第15章 二極管整流及直流穩(wěn)壓電源

第15章直流穩(wěn)壓電源15.1單相整流電路

15.1.1單相半波整流電路

15.1.2單相全波整流電路15.2濾波電路

15.2.1電容濾波器

15.2.2電感濾波器

15.2.3型濾波器15.3穩(wěn)壓電源

15.3.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電源

15.3.2開關(guān)電源15.4集成穩(wěn)壓器

第21講電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)榉群线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。前言：直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo負(fù)載單相三相本課主要介紹：（1）單相半波整流（2）單相全波整流（3）單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。整流電路分類：整流電路的任務(wù)：二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波15.1整流電路15.1.1單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，uo=u2

把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)▔航禐?，反向電阻為無窮大。二極管截止,

uo=0+–+–u2>0

時:u2<0時:iou2uouDt2340u1u2T+RLuo+++uD利用二極管的單向?qū)щ娦暂敵鲭妷浩骄担║o）,輸出電流平均值（Io

)：uo20t輸出電壓平均值輸出電流平均值u1u2T+RLuo+++uDio二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓二極管承受的最大反向電壓二極管上的平均電流＝負(fù)載的平均電流：二極管所承受的最大反向電壓＝u2的峰值電壓:u1u2T+RLuo+++uDiouD20t二極管參數(shù)選擇二極管最大整流電流IF:

IF>ID(AV)二極管反向峰值電壓URM：

URM>2UDRMuD1uD2u1u2T+RLuo+io+D2+u2D1++15.1.2單相全波整流電路原理：+–+–

變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個相等的電壓u2。當(dāng)u2正半周時，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時，D2導(dǎo)通，D1截止。在負(fù)載電阻RL兩端產(chǎn)生直流電壓uo。+–+–U2m2U2m1.用中心抽頭變壓器的單相全波整流電路u2uouD1t2340uD2tttD1導(dǎo)通D2導(dǎo)通輸出電壓平均值（Uo(AV)）,輸出電流平均值（Io

(AV))uD1uD2u1u2T+RLuo+io+D2+u2D1++uo20t輸出電壓平均值輸出電流平均值二極管的平均電流及承受的最大反向電壓uD1uD2u1u2T+RLuo+io+D2+u2D1++uD120t二極管上的平均電流＝負(fù)載平均電流的一半：二極管所承受的最大反向電壓＝u2峰值電壓的2倍:2U2m2.單相橋式整流電路組成：由四個二極管組成橋路u1u2TD3D2D1D4RLuoRLD1D3D2D4u2uou2uo+–+–單相橋式整流電路原理當(dāng)u2正半周時：

D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。當(dāng)u2負(fù)半周時：

D1、D3截止，D2、D4導(dǎo)通。u2D3D2D1D4RLuou2uouD1t2340uD2tttuD3uD4D1D3導(dǎo)通D2D4導(dǎo)通D1D3導(dǎo)通時，D2D4承受反向電壓D2D4導(dǎo)通時，D1D3承受反向電壓單相橋式整流電路的計算u2uouD1t2340uD2tttuD3uD4輸出電壓平均值:輸出電流平均值:二極管平均電流：二極管最大反向電壓：集成硅整流橋~+~-

+–u2uo+

–

+–u2D3D2D1D4RLuo14集成硅整流橋：u2uo+

–

~+~-

+–整流電路的主要參數(shù)(1)整流輸出電壓的平均值UO(AV)及負(fù)載上的平均電流IO(AV)(2)脈動系數(shù)S

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與uo平均值之比。S越小越好。uo20t

用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出uo分解后可得:基波（3）二極管最大整流電流IF與反向峰值電壓URM二極管參數(shù)選擇二極管最大整流電流IF：IF>ID(AV)二極管反向峰值電壓URM：URM>2UDRMID(AV)整流電路中二極管的平均電流UDRM整流電路中二極管的最大反向電壓15.2濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu):

RC或RL無源低通濾波器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo負(fù)載脈動直流電壓平滑直流電壓RLCu4u3電容與負(fù)載RL并聯(lián)電感與負(fù)載RL串聯(lián)LRLu4u315.2.1電容濾波電路（1）電容濾波原理CuCu1u2TD3D2D1D4RLuouotuC濾波原理用電容充放電的原理說明。(a)整流電路內(nèi)阻ro<<RL時(b)整流電路內(nèi)阻ro較大時uotuC無電容時的輸出波形充電放電充電放電uotuC放電充電CuCu1u2TD3D2D1D4RLuo

只有整流電路輸出電壓大于uC時，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流波形iD2,iD4iD1,iD3iD1,iD3iD2iD4iD3iD1負(fù)載電流的平均值越大，整流管導(dǎo)電時間越短，二極管的峰值電流越大。（2）電容濾波電路的近似計算輸出電壓平均值UO與時間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大電容器放電愈慢UO(平均值)愈大

二極管承受的最高反向電壓(T:交流電壓的周期)一般取輸出直流電壓平均值負(fù)載電流平均值

二極管平均電流選擇二極管參數(shù)：反向峰值電壓URM>2UDRM整流電流IF＝（2～3）ID(AV)uo（3）電容濾波原理的低通濾波器用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出

u3

分解后可得:

頻率越高，電容的容抗越小，所以

u3的高頻分量通過電容濾掉，只有直流分量全部保留和一些低頻分量保留，為輸出uo。+ro整流電路RLCuou3+內(nèi)阻u3uo15.2.2電感濾波電路電路結(jié)構(gòu):

在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L(帶鐵心的電感線圈）就構(gòu)成了電感濾波電路。u1u2TD3D2D1D4RLuoLu3電感濾波原理(低通濾波器解釋）：

對諧波分量:

f

越高，XL越大，電壓大部分降在XL上。因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。對直流分量:

XL=0，電感相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：uou315.2.3型濾波器改善濾波特性的方法：采取多階濾波（1）

RC–型濾波器（2）

LC–型濾波器RC1C2u1u2RLuoLC1C2u1u2RLuo15.3穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo負(fù)載脈動直流電壓平滑直流電壓穩(wěn)定直流電壓穩(wěn)壓電路的類型穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前使用較普遍。以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(a)穩(wěn)壓系數(shù)S（越小越好）

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。(b)輸出電阻Ro

（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。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(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。15.3.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(a)電路框圖（四部分組成：調(diào)整管，基準(zhǔn)電壓，采樣電路，比較放大器）輸入直流電壓（不穩(wěn)定）輸出直流電壓（穩(wěn)定）VB1URFUO調(diào)整管T1UI+RLUO比較放大采樣電路基準(zhǔn)電壓調(diào)整管T1URFUO+UI+RLUO比較放大采樣電路基準(zhǔn)電壓VB1

電路形式：因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故稱之為：串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。

穩(wěn)壓原理：若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使UO加大,比較放大電路使VB1變小,從而使UO降低。比較放大采樣電路基準(zhǔn)電壓調(diào)整管(b)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路+CI+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+u2CORW調(diào)整管T1URFUO+UI+RLUO比較放大采樣電路基準(zhǔn)電壓VB1原理框圖(c)穩(wěn)壓原理Uo

某種原因（輸入電壓UI

增加或輸出電流減小)使Uo升高時，有以下自動調(diào)節(jié)過程：+CI+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+u2CORWVC2VB1VB2VB2UoVC2（VB1）（分壓器）（反相放大）（射極跟隨）所以此電路有自動穩(wěn)壓作用。(d)輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍+CI+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+u2CORWRW2VB2RW1因?yàn)椋核裕汉雎訳BE2例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCCORWRW2RW1時輸出最大：時輸出最?。狠敵鲭妷旱恼{(diào)節(jié)范圍為：6V～12V。照片15.4集成穩(wěn)壓器將上述電路集成化：集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）W7805123電路符號示意圖W78051輸入2地3輸出特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路類型：W7800系列——穩(wěn)定正電壓

W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+12VW7815輸出+15VW7900系列——穩(wěn)定負(fù)電壓

W7905輸出-5VW7909輸出-9VW7912輸出-12VW7915輸出-15VW7800系列穩(wěn)壓器外形及應(yīng)用舉例1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端123

注意：要求輸入與輸出端之間的電壓不得低于2V！W7805+_UO132CI0.1~1FCo1μFC+u1+u2500FU1=220VUC=1.2U2=9.6VU2=8VUO=+5V濾波電容消振電容濾波電容例如W7900系列穩(wěn)壓器外形及接線圖123W7900系列1端:公共端