學(xué)習(xí)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(shù)直流電源的組成單相橋式整流電路下頁(yè)總目錄一、直流電源的組成下頁(yè)上頁(yè)電子設(shè)備中所用的直流電源，通常是由電網(wǎng)提供的交流電經(jīng)過(guò)整流、濾波和穩(wěn)壓后得到的。對(duì)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(dòng)成分??；輸出電壓的幅值穩(wěn)定；交流電變換成直流電時(shí)的轉(zhuǎn)換效率高。直流電源一般包括四個(gè)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(yè)

電源變壓器整流電路濾波器穩(wěn)壓電路電網(wǎng)電壓負(fù)載電網(wǎng)電壓信號(hào)整流輸出信號(hào)濾波輸出信號(hào)變壓器輸出信號(hào)穩(wěn)壓輸出信號(hào)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動(dòng)電壓。濾波器的作用：盡可能地將單向脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)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(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。整流電路的作用：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(fù)半周內(nèi)：u2正半周內(nèi)Oωtu2π2π3π2U2sinωt2U2下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)優(yōu)點(diǎn):

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元件少，缺點(diǎn)：輸出波形脈動(dòng)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(chǎng)合。下頁(yè)上頁(yè)OωtuoO

ωtuDωtOiO=iDRL2U22U22U2Oωtu2π2π3π2U2sinωt2U2首頁(yè)三、單相橋式整流電路1.電路組成VD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2電路中用了四個(gè)二極管，接成電橋形式，故稱為橋式整流電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)++--uiu2RL+-uo2.橋式整流電路的其他畫(huà)法++--uiu2RL+-uoVD1VD3VD4VD2下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)OuoωtiD1/

iD2

ωtioωtOωtωtOOOiD3/

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

正半周內(nèi)，VD1、VD2

導(dǎo)電，VD3、VD4

截止；u2

負(fù)半周時(shí)，VD3、VD4導(dǎo)電，VD1、VD2截止。正、負(fù)半周均有電流流過(guò)負(fù)載電阻RL且方向一致。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)四、整流電路的主要參數(shù)1.輸出直流電壓

UO(AV)UO(AV)=uOd(ωt)

2π12π0UO(AV)=2U2sinωtd(ωt)

=U2=0.9

U2π1π0π

222.脈動(dòng)系數(shù)

S以單相橋式整流電路為例ωtOuoπ2π3π2U2脈動(dòng)系數(shù)定義為：輸出電壓的基波（Uo1m）和平均值(Uo(av))之比下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)整流電路輸出波形的傅立葉級(jí)數(shù)表示為：由于輪流導(dǎo)通，所以：IO(AV）為輸出電流表10-1單相整流電路的主要參數(shù)

主要參數(shù)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(fù)式濾波電路下頁(yè)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.工作原理ωtOu2π2π3π4π5πiD1ωtOuO=uCOωtVD1++--u1u2RL+-iouoVD4VD3VD2Cic+下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)uO=uCOωt2U2RLC

=∞RLC大RLC小RLC

≥(3~5)2T

在橋式整流情況下T為電網(wǎng)交流電壓的周期。UO(AV)

≈1.2U2此時(shí)下頁(yè)上頁(yè)3.濾波電容的選擇和輸出直流電壓的估算首頁(yè)（1）電容濾波電路適用于小電流負(fù)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(guān)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(fù)載電流變化不大的場(chǎng)合。（3）采用電容濾波時(shí)，整流二極管中將流過(guò)較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。下頁(yè)上頁(yè)4.電容濾波電路的特點(diǎn)首頁(yè)（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(dòng)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(shí)間常數(shù)τ

=RLC

愈大，放電過(guò)程愈慢，則輸出電壓愈高，同時(shí)脈動(dòng)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(dǎo)通時(shí)間縮短了。下頁(yè)上頁(yè)結(jié)論：首頁(yè)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(guò)電感后基本上沒(méi)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(dòng)成分。下頁(yè)上頁(yè)1.電路組成和工作原理首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)2.輸出直流電壓和脈動(dòng)系數(shù)如果忽略電感的直流電阻，則輸出直流電壓為：設(shè)A點(diǎn)的直流電壓為，基波電壓的最大值為，脈動(dòng)系數(shù)為。輸出的基波電壓最大值為：輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)為：首頁(yè)S`=0.67下頁(yè)上頁(yè)3.電感濾波電路的特點(diǎn)（1）電感濾波電路適用于大電流負(fù)載。（2）電感濾波電路的外特性比較硬。（3）由于電感有延長(zhǎng)整流管導(dǎo)電管電角的趨勢(shì)，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。首頁(yè)1.LC

濾波電路+-u2RL+-uoC+ALLC濾波電路在負(fù)載電流較大或較小時(shí)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(diǎn)，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(fù)式濾波電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(dòng)系數(shù)比僅有LC濾波時(shí)更小，波形更加平滑。輸出直流電壓提高了。缺點(diǎn)是整流管的沖擊電流比較大，外特性比較軟。C1+下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)RL+-uo+-u2u'oRC2C1++優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)一步降低輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)。缺點(diǎn)：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(chǎng)合。3.RC–П型濾波電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖10-2各種濾波電路的性能比較序號(hào)

性能類型UO（AV）/U2適用場(chǎng)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(yīng)性較強(qiáng)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(biāo)穩(wěn)壓電路的內(nèi)阻和穩(wěn)壓系數(shù)下頁(yè)總目錄一、穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)1.內(nèi)阻RO2.穩(wěn)壓系數(shù)Sr定義為：經(jīng)過(guò)整流濾波后輸入到穩(wěn)壓電路的直流電壓UI不變時(shí)，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(dāng)負(fù)載不變時(shí)，穩(wěn)壓電路輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(shè)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(yè)上頁(yè)首頁(yè)2.假設(shè)負(fù)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(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)R上的壓降來(lái)保持輸出電壓基本不變。下頁(yè)上頁(yè)IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ首頁(yè)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(dāng)，才能保證穩(wěn)壓電路在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時(shí)，很好地實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ若限流電阻R的阻值太大，當(dāng)IL增大時(shí)，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(dāng)RL很大或開(kāi)路時(shí)，IZ增大，穩(wěn)壓管可能被損壞。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.當(dāng)電網(wǎng)電壓最高和負(fù)載電流最小時(shí),I

Z的值最大：RUImax-UZ-I

Lmin<I

ZmaxR

>UImax-UZI

Zmax+I

Lmin2.當(dāng)電網(wǎng)電壓最低和負(fù)載電流最大時(shí),I

Z的值最?。篟UImin-UZ-I

Lmax>I

ZminR

<UImin-UZIZmin+ILmaxRUI-UZ-I

L=I

Z下頁(yè)上頁(yè)IRRUI+-RLILUO+-IZVDZ首頁(yè)第四節(jié)串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍穩(wěn)壓電路的過(guò)載保護(hù)電路組成和工作原理調(diào)整管的選擇下頁(yè)總目錄+-u2RC+RLiLUo+-UFVDZ+-AR1R2R3R'2R"2UI+-VT采樣電阻放大電路基準(zhǔn)電壓調(diào)整管一、電路組成和工作原理下頁(yè)上頁(yè)1.電路組成首頁(yè)2.工作原理+-u2RC+RLiLUo+-UFVDZ+-AR1R2R3R'2R"2UI+-VT串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)電壓負(fù)反饋使輸出電壓保持基本穩(wěn)定的過(guò)程。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)二、輸出電壓的調(diào)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(guò)改變采樣電阻中電位器R2的滑動(dòng)端位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)三、調(diào)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(shí)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(guò)流保護(hù)工作原理+-u2RC+RLiLUo+-UFVDZ+-AR1R2R3R'2R"2UI+-VTR4的值一般很小，根據(jù)輸出電流的大小考慮，當(dāng)負(fù)載電流不超過(guò)額定值時(shí)，保護(hù)三極管不起作用，但電流達(dá)到一定值時(shí)，保護(hù)管開(kāi)始導(dǎo)通，并開(kāi)始從調(diào)整管的基極分流，于是就限制了輸出電流的增長(zhǎng)，保護(hù)了調(diào)整管。這是限流型保護(hù)電路，還有截止型保護(hù)電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)R4第五節(jié)集成穩(wěn)壓器與開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)三端集成穩(wěn)壓器的組成三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)和分類開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理下頁(yè)總目錄一、三端集成穩(wěn)壓器的組成電路內(nèi)部包括了串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的各個(gè)組成部分,另外加上保護(hù)電路和啟動(dòng)電路。UI+-UO+-調(diào)整管啟動(dòng)電路基準(zhǔn)電源放大電路保護(hù)電路采樣電路輸入端輸出端下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)二、三端集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓值通?？煞譃槠邆€(gè)等級(jí)±5V、±6V、±8V、±12V、±15V、±18V、±24V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。輸出電流有三個(gè)等級(jí)：1.5A（W7800和W7900系列）、

0.5A（W78M00和W79M00系列）、

0.1A（W78L00和W79L00系列）。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)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(yīng)用下頁(yè)上頁(yè)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(yè)應(yīng)至少比UO高2V2.三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路++--uiu2UIC+2000μFVDRLUOCIW7800CO120.33μF0.1μF3CI改善紋波電壓CO改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)保護(hù)內(nèi)部調(diào)整管下頁(yè)上頁(yè)(1)基本應(yīng)用電路首頁(yè)++--uiu2UIC+2000μFVDRLUOCIW7800CO120.33μF0.1μF3下頁(yè)上頁(yè)為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)，不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。即用來(lái)改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)