教案項目6直流穩(wěn)壓電源電路

1、項目6直流穩(wěn)壓電源電路電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能任務(wù)1整流濾波電路授課班級課時4上課地點教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)1、能分析橋式整流電路的 工作過程；2、能測試橋式整流電路的 波形。1、掌握直流電源的組成；2、掌握單相半波、全波整流電路的組 成和工作原理；3、掌握整流電路的主要參數(shù)；4、了解電容和電感濾波電路的組成 和工作原理。教學(xué)重點1、直流電源的組成；2、單相半波、全波整流電路的組成和工作原理；3、整流電路的主要參數(shù)；4、電容和電感濾波電路的組成和工作原理。教學(xué)難點1、整流電路的主要參數(shù)的計算；2、電容和電感濾波電路的組成和工作原理。教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容任務(wù)導(dǎo)入當(dāng)今社會人們極大的享受著電子設(shè)備帶

2、來的便利，但是任何電 子設(shè)備都有一個共同的電路-電源電路。大到超級計算機、小到袖 珍計算器，所有的電子設(shè)備都必須在電源電路的支持嚇才正常工 作。當(dāng)然這些電源電路的樣式、復(fù)雜程度千差萬別。超級計算機的 電源電路本身就是一套復(fù)雜的電源系統(tǒng)。通過這套電源系統(tǒng)，超級計算機各部分都能夠得到持續(xù)穩(wěn)定、符合各種復(fù)雜規(guī)范的電源供 應(yīng)。袖珍計算器則是簡單多的電池電源電路。不過你可/、要小看了 這個電池電源電路，比較新型的電路完全具備電池能量提醒、掉電 保護等高級功能?？梢哉f電源電路是一切電子設(shè)備的基礎(chǔ)，沒有電源電路就不會有如此種類繁多的電子設(shè)備。由于電子技術(shù)的特性，電子設(shè)備對電源電路的要求就是能夠提 供持續(xù)穩(wěn)定

3、、滿足負載要求的電能，而且通常情況下都要求提供穩(wěn) 定的直流電能。提供這種穩(wěn)定的直流電能的電源就是直流穩(wěn)壓電 源。直流穩(wěn)壓電源在電源技術(shù)中占有十分重要的地位。一、直流電源的組成對直流電源的主要要求：能夠輸出不同電路所需要的電壓和電流；直流輸出電壓平滑，脈動成分??；輸出電壓的幅值穩(wěn)定；交流電變換成直流電時的 轉(zhuǎn)換效率高。直流電源一般包括四個組成部分，即電源變壓器、整流電路、濾波器和穩(wěn)壓電路。二.單相半波整流電路輸出電壓在一個工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負載上得到的是半個正弦波。負載上輸出平均電壓為JIVo =Vl =-2V2sin «td(«t)= V2 =0.4572兀0兀

4、任務(wù)講解流過負載和二極管的平均電流為I D0.45V2 Rl、單相全波整流電路波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為1 二2 2Vo =Vl =-N2V2 sin cotdcot =V = 0.9V?流過負載的平均電流為Id - I l -2、2V20.9V2/ RlRl二極管所承受的最大反向電壓Vm = 2 2V2單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過， 而半波和全 波整流電路中均有直流分量流過。 所以單相橋式整流電路的變壓器 效率較高，在同樣功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整 流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路， 故廣泛應(yīng)用于直 流電源之中。四、單

5、相橋式整流電路在負載電阻上正、負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單 向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖 3 (b)。輸出電壓是單相脈動電壓，通常用它的平均值與直流電壓等 效。輸出平均電壓為Vo1 二=Vl = 32 sinn02 2td td W t =V 2汽= 0.9V2流過負載的平均電流為2 . 2V2 _ 0.9V2uRLRl流過二極管的平均電流為Il2、2V20.45V2=uRLRL二極管所承受的最大反向電壓VRmax =瓦五、電容濾波電路濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。 電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負載兩端。 電感器

6、L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此 L應(yīng)與負載串聯(lián)。經(jīng) 過濾波電路后，既可保留直流分量，又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。六、電感濾波電路利用儲能元件電感器L的電流不能突變的性質(zhì)， 把電感L與整 流電路的負裁R L相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。電感濾波電路的特點(1)電感濾波電路適用于大電流負裁。(2)電感濾波電路的外特性比較硬。(3)由于電感后延長整流管導(dǎo)電管電角的趨勢，因此電流的波形比較平滑，避免了在整流管中產(chǎn)生較大的沖擊電流。名稱V(空載)Vo(W)二極管反向最大電壓每管平均電流半波整流0.45V2島I O全波整流、電 容濾波72

7、V2*1.2 V222V20.5 I o橋式整流、電 容濾波72V2*1.2 V2<2V20.5 I o橋式整流、電 感濾波氏20.9 V22V20.5 I o任務(wù)訓(xùn)練訓(xùn)練1:某電子裝置要求電壓值為15V的直流電源，已知負裁電阻RL等于100Q ,試問：如果選用單相橋式整流電路，則變壓器二次電壓U2應(yīng)為多大？整流二極管的正向平均電流I d(av)和最大反向峰值電壓 Um等于多 少？輸出電壓的脈動系數(shù)S等于多少？如果改用單相半波整流電路，則 U2、I d(av)、Urm和S各等于多 少？解：g _ - （XRVIk 0.915V= 16.7V0.9端 A 150mA最V1=；xl50mA

8、= 75mALrm = V2C ; = <2 xl6.7V=23.6V 5 = 0.67 = 67%r2 =- = = 33.3V 0.450.45= /o（av）= 150mAt'RM =y/2U2 = J5x33.3V=47.1V£ = 1.57 = 157%掌握的知識：1、掌握直流電源的組成；2、掌握單相半波、全波整流電路的組成和工作原理;3、掌握整流電路的主要參數(shù)；任務(wù)總結(jié)4、了解電容和電感濾波電路的組成和工作原理。具備的能力：1、能分析橋式整流電路的工作過程； 2、能測試橋式整流電路的波形。作業(yè)布置任務(wù)2直流穩(wěn)壓電源電路授課班級課時4上課地點教學(xué)目標(biāo)能力（技能

9、）目標(biāo)知識目標(biāo)1、能測試串聯(lián)型直流穩(wěn)壓 電路。1、了解硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、了解串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)；3、掌握型穩(wěn)壓電路的特點和分類；4、了解開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。教學(xué)重點1、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)；3、型穩(wěn)壓電路的特點和分類；4、開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。教學(xué)難點1、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容任務(wù)導(dǎo)入為解決線性型穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達 90犯上，造價低，體積小?，F(xiàn)在開 關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路

10、之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點是紋波較大，用于小信號放大電路時，還應(yīng)采用第二級穩(wěn)壓措施。任務(wù)講解一、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路是利用穩(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，只會引起較小的電壓 變化。穩(wěn)壓電阻的作用是將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變 化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時也是限流電阻。顯然，電阻的數(shù)值越 大，較小IZ的變化就可引起足夠大的 Vr變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓 效果。但電阻的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓V值，損耗就要 加大。穩(wěn)壓電阻的計算如下。穩(wěn)壓二極管在使用時，f要用入限流電阻，不能使它的功 耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！13

11、二、串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管的缺點是工作電流較小，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)壓電源的缺點是 損耗較大、效率低。三、開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點和分類1. 開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點 效率高 體積小重量輕 對電網(wǎng)電壓的要求不高 調(diào)整管的控制電路比較復(fù)雜 輸出電壓中紋波和噪聲成分較大2. 開關(guān)型穩(wěn)壓電路的分類開關(guān)型穩(wěn)壓電路的類型很多?？梢园床煌姆椒▉矸诸悺０纯刂频姆绞椒诸?，有脈沖寬度調(diào)制型（PWM）脈沖頻率調(diào) 制型（PFM河口混合調(diào)制型。按是否

12、使用工頻變壓器來分類，有低壓開關(guān)穩(wěn)壓電路，高壓 開關(guān)穩(wěn)壓電路（不用工頻變壓器）。按激勵的方式分類，有自激式和他激式。按所用開關(guān)調(diào)整管的種類分，有雙極型三極管、MOS©效應(yīng)管和品閘管開關(guān)電路等。四、開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理濾波電路l）開關(guān)調(diào)整管脈沖調(diào)制梟樣電路當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時，采樣電路將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路，與基準(zhǔn)電壓進行比較并將二者的差值放大后 送至脈沖調(diào)制電路，使脈沖波形的占空比發(fā)生變化。此脈沖信號作為開關(guān)管的輸入信號，使調(diào)整管導(dǎo)通和截止時間的比例也發(fā)生變 化，從而使濾波后輸出電壓的平均值基本保持不變。訓(xùn)練：圖示硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，設(shè)穩(wěn)壓管的 UZ =6

13、V, Izmax = 40mA I Zmin = 5mA ) Umax = 15V ) Umin = 12V ； Rmax = 600 Q ) Rmin = 300 Q o給定當(dāng)I z由I Zmax變到I Zmin , UZ的變化量為0.35V o(1)試選擇限流電阻R;(2)估算在上述條件下的輸出電阻和穩(wěn)壓系數(shù)。解：(1)u7任務(wù)訓(xùn)練=20mA=10mA156R > ()Q = 180Q0.04 + 0.0112-6R < (-)。= 240。0*005 + 0.02可取R=200Q。電阻上消耗的功率為:(15-6/200Wx 0.04W可選200Q , 1W勺碳膜電阻。(2)2

14、 Mz 0.04-0.005& a =10。 估算穩(wěn)壓系數(shù)是，取U=0.5 (15+12) V=13.5吃巧10 13.5b =*=*= U.ll J,R Uo200 6V,則1%任務(wù)總結(jié)掌握的知識：1、了解硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理；2、了解串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)；3、掌握型穩(wěn)壓電路的特點和分類；4、了解開關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。具備的能力：1、能測試串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。作業(yè)布置在串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路中，要求輸出電壓 UO=(1015)V負裁 電流IL=(0100)mA。已選定基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓 UZ=7V , 最小電流IZmin=5mA ,最大電流IZmax=33

15、mA。 假設(shè)采樣電阻總的阻值選定為 2kQ左右，則R1、R2和R3 三個電阻分別為多大？ 估算電源變壓器二次電壓的后效值 U2 ; 估算基準(zhǔn)穩(wěn)壓管的限流電阻 R的阻值； 估算穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管的極限參數(shù)。任務(wù)3三端集成穩(wěn)壓器電路授課班級課時2上課地點教學(xué)目標(biāo)能力(技能)目標(biāo)知識目標(biāo)1、能認識三端集成穩(wěn)壓1、掌握三端集成穩(wěn)壓器的組成；器；2、能使用三端集成穩(wěn)壓 器搭建電路。2、了解三端集成穩(wěn)壓器的參數(shù)分類。教學(xué)重點1、三端集成穩(wěn)壓器的組成；2、三端集成穩(wěn)壓器的參數(shù)分類。教學(xué)難點三端集成穩(wěn)壓器的組成。教學(xué)步驟教學(xué)內(nèi)容任務(wù)導(dǎo)入集成穩(wěn)壓器又叫集成穩(wěn)壓電路，將不穩(wěn)定的直流電壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn) 定的直流電壓的集成

16、電路， 用分立元件組成的穩(wěn)壓電源，固有輸 出功率大，適應(yīng)性較廣的優(yōu)點，但因體積大焊點多可靠性差而使其 應(yīng)用范圍受到限制，近年來，集成穩(wěn)壓電源已得到廣泛應(yīng)用，其中 小功率的穩(wěn)壓電源以三端式串聯(lián)型穩(wěn)壓器應(yīng)用最為普遍。任務(wù)講解一、三端集成穩(wěn)壓器的組成輸入端 輸Hi端+tIM推電源7 II、力良備4保護 電路I電路1. 調(diào)整管在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管為由兩個三極管 組成的復(fù)合管。這種結(jié)構(gòu)要求放大電路用較小的電流即可驅(qū)動調(diào)整 管發(fā)射極回路中較大的輸出電流，而且提高了調(diào)整管的輸入電阻。2 .放大電路在W7800系列三端集成穩(wěn)壓電路中，放大管也是復(fù)合管，電 路組態(tài)為共射接法,并采用有源負裁

17、， 可以獲得較高的電壓放大倍 數(shù)。3 .基準(zhǔn)電源在W780陳列三端集成穩(wěn)壓電路中，采用一種能帶間隙式基準(zhǔn) 源，這種基準(zhǔn)源具有低噪聲、低溫漂的特點，在單片式大電流集成 穩(wěn)壓器中被廣泛采用。4 .采樣電路在W7800S列三端集成穩(wěn)壓電路中，采樣電路由兩個分壓電阻 組成，它對輸出電壓進行采樣，并送到放大電路的輸入端。5 .啟動電路啟動電路的作用是在剛接通直流輸入電壓時，使調(diào)整管、放大 電路和基準(zhǔn)電源等部分建立起各自的工作電流。當(dāng)穩(wěn)壓電路正常工作后，啟動電路被斷開，以免影響穩(wěn)壓電路的性能。6 .保護電路在W7800g列三端集成穩(wěn)壓電路中，芯片內(nèi)部集成了三種保護 電路，它們是限流保護電路、過熱保護電路和過壓保護電路。二、三端集成穩(wěn)壓器的參數(shù)分類1、主要參數(shù)：輸入電壓、輸出電壓、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整 率、最小壓差、輸出噪聲、輸出電阻、峰值電流、輸出溫漂等。2、種類三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種: 三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器(1) .三端固定負輸出集成穩(wěn)壓器(2) .三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器(3) .三