第十章直流電源

直流電源第十章第十章

直流電源10.1直流電源的組成及各部分作用10.2整流電路10.3濾波電路10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路第三版童詩白第三版童詩白本章重點和考點：1.重點掌握整流、濾波和穩(wěn)壓的流程及參數(shù)的計算。2.掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理及輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。本章教學(xué)時數(shù)：4學(xué)時

10.1直流電源的組成及各部分的作用電網(wǎng)電壓電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負(fù)載整流：將交流變?yōu)橹绷鞯倪^程。濾波：將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。穩(wěn)壓：在電網(wǎng)電壓和負(fù)載發(fā)生變化時，輸出電壓能夠穩(wěn)定。單相半波整流電路10.2整流電路10.2.1整流電路的分析方法及其基本參數(shù)優(yōu)點：使用元件少。缺點：輸出波形脈動大；直流成分??；變壓器利用率低。一、工作原理二、主要參數(shù)1.輸出電壓平均值UO(AV)輸出電壓平均值就是負(fù)載電阻上電壓的平均值2.負(fù)載電流的平均值3.脈動系數(shù)uL20t三、二極管的選擇①電流的平均值②最大反向電壓對于二極管最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR均應(yīng)留10%的余地，以保證二極管安全工作。

例電路如圖。已知變壓器副邊電壓有效值負(fù)載電阻，試問：⑴負(fù)載電阻上的電壓平均值和電流平均值各為多少？

⑵電網(wǎng)電壓波動范圍是±10%，二極管承受的最大反向電壓和流過的最大電流平均值各為多少？解：⑴負(fù)載電阻上電壓平均值流過負(fù)載電阻的電流平均值⑵二極管承受的最大反向電壓二極管流過的最大平均電流10.2.2單相橋式整流電路單向橋式整流電路一、單向橋式整流電路的組成在實用電路中，多采用全波整流電路，最常用的是單向橋式整流電路u2的正半周A→D1→RL→D3→B,uO=u2u2的負(fù)半周B→D2→RL→D4→A,uO=-u2二、工作原理三、估算脈動系數(shù)：四、二極管的選擇考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：優(yōu)點：輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小。缺點：二極管數(shù)量多，內(nèi)阻大，損耗也大。橋式整流電路的優(yōu)缺點：

⑵當(dāng)電網(wǎng)電壓波動范圍為，二極管的最大整流平均電流IF與最高反向工作電壓UR至少應(yīng)選取多少？例:

在如圖所示電路中，已知變壓器副邊電壓有效值負(fù)載電阻，試問：

⑴輸出電壓與輸出電流平均值各為多少？解：濾波電路的結(jié)構(gòu)特點:

電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC10.3濾波電路濾波：將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。一、濾波原理au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（電容器的充、放電）空載時(忽略整流電路內(nèi)阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuLtu2＞uC時：二極管導(dǎo)通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。由于RL=∞，無放電回路，所以uC保持。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時

(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tiDtu2＞uC時：二極管導(dǎo)通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。二極管中的電流uc=uL二、二極管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角無濾波電容時θ＝π。有濾波電容時θ<πRLC較大u2tiDt考慮變壓器和整流電路的內(nèi)阻內(nèi)阻使

簡單易行，UO（AV）高，C足夠大時交流分量較小。三、電容的選擇及UO（AV）的估算五、濾波電路的特點四、脈動系數(shù)S

約為

10%~20%

例:在圖所示電路中,要求輸出電壓平均值,負(fù)載電流平均值試問：⑴濾波電容的大??；

⑵考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為濾波電容的耐壓值。⑵變壓器副邊電壓有效值為電容的耐壓值為：實際可選取容量為，耐壓為25V的電容做本電路的濾波電容。解：⑴

根據(jù)，可知C的取值滿足：的條件。討論題:已知變壓器副邊電壓有效值為10V，電容足夠大，判斷下列情況下輸出電壓平均值UO（AV）≈？1.正常工作；2.C開路；3.RL開路；4.D1和C同時開路。UO（AV）=1.2U2=12VUO（AV）=U2=14VUO（AV）=0.9U2=9VUO（AV）=0.45U2=4.5V10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路整流濾波電路輸出電壓不穩(wěn)定的主要原因：·負(fù)載變化；·電網(wǎng)電壓波動穩(wěn)壓電路能夠自動維持輸出電壓的穩(wěn)定。交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓10.4.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)一、穩(wěn)壓系數(shù)Sr表明電網(wǎng)電壓波動對輸出電壓的影響，其值愈小，電網(wǎng)電壓變化時輸出電壓的變化愈小。一般是10-2-----10-4輸出電壓：二、輸出電阻Ro

表明負(fù)載電阻對穩(wěn)壓性能的影響。

RO<1越小越好三、溫度系數(shù)10.4.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成兩個基本公式1.RL不變，

UI升高UIUOIZUR基本不變UO10.4.2穩(wěn)壓原理UO2.UI

不變，RL

減小RLILURUOIZ基本不變UOIRIR10.4.3電路參數(shù)的選擇在選擇元件時，應(yīng)首先知道負(fù)載所要求的輸出電壓UO，負(fù)載電流IL的最小值ILmin和最大值ILmax，輸入電壓UI的波動范圍。1.穩(wěn)壓電路輸入電壓UI的選擇UI＝（2~3）UO2.穩(wěn)壓管的選擇UZ＝UOIZM－IZ>ILmax－ILmin3.限流電阻R的選擇（1）當(dāng)電網(wǎng)電壓最高和負(fù)載電阻最大時，穩(wěn)壓管IZ的值最大3.限流電阻R的選擇（2）當(dāng)電網(wǎng)電壓最低和負(fù)載電阻最小時，穩(wěn)壓管IZ的值最小在如圖所示電路中，變壓器的內(nèi)阻及二極管的正向電阻均可忽略不計，正常工作時，測得整流、濾波后的電壓平均值UI＝36V，UO＝15V，試問在下列情況下是P1～P4點處什么地方開路。（1）UI=

42.4V，這是因為

點開路；（2）UI＝27V，

這是因為

點開路；（3）UI＝13.5V，這是因為

點開路；（4）UO

＝18V，這是因為

點開路。在如圖所示電路中，變壓器的內(nèi)阻及二極管的正向電阻均可忽略不計，正常工作時，測得整流、濾波后的電壓平均值UI＝36V，UO＝15V，試問在下列情況下是P1～P4點處什么地方開路。（1）UI

=42.4V，這是因為

P3

點開路；（2）UI＝27V，

這是因為

P2

點開路；（3）UI＝13.5V，這是因為

P1和P2

點開路；（4）UO

＝18V，這是因為

P4

點開路。P4一直流穩(wěn)壓電源如圖所示：變壓器副邊電壓是20V，穩(wěn)壓管Dz的穩(wěn)壓值Uz＝8V，R＝1KΩ，RL＝1KΩ。

a.開關(guān)K1、K2都打開時，Uo＝

伏，UL＝

伏二極管UDRM＝

伏。

b.開關(guān)K1閉合、K2打開時，Uo＝

伏，UL＝

伏二極管UDRM＝

伏c.開關(guān)K1、K2都閉合時，Uo＝

伏，UL＝

伏18

９

２４

1２

２４

8

在下圖所示電路中，參數(shù)如圖中所標(biāo)注，變壓器內(nèi)阻與二極管正向電阻均可忽略不計。

⑴若電路正常工作，估算UI的平均值。

⑵若P2點斷開，求

UI平均值。

⑶若P1、P2兩點均斷開，求UI的平均值。

⑷若P3點斷開，估算UI平均值。

⑸若P4點斷開，求

UO的值。

⑹若P5點斷開，求

UO的值。36V27V13.5V42V18V12V穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點：（1）輸出電流小帶負(fù)載能力差（2）輸出電壓不可調(diào)UI（UO不變）IZURIRRLILIZ（UO不變）10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路改進(jìn)：（1）提高帶負(fù)載能力——在輸出端加一射極輸出器一、基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路改進(jìn)：（2）使輸出電壓可調(diào)——在射極輸出器前加一帶有負(fù)反饋的放大器。調(diào)節(jié)反饋系數(shù)即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)為了進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端。

二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路的構(gòu)成2.穩(wěn)壓原理UOUNUBUOUOUNUBUO電壓串聯(lián)負(fù)反饋++++_3.輸出電壓的可調(diào)范圍由于U+=U-

，UF=UZ，

所以則：3.輸出電壓的可調(diào)范圍當(dāng)R2

的滑動端調(diào)至最右端時，UO為最小值當(dāng)R2

的滑動端調(diào)至最左端時，UO為最大值，4.常見畫法調(diào)整管比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電阻調(diào)整管：是電路的核心，UCE隨UI和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。基準(zhǔn)電壓：是UO的參考電壓。取樣電阻：對UO

的取樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定UO

。比較放大：將UO

的取樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。舉例：分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍因為：所以：小結(jié)：穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，帶負(fù)載能力差，輸出電壓不可調(diào)。具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引入電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；可通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)使輸出電壓可調(diào)?；菊{(diào)整管穩(wěn)壓電路輸出電流大，帶負(fù)載能力強，但是輸出電壓不可調(diào)例.電路如圖所示為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。⑴標(biāo)出集成運放同相輸入端和反相輸入端；⑵求出UO的調(diào)節(jié)范圍；⑶若VT1管的管壓降UCE>3V才能正常工作，則UI至少應(yīng)選多少伏？解：⑴上“－”，下“＋”（2分）⑵，⑶（4分）（4分）如圖所示串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，三極管的UBE＝0.7V，試求解：（1）正常工作時UO的值；（2）當(dāng)R3短路時，UO的值；（3）當(dāng)R2開路時，UO的值。UO=20VUO=10VUO=10V

⑴正確理解直流穩(wěn)壓電源的組成和各部分的作用。

⑵能夠分析整流電路的工作原理，估算輸出電壓及電流的平均值。本章小結(jié)⑶了解濾波電路工作原理，能夠估算電容濾波電路輸出電壓平均值。

⑷掌握穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理，能夠合理選擇限流電阻。

⑸正確理解串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理，能夠估算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。1.直流穩(wěn)壓電源如圖