學習模電第10章直流電源

第一節(jié)單相整流電路單相半波整流電路整流電路的主要參數直流電源的組成單相橋式整流電路下頁總目錄一、直流電源的組成下頁上頁電子設備中所用的直流電源，通常是由電網提供的交流電經過整流、濾波和穩(wěn)壓后得到的。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，脈動成分小；輸出電壓的幅值穩(wěn)定；交流電變換成直流電時的轉換效率高。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。首頁

電源變壓器整流電路濾波器穩(wěn)壓電路電網電壓負載電網電壓信號整流輸出信號濾波輸出信號變壓器輸出信號穩(wěn)壓輸出信號下頁上頁首頁利用具有單向導電性能的整流元件，將正負交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。濾波器的作用：盡可能地將單向脈動電壓中的脈動成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用：使輸出的直流電壓，在電網電壓或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。整流電路的作用：下頁上頁首頁OωtuoO

ωtuDωtOiO=iD二.單相半波整流電路RLVDTiD++++----iou1u2uDuo單相半波整流電路RL2U22U22U2iO

=

iD

=

RLu2uO

=u2

uD

=0iO

=iD

=0uO

=0uD

=

u2u2負半周內：u2正半周內Oωtu2π2π3π2U2sinωt2U2下頁上頁首頁優(yōu)點:

結構簡單，所用元件少，缺點：輸出波形脈動大；直流成分比較低；變壓器利用率低；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。所以只能用在輸出電流較小，要求不高的場合。下頁上頁OωtuoO

ωtuDωtOiO=iDRL2U22U22U2Oωtu2π2π3π2U2sinωt2U2首頁三、單相橋式整流電路1.電路組成VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2電路中用了四個二極管，接成電橋形式，故稱為橋式整流電路。下頁上頁首頁++--uiu2RL+-uo2.橋式整流電路的其他畫法++--uiu2RL+-uoVD1VD3VD4VD2下頁上頁首頁OuoωtiD1/

iD2

ωtioωtOωtωtOOOiD3/

iD4uD13.工作原理VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2ωtOu2π2π3π2U2RL2U2RL2U2RL2U22U22U2u2

正半周內，VD1、VD2

導電，VD3、VD4

截止；u2

負半周時，VD3、VD4導電，VD1、VD2截止。正、負半周均有電流流過負載電阻RL且方向一致。下頁上頁首頁四、整流電路的主要參數1.輸出直流電壓

UO(AV)UO(AV)=uOd(ωt)

2π12π0UO(AV)=2U2sinωtd(ωt)

=U2=0.9

U2π1π0π

222.脈動系數

S以單相橋式整流電路為例ωtOuoπ2π3π2U2脈動系數定義為：輸出電壓的基波（Uo1m）和平均值(Uo(av))之比下頁上頁首頁UO1m=U23π

423.二極管正向平均電流

ID(AV)ID(AV)=IO(AV)214.二極管最大反向峰值電壓

URMURM=2U2下頁上頁首頁整流電路輸出波形的傅立葉級數表示為：由于輪流導通，所以：IO(AV）為輸出電流表10-1單相整流電路的主要參數

主要參數電路形式UO（AV）/U2SID（AV）/IO（AV）URM/U2半波整流0.45157%100%1.41橋式整流0.9067%50%1.41第二節(jié)濾波電路電感濾波電路電容濾波電路復式濾波電路下頁總目錄一、電容濾波電路橋式整流、電容濾波電路VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2Cic+1.電路組成下頁上頁首頁2.工作原理ωtOu2π2π3π4π5πiD1ωtOuO=uCOωtVD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2Cic+下頁上頁首頁uO=uCOωt2U2RLC

=∞RLC大RLC小RLC

≥(3~5)2T

在橋式整流情況下T為電網交流電壓的周期。UO(AV)

≈1.2U2此時下頁上頁3.濾波電容的選擇和輸出直流電壓的估算首頁（1）電容濾波電路適用于小電流負載。（2）電容濾波電路的外特性比較軟。濾波電路的輸出電壓UO(AV)與輸出電流IO(AV)之間的關系曲線稱為外特性。電容濾波電路的UO(AV)

將隨著IO(AV)

而變化。電容濾波適用于負載電流變化不大的場合。（3）采用電容濾波時，整流二極管中將流過較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。下頁上頁4.電容濾波電路的特點首頁（1）加了電容濾波以后，輸出電壓的直流成分提高了。（2）加電容濾波以后，輸出電壓中的脈動成分降低了。（3）電容濾波電路的輸出直流電壓UO(AV)

將隨著輸出直流電流IO(AV)

而變化。（5）電容放電的時間常數τ

=RLC

愈大，放電過程愈慢，則輸出電壓愈高，同時脈動成分也愈少，即濾波效果愈好。（4）接入電容以后，整流二極管的導通時間縮短了。下頁上頁結論：首頁二、電感濾波電路橋式整流、電感濾波電路VD1++--u1u2RL+-uoVD4VD3VD2AL接入濾波電感后，由于電感的直流電阻很小，交流阻抗很大，因此直流成分流過電感后基本上沒有損失，交流分量很大部分降落在電感上，從而降低了輸出電壓中的脈動成分。下頁上頁1.電路組成和工作原理首頁下頁上頁2.輸出直流電壓和脈動系數如果忽略電感的直流電阻，則輸出直流電壓為：設A點的直流電壓為，基波電壓的最大值為，脈動系數為。輸出的基波電壓最大值為：輸出電壓的脈動系數為：首頁S`=0.67下頁上頁3.電感濾波電路的特點（1）電感濾波電路適用于大電流負載。（2）電感濾波電路的外特性比較硬。（3）由于電感有延長整流管導電管電角的趨勢，因此電流的波形比較平滑，避免了在整流管中產生較大的沖擊電流。首頁1.LC

濾波電路+-u2RL+-uoC+ALLC濾波電路在負載電流較大或較小時均有良好的濾波作用。電感濾波和LC濾波電路克服了整流管電流較大的缺點，外特性比較硬,與電容濾波相比，

UO(AV)較低，體積、重量大為增加。三、復式濾波電路下頁上頁首頁2.LC-∏型濾波電路+-u2RL+-uoC2+ALLC濾波電路LC-∏型濾波電路輸出電壓的脈動系數比僅有LC濾波時更小，波形更加平滑。輸出直流電壓提高了。缺點是整流管的沖擊電流比較大，外特性比較軟。C1+下頁上頁首頁RL+-uo+-u2u'oRC2C1++優(yōu)點：可進一步降低輸出電壓的脈動系數。缺點：R上有直流壓降；整流管的沖擊電流仍比較大；外特性比電容濾波更軟，只適用于小電流的場合。3.RC–П型濾波電路下頁上頁首頁圖10-2各種濾波電路的性能比較序號

性能類型UO（AV）/U2適用場合整流管的沖擊電流外特性1電容濾波1.2小電流大軟2RC-型濾波1.2小電流大更軟3LC-

型濾波1.2小電流大軟4電感濾波0.9大電流小硬5LC濾波0.9適應性較強小硬第三節(jié)硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理穩(wěn)壓電路中限流電阻的選擇穩(wěn)壓電路的主要指標穩(wěn)壓電路的內阻和穩(wěn)壓系數下頁總目錄一、穩(wěn)壓電路的主要指標1.內阻RO2.穩(wěn)壓系數Sr定義為：經過整流濾波后輸入到穩(wěn)壓電路的直流電壓UI不變時，穩(wěn)壓電路的輸出電壓變化量ΔUO與輸出電流ΔIO變化量之比。定義為：當負載不變時，穩(wěn)壓電路輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。下頁上頁首頁IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ二、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成和工作原理1.假設穩(wěn)壓電路的輸入電壓UI保持不變，R上的壓降IZ將急劇減小IR也將減小UO維持基本穩(wěn)定必不可少下頁上頁首頁2.假設負載電阻RL保持不變，R上的壓降增大IZ將急劇增加IR也將增加UO維持基本穩(wěn)定當電網電壓波動或負載電流變化時，通過調節(jié)R上的壓降來保持輸出電壓基本不變。下頁上頁IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ首頁四、穩(wěn)壓電路中限流電阻的選擇硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中的限流電阻是很重要的組成元件。限流電阻R

的阻值必須選擇恰當，才能保證穩(wěn)壓電路在電網電壓或負載變化時，很好地實現穩(wěn)壓作用。IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ若限流電阻R的阻值太大，當IL增大時，IZ減小，穩(wěn)壓管可能失去穩(wěn)壓作用；若限流電阻R的阻值太小，當RL很大或開路時，IZ增大，穩(wěn)壓管可能被損壞。下頁上頁首頁1.當電網電壓最高和負載電流最小時,I

Z的值最大：RUImax-UZ-I

Lmin<I

ZmaxR

>UImax-UZI

Zmax+I

Lmin2.當電網電壓最低和負載電流最大時,I

Z的值最?。篟UImin-UZ-I

Lmax>I

ZminR

<UImin-UZIZmin+ILmaxRUI-UZ-I

L=I

Z下頁上頁IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ首頁第四節(jié)串聯型直流穩(wěn)壓電路輸出電壓的調節(jié)范圍穩(wěn)壓電路的過載保護電路組成和工作原理調整管的選擇下頁總目錄+-u2RC+RLiLUo+-UFVDZ+-AR1R2R3R'2R"2UI+-VT采樣電阻放大電路基準電壓調整管一、電路組成和工作原理下頁上頁1.電路組成首頁2.工作原理+-u2RC+RLiLUo+-UFVDZ+-AR1R2R3R'2R"2UI+-VT串聯型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的過程，實質上是通過電壓負反饋使輸出電壓保持基本穩(wěn)定的過程。下頁上頁首頁二、輸出電壓的調節(jié)范圍UZ

=

UF

=R″2

+R3

R1

+R2

+R3

UOUO

=R″2

+R3

R1

+R2

+R3

UZRRLUo+-UFVDZ+-AR1R2R3R'2R"2UI+-VTUZUOmin=R2+R3

R1+R2+R3

UZUOmax=

R3

R1+R2+R3

UZ通過改變采樣電阻中電位器R2的滑動端位置進行調節(jié)。下頁上頁首頁三、調整管的選擇1、集電極最大允許電流：ICM>ILmax+IR

其中ILmax為輸出最大電流。IR采樣電流。2、最大允許反向電壓：U(BR)ECO>U`Imax

其中U`Imax為空載時整流電路的最大輸出3、集電極最大功耗：PC=UCEIC=(UI-UO)

IC

考慮到極端情況PCM>(UImax-UOmin)

ICmax四.過流保護工作原理+-u2RC+RLiLUo+-UFVDZ+-AR1R2R3R'2R"2UI+-VTR4的值一般很小，根據輸出電流的大小考慮，當負載電流不超過額定值時，保護三極管不起作用，但電流達到一定值時，保護管開始導通，并開始從調整管的基極分流，于是就限制了輸出電流的增長，保護了調整管。這是限流型保護電路，還有截止型保護電路。下頁上頁首頁R4第五節(jié)集成穩(wěn)壓器與開關型穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器的主要參數三端集成穩(wěn)壓器的組成三端集成穩(wěn)壓器的應用開關型穩(wěn)壓電路的特點和分類開關型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理下頁總目錄一、三端集成穩(wěn)壓器的組成電路內部包括了串聯型直流穩(wěn)壓電路的各個組成部分,另外加上保護電路和啟動電路。UI+-UO+-調整管啟動電路基準電源放大電路保護電路采樣電路輸入端輸出端下頁上頁首頁二、三端集成穩(wěn)壓器的主要參數三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓值通?？煞譃槠邆€等級±5V、±6V、±8V、±12V、±15V、±18V、±24V主要參數：輸入電壓、輸出電壓、電壓調整率、電流調整率、最小壓差、輸出噪聲、輸出電阻、峰值電流、輸出溫漂等。輸出電流有三個等級：1.5A（W7800和W7900系列）、

0.5A（W78M00和W79M00系列）、

0.1A（W78L00和W79L00系列）。下頁上頁首頁1.三端集成穩(wěn)壓器的封裝形式和引腳三、三端集成穩(wěn)壓器的應用下頁上頁1—輸入端3—公共端2—輸出端78xx1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xxW7800INOUTGND123W7900INOUTGND123首頁應至少比UO高2V2.三端集成穩(wěn)壓器應用電路++--uiu2UIC+2000μFVDRLUOCIW7800CO120.33μF0.1μF3CI改善紋波電壓CO改善負載瞬態(tài)響應保護內部調整管下頁上頁(1)基本應用電路首頁++--uiu2UIC+2000μFVDRLUOCIW7800CO120.33μF0.1μF3下頁上頁為了瞬時增減負載電流時，不致引起輸出電壓有較大的波動。即用來改善負載的瞬態(tài)響應