模擬電子技術基礎直流電源

1、第十章 直流電源10.1 直流電源的組成直流電源的組成10.2 單相整流電路單相整流電路10.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路10.5 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.3 濾波電路濾波電路10.110.1 直流電源的組成及各部分的作用改變電壓值改變電壓值通常為降壓通常為降壓交流變脈交流變脈動的直流動的直流減小脈動減小脈動1) 負載變化輸出電壓負載變化輸出電壓基本不變；基本不變；2) 電網(wǎng)電壓變化輸出電網(wǎng)電壓變化輸出電壓基本不變。電壓基本不變。 直流電源是能量轉換電路，直流電源是能量轉換電路，將將220V、50Hz的交流電的交流電轉換為直流電。轉換為直流電。半波整流半波整流全波整流全波整流 在

2、分析電源電路時要特別考慮的兩個問題：允許在分析電源電路時要特別考慮的兩個問題：允許電網(wǎng)電網(wǎng)電壓波動電壓波動10，且，且負載有一定的變化范圍負載有一定的變化范圍。10.210.2 單相整流電路一、一、對整流電路要研究的問題對整流電路要研究的問題二、單相二、單相半波半波整流電路整流電路三、單相橋式整流電路三、單相橋式整流電路一、對整流電路要研究的問題1. 電路的工作原理：即二極管工作狀態(tài)、電路波形的分析：即二極管工作狀態(tài)、電路波形的分析2. 輸出電壓和輸出電流平均值：即輸出脈動直流電壓和：即輸出脈動直流電壓和電流平均值的求解方法電流平均值的求解方法3. 整流二極管的選擇：即二極管承受的最大整流平均

3、電流：即二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓的分析和最高反向工作電壓的分析 為分析問題簡單起見，設二極管為理想二極管，變壓器內阻為為分析問題簡單起見，設二極管為理想二極管，變壓器內阻為0。 理想二極管的正向導通電壓為理想二極管的正向導通電壓為0，即正向電阻為，即正向電阻為0；反向；反向電流為電流為0，即反向電阻為無窮大。，即反向電阻為無窮大。二、單相半波整流電路1. 工作原理u2的正半周，的正半周，D導通，導通， ADRLB，uO= u2 。 2uu2的負半周，的負半周，D截止，承受反向電壓，為截止，承受反向電壓，為u2； uO=0。2u2. 2. UO（AV）和 IL（AV）的估算

4、 已知變壓器副邊電壓有效值為已知變壓器副邊電壓有效值為U2) (d sin2212 0 O(AV)ttUU) (d sin2212 0 O(AV)ttUUL2LO(AV)L(AV)45. 0RURUI22O(AV)45. 02UUU22u2U sin t2D(AV)O(AV)L0.45UIIR2maxR2UU2RL2F21 . 1 45. 01 . 1 UURUI 考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為10，二極管的極限參數(shù)應滿，二極管的極限參數(shù)應滿足：足： （3）二極管的選擇）二極管的選擇例 10.2.1解：解：（1)O(AV)2O(AV)LLU0.45UIRR22O(AV)45.

5、 02UUU（2)Rmax2D(AV)O(AV)U1.1 2UI1.1I （3) 若不小心將輸出端短路，則二極管的正向電流過大，將若不小心將輸出端短路，則二極管的正向電流過大，將有可能現(xiàn)將二極管燒成短路。若不及時斷電，將會造成變壓器永有可能現(xiàn)將二極管燒成短路。若不及時斷電，將會造成變壓器永久性損壞。久性損壞。三、單相橋式整流電路u2的正半周的正半周 AD1RLD3B，uO= u2u2的負半周的負半周 B D2RLD4 A，uO= -u21. 工作原理uOu2OO2. 輸出電壓和電流平均值的估算) (d sin21 0 2O(AV)ttUUO(AV)2O(AV)LLU0.9UIRR22O(AV)

6、9 . 022UUU3. 二極管的選擇2maxR2UUO(AV)2D(AV)LI0.45UI2RO(AV)2FLRM2I2UI1.11.1 2 R U1.1 2U 考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為10，二極管的極限參數(shù)應滿，二極管的極限參數(shù)應滿足：足： 與半波整與半波整流電路對流電路對二極管的二極管的要求相同要求相同例 10.2.2解：解：（1）O(AV)2O(AV)LLU0.9UIRR22O(AV)9 . 022UUU（2）O(AV)FRM2II1.1 2U1.1 2U （3）若）若D1開路，則電路僅能實現(xiàn)半波整流，因而輸出電開路，則電路僅能實現(xiàn)半波整流，因而輸出電壓平均值僅

7、為原來全波整流的一半。壓平均值僅為原來全波整流的一半。 若若D D1 1短路，則在短路，則在u u2 2的負半周的負半周將變壓器副邊電壓全部加在將變壓器副邊電壓全部加在D D2 2上，上，D D2 2因因電流過大電流過大而燒壞，且若而燒壞，且若D D2 2燒成短路，則有可能燒燒成短路，則有可能燒壞變壓器。壞變壓器。10.3 濾波電路作用：將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷鹤饔茫簩⒚}動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷阂?、電容濾波電路1. 工作原理非常小。，對電容充電，時，有一對二極管導通當充電 2Cuu。放電，電容通過時，所有二極管均截止當放電CRRuuCLL2 充電充電放電速度與正弦放電速度與正弦

8、波下降速度相似波下降速度相似按指數(shù)規(guī)律下降按指數(shù)規(guī)律下降濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動變小。濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動變小。 C 越大，越大， RL越大，越大，越大，越大，放電越慢，曲線越平滑，脈動放電越慢，曲線越平滑，脈動越小。越小?？紤]整流電路的內阻考慮整流電路的內阻1. 基本原理注：注：u2的周期小于的周期小于RLC的大小。的大小。時，當2O(AV)L2 . 12)53(UUTCR。的耐壓值應大于221 . 1UC2. 電容的選擇及UO（AV）的估算整流橋的整流橋的簡化畫法簡化畫法 集成的橋式整流集成的橋式整流電路稱為整流堆。電路稱為整流堆。例 10.3.1解：解：C200333

9、 F150)()(AVLAVOLIURC的取值滿足的取值滿足RLC=(3-5)T/2的條件。的條件。電容的容量電容的容量所以，電容的耐壓值為：所以，電容的耐壓值為：2U1.1 2U19.5V。再根據(jù)再根據(jù)U UO(AV)O(AV)1.2U1.2U2 2，可求出可求出U U2 2。10.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電路的性能指標一、穩(wěn)壓電路的性能指標二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電路的性能指標1. 輸出電壓2. 輸出電流3. 穩(wěn)壓系數(shù) 表明表明電網(wǎng)電壓波動時電路的穩(wěn)壓性能電網(wǎng)電壓波動時電路的穩(wěn)壓性能。 在負載不變時，輸出電壓相對變化量與輸入電壓變化在負載不變時，輸出電壓相對變化量與輸

10、入電壓變化量之比。量之比。LLOIIOIIOOrRRUUUUUUUUS4. 輸出電阻 表明表明負載電流變化時電路的穩(wěn)壓性能負載電流變化時電路的穩(wěn)壓性能。 在電網(wǎng)電壓不變時，負載變化引起的輸出電壓的變化在電網(wǎng)電壓不變時，負載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。量與輸出電流的變化量之比。IOOoUIUR5. 紋波電壓 測試出輸出電壓的交流分量。測試出輸出電壓的交流分量。二、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓條件穩(wěn)壓條件：1. 穩(wěn)壓管的伏安特性ZMDZIIIZ2. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理IROUUU的波動。上的電壓變化補償基本不變。利用，則若IOI URUUUR(1) (1) 電網(wǎng)電壓變化時，即電網(wǎng)

11、電壓變化時，即U UI I變。但負載不變。變。但負載不變。ZRDLIII的變化。的變化來補償利用也就基本不變。基本不變，則若LDOLDZZIIUUIIROLLUIR（2 2）負載電阻變化。但電網(wǎng)電壓不變，即）負載電阻變化。但電網(wǎng)電壓不變，即U UI I不變。不變。3. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的主要指標（1）輸出電壓）輸出電壓 UOUZ（2）輸出電流）輸出電流 IZmax IZmin（3）穩(wěn)壓系數(shù)）穩(wěn)壓系數(shù)OIzOILzLzOIIOrLUURrUURrRRrUUUUSR（4）輸出電阻）輸出電阻zzorRrR 簡單易行，穩(wěn)壓性能好。適用于輸出電壓固定、輸出簡單易行，穩(wěn)壓性能好。適用于輸出電壓固定、輸出電流

12、變化范圍較小的場合。電流變化范圍較小的場合。4. 特點穩(wěn)壓電路的微變等效電路穩(wěn)壓電路的微變等效電路5. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設計（1）UI的選擇的選擇 UI（23）UO（2）穩(wěn)壓管的選擇）穩(wěn)壓管的選擇 UZUO （3）限流電阻的選擇）限流電阻的選擇 保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。ZZminDZmaxIIIZLmaxZinImminDZIIRUUI電網(wǎng)電壓最低且負載電流最大時，穩(wěn)壓管的電流最小。電網(wǎng)電壓最低且負載電流最大時，穩(wěn)壓管的電流最小。LmaxZZinImIIUUR電網(wǎng)電壓最高且負載電流最小時，穩(wěn)壓管的電流最大。電網(wǎng)電壓最高且負載電流最小時，穩(wěn)壓管的電流最大。ZMLmin

13、ZaxImmaxDZIIRUUILminZMZaxImIIUURZZminDZmaxIII注：注：IZmin即手冊中的即手冊中的IZ； IZmax即手冊中的即手冊中的IZM。例題10.4,1 已知UI=15V,負載電流為10-20mA,穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電UZ=6V,最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA,最大穩(wěn)定電流IZmax=40mA, rZ=15.(1) R的取值范圍; (2)若R=250,則穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻各為多少？LmaxZZinImIIUURLminZMZaxImIIUUR解：（1 1） R R的取值范圍的取值范圍（2 2）穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻zIrzOrUSRrUzzorRrR（3 3）在允許

14、范圍內，）在允許范圍內，R R的取值應當偏大些。的取值應當偏大些。S Sr r愈小，愈小， R Ro o愈接近愈接近r rz z.例題10.4,2 已知UI=12V,電網(wǎng)電壓波動10%，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=5V,最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA,最大穩(wěn)定電流IZmax=30mA,負載電阻RL為250-350.(1) R的取值范圍; (2)若限流電阻短路若限流電阻短路,則將產(chǎn)生什么現(xiàn)象？LmaxZZinImIIUUR解：再求再求R R的取值范圍的取值范圍LminZMZaxImIIUUR（1 1）首先求出負載電流的變化范圍）首先求出負載電流的變化范圍（2 2）若限流電阻短路，則）若限流電阻短路，則

15、 U UI I全部加在穩(wěn)壓管上，使全部加在穩(wěn)壓管上，使 之因電流過大而燒壞。之因電流過大而燒壞。ZLminLmaxUIRZLmaxLminUIR10.5 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路一、基本調整管穩(wěn)壓電路一、基本調整管穩(wěn)壓電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路三、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）三、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。穩(wěn)壓原理：電路引入穩(wěn)壓原理：電路引入，穩(wěn)定輸出電壓。，穩(wěn)定輸出電壓。OL)1 (IIBEZOUUU一、基本調整管穩(wěn)壓電路OICEUUU 不管什么原因引起不管什么原因引起

16、UO變化，都變化，都將通過將通過UCE的調節(jié)使的調節(jié)使UO穩(wěn)定，故稱晶穩(wěn)定，故稱晶體管為調整管。體管為調整管。 若要提高電路的穩(wěn)壓性能，則應加深電路的負反饋，若要提高電路的穩(wěn)壓性能，則應加深電路的負反饋，即提高放大電路的放大倍數(shù)。即提高放大電路的放大倍數(shù)。 穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓原理： 當電網(wǎng)電壓波動引起當電網(wǎng)電壓波動引起UI增大，或增大，或負載電阻負載電阻RL增大時，增大時，OEBEBEOUUUI /IUU UZ Z不變，即不變，即U UB B不變。不變。 若同相比例運算電路的輸入電壓為穩(wěn)定電壓，且比例可調，則其輸出電壓就可調節(jié)； 同時，為了擴大輸出電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射級輸出形式。

17、同相比例同相比例運算電路運算電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1. 穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使：若由于某種原因使UO增大增大2. 輸出電壓的調節(jié)范圍Z3321OZ32321URRRRUURRRRR則則 UO UN UB UOOZ12332UURRRRR下3. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成及其作用調整管調整管取樣電阻取樣電阻：是電路的核：是電路的核心，心，UCE隨隨UI和負載和負載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。比較放大比較放大基準電壓基準電壓：是：是UO的的參考電壓。參考電壓。： 對對UO 的取樣，與基準電壓共同決定的取樣，與基準電壓共同決定UO 。：將：將UO 的取樣電壓與基準電壓比較后放大

18、，決定的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。電路的穩(wěn)壓性能。課程回顧4. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調整管的選擇IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEmax PCM根據(jù)極限參數(shù)根據(jù)極限參數(shù)ICM、 U(BR)CEO、PCM 選擇調整管！選擇調整管！應考慮電網(wǎng)電壓的波動和負載電流的變化！應考慮電網(wǎng)電壓的波動和負載電流的變化！1. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成及其作用調整管調整管取樣電阻取樣電阻：是電路的核：是電路的核心，心，UCE隨隨UI和負載和負載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。比較放大比較放大基準電

19、壓基準電壓：是：是UO的的參考電壓。參考電壓。： 對對UO 的取樣，與基準電壓共同決定的取樣，與基準電壓共同決定UO 。：將：將UO 的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。電路的穩(wěn)壓性能。課程回顧2. 輸出電壓的調節(jié)范圍Z3321OZ32321URRRRUURRRRROZ12332UURRRRR下例題10.5.1 已知輸入電壓已知輸入電壓UI的范圍為的范圍為 10%，調整管的飽和電壓，調整管的飽和電壓降降UCES=2V,輸出電壓的調節(jié)范圍為輸出電壓的調節(jié)范圍為5-20V, R1=R3= 200.求（求（1）UZ 和和R2;（2）為使調整管正常工

20、作，）為使調整管正常工作， UI值至少應取多少？值至少應取多少？Z3321OZ32321URRRRUURRRRRCEminIminOmaxCESUUUUIminOmaxCESIUUU0.9U202解：（1 1）（2 2）防止管子工作于飽和區(qū)。為使調整管正常工作，是指在輸）防止管子工作于飽和區(qū)。為使調整管正常工作，是指在輸入電壓波動和輸出電壓改變時，入電壓波動和輸出電壓改變時，調整管調整管始終始終工作在放大狀態(tài)工作在放大狀態(tài)。例題10.5.2 已知集成運放輸出電流已知集成運放輸出電流IO最大值為最大值為2mA, 調整管調整管的電流放大倍數(shù)為的電流放大倍數(shù)為30。求（求（1）最大負載電流）最大負載電流ILmax 約為多少？約為多少？（2）若要穩(wěn)壓電路的輸出電流為）若要穩(wěn)壓電路的輸出電流為1A，則應采取什么辦法？，則應采取什么辦法？LmaxEmaxCmax12 OIIII LmaxEmaxCmaxOIIII60mA（2 2） 可用復合管作調整管可用復合管作調整管解：（1 1）最大負載電流）最大負載電流10.5.4、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）輸出電壓：輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：輸出電流：1.5A（W7800）、