)算1)輸出電壓平均值 UO(AV)：負(fù)載電阻上電壓的平均值1 '.2U O(AV)2U 2 sin td( t) U20.45U22九0兀2)輸出電流平均值Io(av):流過(guò)負(fù)載電阻上電壓的平均值I O(AV)3)脈動(dòng)系數(shù)U O1MU O(AV)U O(AV)0.45U2RlRlS:最低次諧的幅值與輸出電壓平均值之比U22U21.57<2 /氏 24)二極管的平均電流Id(av):等于負(fù)載電流的平均值Io (av)0.45V2I D(AV) I O(AV)RL5)二極管所承受的最大反向電壓Urmax：:U Rmax &

4、#39; 2U 26、全波橋式整流電路的組成及工作原理分析1）全波橋式整流電路如P412圖9.4所示。2 2U 20.9U 2冗U O(AV) 0.9U2Rl-rT0.672）工作原理分析：U2正半周，二極管 D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止，產(chǎn)生電流從 A點(diǎn) 流出，經(jīng)D1、Rl、D3流入B點(diǎn)，uo=u2； U2負(fù)半周，二極管 D2、D4導(dǎo)通，D1、D3 截止，產(chǎn)生電流從 B點(diǎn)流出，經(jīng)D2、Rl、D4流入A點(diǎn)，Uo=-U2。7、全波橋式整流電路參數(shù)計(jì)算1）輸出電壓平均值 Uo（AV）：1" LUo（av） .2U2Sin td（ t）九oI O（AV）2）輸出電流平均值Io（av）：Q

5、U oim2S -3）脈動(dòng)系數(shù)S:Uo（av）3I D(AV)0.45V2Rl4）二極管的平均電流Id（av）：等于負(fù)載電流的平均值Io（AV）一半5）二極管所承受的最大反向電壓Urmax :Rmax2比、本講重點(diǎn)直流電源的組成及其各個(gè)部分的作用：重點(diǎn)講清各部分作用及其構(gòu)造思想。全波橋式整流電路的工作原理分析：重點(diǎn)講清電路在電源正負(fù)半周兩種情況下四個(gè)二極管的導(dǎo)通截止情況、電流的流向。三、本講難點(diǎn)整流電路基本參數(shù)的計(jì)算：可只講參數(shù)的含義和計(jì)算方法，可不作仔細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)。四、教學(xué)組織過(guò)程本講以講授為主，介紹直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用，分析整流電路的工作原理，強(qiáng)調(diào)對(duì)輸出電壓及電流的平均值如何估

6、算。五、課后習(xí)題見(jiàn)相應(yīng)章節(jié)的“習(xí)題指導(dǎo)”。第二十九 講濾波電路和穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、主要內(nèi)容1、濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器c對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以 C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器 L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因 此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。2、電容濾波電路現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來(lái)說(shuō)明。電容濾波電路如圖所示， 在負(fù)載電阻上并聯(lián)了 一個(gè)濾波電容 Co圖電容濾波電路1)濾波原理若V2處于正半周，二極管 D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓 V2給電容器C充電。此時(shí) C 相當(dāng)于并聯(lián)在V2上，所以輸出波形同 V2 ,是正弦波。當(dāng)V2到達(dá)t= /2時(shí)，開(kāi)始下

7、降。先假設(shè)二極管關(guān)斷， 電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載 Rl 放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過(guò) t= /2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所 以剛過(guò)t= /2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過(guò) t= /2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來(lái)越 快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t2到t3時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，C充電，Vi=Vo按正弦規(guī)律變化；ti到t2時(shí)刻二極管關(guān)斷，Vi=Vo按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間 常數(shù)為RlC。電容濾波過(guò)程見(jiàn)圖 9.8(b)(c)。2)電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：

8、Vo2V2(1一種是用鋸齒波近似表示，即4RLCT另一種是在RlC= (3 5) 2的條件下，近似認(rèn)為 Vo=1.2V2。 3整流濾波電路中，輸出直流電壓Vo隨負(fù)載電流Io的變化關(guān)系曲線如圖名稱(chēng)Vo(空載)VO(W)二極管反向最大 電壓每管平均電流半波整流72V20.45V272V2Io全波整流、 電容濾波%'2V2*1.2V22,5v20.5Io橋式整流、 電容濾波V2V2*1.2V2向20.5Io橋式整流、 電感濾波V2V20.9V2V2V20.5Io3、電感濾波電路利用儲(chǔ)能元件電感器 L的電流不能突變的性質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載 Rl相串聯(lián), 也可以起到濾波的作用。橋式整流電

9、感濾波電路和電感濾波的波形圖如圖所示。當(dāng)V2正半周時(shí)，Di、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后 72。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，電感中的電流將更換經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對(duì)稱(chēng)性和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管Di、D3； D2、D4的導(dǎo)電角都是180°。圖電感濾波電路的波形圖4、引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化，見(jiàn)下圖。 負(fù)載電流的變化會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。 即Vo = f(Vi,Io)圖穩(wěn)壓電源方框圖蠣流慮坡中珞5、硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1）穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的電路圖如圖9.17所示。它是利

10、用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。a.輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知Vo=Vz=Vi Vr Vi IrR1 R = 1 L + 1 Z輸入電壓V|的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，|R增加，使Vr增加,從而使輸出電壓Vo減小。這一穩(wěn)壓過(guò)程可概括如下：VI VoT f Vz IzT - IrTfVr VoJ這里Vo減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓Vi的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使Vo的增加沒(méi)有那么大而已。Vo還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。b負(fù)載電流變化時(shí)如何穩(wěn)壓負(fù)載電流Io的增加，必然引起Ir的增加，即V

11、r增加，從而使 Vz=Vo減小，Iz減小。Iz的減小必然使Ir減小，Vr減小，從而使輸出電壓 =Vo增加。這一穩(wěn)壓過(guò)程可概括如下：Io-IrT -VrT -VzJ (VoJ) - Iz Ir J-Vr J-Vo T2)、穩(wěn)壓電阻的計(jì)算I1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動(dòng)態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。a.當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最小。 此時(shí)Iz不應(yīng)小于Izmin, 由此計(jì)算出來(lái)穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即ViminVzRmax =""&qu

12、ot;1 Zmin 1 LmaxIz不應(yīng)超過(guò)b.當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí) Izmax,由此可計(jì)算出來(lái)穩(wěn)壓電阻的最小值。即RminVimaxVz1 Zmax1 LminRmin < R Rmax穩(wěn)壓二極管在使用時(shí)，一定要用入限流電阻，不能使它的功耗超過(guò)規(guī)定值, 否則會(huì)造成損壞！二、本講重點(diǎn)1、電容濾波電路的原理和參數(shù)計(jì)算；2、電感濾波電路的原理和參數(shù)計(jì)算；3、硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓的基本原理、電路特點(diǎn)及其穩(wěn)壓電阻的計(jì)算。三、本講難點(diǎn)電容濾波和電感濾波電路的原理和波形分析。四、教學(xué)組織過(guò)程本講以講授為主，介紹直流穩(wěn)壓電源的組成及各部分的作用，分析穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

13、的工作原理，強(qiáng)調(diào)對(duì)輸出電壓及電流的平均值如何估算。五、課后習(xí)題見(jiàn)相應(yīng)章節(jié)的“習(xí)題指導(dǎo)”。第三十講串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一、主要內(nèi)容1、線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源工 作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集 成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是損耗較大、 效率低。1)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理a.線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖9.21所示。它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源幾個(gè)部分組成。b.線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理根據(jù)圖9.21

14、 ,分兩種情況來(lái)加以討論。(1)輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變輸入電壓VI的增加，必然會(huì)使輸出電壓 Vo有所增加，輸出電壓經(jīng)過(guò)取樣電路取出一部 分信號(hào)VF與基準(zhǔn)源電壓 VREF比較，獲得誤差信號(hào)A V。誤差信號(hào)經(jīng)放大后，用 VO1去控制 調(diào)整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。VI T - VO T - VF T - VO1，- VceT - VO，(2)負(fù)載電流變化!輸入電壓保持不變!負(fù)載電流Il的增加，必然會(huì)使輸入電壓 VI有所減小，輸出電壓 VO必然有所下降，經(jīng) 過(guò)取樣電路取出一部分信號(hào) Vf與基準(zhǔn)電壓源 Vref比較，獲得的誤差信號(hào)使 VO1增加，從而 使調(diào)整管的管壓降

15、Vce下降，從而抵消因Il增加使輸入電壓減小的影響。Il T - Vi J - Vo，- Vf J - V01 T - Vce J - Vo T(3)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算由圖可知Vf= VrefVOVO1 = (1 +二 '-)V REFR3R" 2調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。2、三端集成穩(wěn)壓器將線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源和各種保護(hù)電路集成在一起就得到了集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)外引線：輸入端、輸出端和公共端。它的電路符號(hào)如圖所示，外形如圖所示。要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。GND 或 ADJ圖 集成穩(wěn)壓器符號(hào)、本講重點(diǎn) 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本原理及其輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算。、本講難點(diǎn)四、教學(xué)組織過(guò)程本講以講授為主，講授串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理、性能特點(diǎn)和使用，最后穿插學(xué)生自學(xué)集成穩(wěn)壓器和開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理、特點(diǎn)及其使用方法。五、課后習(xí)題見(jiàn)相應(yīng)章節(jié)的“習(xí)題指導(dǎo)”本 章小結(jié)本章主要介紹了