第十章 直 流 電 源

第十章直流電源第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四OCL互補功率放大電路內(nèi)容回顧第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四OTL互補功率放大電路內(nèi)容回顧第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第十章直流電源10.1直流電源的組成及各部分的作用10.2整流電路10.3濾波電路10.4穩(wěn)壓二極管管穩(wěn)壓電路10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.6開關(guān)型穩(wěn)壓電路第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.1直流電源的組成及各部分的作用第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.1直流電源的組成及各部分的作用電源變壓器：把220V電網(wǎng)電壓降至所需電壓。整流電路：把交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓。濾波電路：減小脈動使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路：在電網(wǎng)電壓波動或負載電流變化時保持輸出電壓基本不變。第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.2整流電路

第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.2整流電路

10.2.1半波整流電路二、工作原理一、電路組成當u2處在正半波時，u2>0：當u2處在負半波時，u2<0時+-二極管D導通。二極管D截止。第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、主要參數(shù)

1、輸出電壓平均值2、輸出電流平均值第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.脈動系數(shù)整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比。

三、二極管的選擇一般根據(jù)流過二極管電流的平均值和它所承受的最大反向電壓來選擇二極管的型號。最大整流電流最大反向工作電壓

一般情況下，允許電網(wǎng)電壓有±10%的波動，因此在選用二極管時，對參數(shù)應至少留10%的余地，以保證二極管安全工作。第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

單相半波整流電路的特點：1.簡單易行，所用二極管數(shù)量少；2.輸出電壓低，交流分量大，效率低。3.因此該電路僅適用于整流電流較小，對脈動要求不高的場合。結(jié)論：第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.2.2單相橋式整流電路一、電路組成既有二極管的陰極又有陽極二極管陰極二極管陽極第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二、工作原理正半周，u2>0:D1.D3導通，D2.D4截止負半周，u2<0:D1.D3截止，D2.D4導通D1.D2D3.D4第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、輸出電壓平均值和輸出電流平均值第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四四、二極管的選擇第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四思考1：一個二極管接反時的情況。思考！整流橋中一個二極管接反，可能燒毀變壓器線圈或整流管。第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四思考2：一個二極管短路時的情況。思考！整流橋中一個二極管短路，可能燒毀變壓器線圈或整流管。第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四思考3：一個二極管虛焊（斷路）時的情況。思考！整流橋中一個二極管斷路，變成半波整流。第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

實際應用1：利用橋式整流電路實現(xiàn)正、負電源＋－第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

實際應用1：利用橋式整流電路實現(xiàn)正、負電源（＋）（－）變壓器副邊抽頭不在中間時，輸出的正、負電源是否還對稱？？第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

實際應用2：

半橋式全波整流電路第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四全波整流電路橋式整流電路半波整流電路第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例1（P509）電路如圖所示,已知變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(1)輸出電壓平均值與輸出電流平均值各為多少?(2)電網(wǎng)電壓波動范圍為±10%,二極管的最大平均整流電流IF和最高反向工作電壓UR至少應選取多少?(3)若整流橋中有一只二極管開路,重做(1),(2)。第24頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例（P509）電路如圖所示,已知變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(1)輸出電壓平均值與輸出電流平均值各為多少?第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例（P509）電路如圖所示,已知變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(2)電網(wǎng)電壓波動范圍為±10%,二極管的最大平均整流電流IF和最高反向工作電壓UR至少應選取多少?第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例（P509）電路如圖所示,已知變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(3)若整流橋中有一只二極管開路,重做(1),(2)。若一只二極管開路，則成為半波整流電路。第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.3濾波電路第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四1、濾波電路的概念：消除信號中交流成分的電路。2、濾波的目的（作用）：進一步平滑輸出信號。3、濾波電路常用元件：電阻R、電容C、電感L。4、電路類型：電容濾波電路電感濾波電路一、概述第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二、電容濾波電路在u2正半周D導通，給電容C充電，uC=u21、電路組成2、工作原理第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

在u2正半周變小時，由于電容C放電較慢，使u2<uC，

D截止。2、工作原理D截止第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四到u2下一周期中當u2>uC時，

D導通，u2給電容C充電，uC=u2。2、工作原理D導通第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四結(jié)論加濾波電容后輸出電壓平均值增大。2.加濾波電容后脈動系數(shù)S減小。3.RL越大，放電越慢，則UO(AV)值更大。整流管導通時間短，沖擊電流大，對整流管要求較高。2、工作原理第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3、主要參數(shù)當負載開路時當RLC=(3~5)T/2時:輸出電壓平均值第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四脈動系數(shù)在電容濾波電路中，只有當電容充電時，二極管才導通，而且輸出電流平均值變大，導致二極管在短暫的時間內(nèi)將流過一個很大的沖擊電流。因此必須選用較大容量的整流二極管，通常應選擇IF>(2~3)IO(AV)。>>>>適用于負載電流較小其變化也較小的場合<<<<4、整流二極管的選擇第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例2如圖所示，RL=50歐姆，C=1000uF，U2=20V，UO（AV)有以下幾種情況：（1）28V（2）18V（3）9V分析電路產(chǎn)生了什么故障。>>>>>>>>>RL開路>>>>>>>>>電容開路>>>>>一個二極管開路且電容開路第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。在u2正半周，D1導通，C1充電至，極性如圖。+-+-第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。在u2負半周，D2導通，C2充電至。+-+-+-第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。+-第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。+-+-第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。+-+-+-第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。+-+-+-+-第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。+-+-+-+-+-+-第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。+-+-+-注意由于前一級電容要向后一級電容充電，因此需下一周期補充，即整個過程要經(jīng)過多個周期穩(wěn)定。第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、倍壓整流電路利用二極管的導引作用和電容的儲能作用，實現(xiàn)“整流”、“倍壓”功能。+-+-+-注意以上分析為空載情況，當接上負載后，由于電容有了放電回路，因次電容上的電壓達不到最大值。第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

例3如圖所示，要求輸出電壓UO（AV)=15V，負載電流平均值IL（AV)=100mA,UO（AV)=1.2U2。試問：（1）濾波電容的大小。（2）考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為±10%,濾波電容的耐壓值。解：（1）由UO（AV)=1.2U2可知，C的取值應滿足RLC=（3~5）T/2的條件。第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（2）電容的耐壓值為實際可選取容量為300μF、耐壓為25V的電容。第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例4如圖所示，RL=50歐姆，C=1000uF，U2=20VUO（AV)有以下幾種情況:（1）28V（2）18V（3）9V分析電路產(chǎn)生了什么故障?解：（1）RL開路（2）電容開路（3）一個二極管開路且電容開路第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管的伏安特性及主要參數(shù)IZ≤IDZ≤IZM穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流額定功耗動態(tài)電阻rz=ΔUZ/ΔIZΔIZΔUZ穩(wěn)壓工作區(qū)：穩(wěn)壓條件：1、穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿狀態(tài)（穩(wěn)壓工作區(qū)）。2、穩(wěn)壓管必須和串連的限流電阻一起使用才能完成穩(wěn)壓。？第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四一、電路組成

第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二、穩(wěn)壓原理

當電網(wǎng)電壓變化時，穩(wěn)壓電路通過R上的電壓變化來抵消UI的變化，即ΔUR≈ΔUI，從而使UO基本不變。1、從電網(wǎng)電壓波動的角度電網(wǎng)電壓↑→UI↑→UO(Uz)↑→IDz↑→IR↑→UR↑UO↓第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四2、從負載變化的角度RL↓

→UO(Uz)↓→IDz↓→IR↓二、穩(wěn)壓原理

→UR↓UO↑

當負載電阻變化時，穩(wěn)壓電路通過R上的電壓變化來補償UO的變化，即ΔUR≈ΔUO，從而使UO基本不變。第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四電網(wǎng)電壓↑→UI↑→UO(Uz)↑→IDz↑→IR↑→UR↑UO↓RL↓

→UO(Uz)↓→IDz↓→IR↓UO↑結(jié)論：→UR↓1、穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路中，利用穩(wěn)壓二極管的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻R上的電壓和電流進行補償。2、限流電阻R必不可少。第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四三、性能指標1、穩(wěn)壓系數(shù)：2、輸出電阻：衡量電網(wǎng)電壓波動對穩(wěn)壓電路影響的性能指標。衡量負載電阻變化對穩(wěn)壓電路影響的性能指標。第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四對穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路：

(R>>rZ)交流等效電路(RL>>rZ)第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四已知UO，IL的變化范圍,UI的波動范圍。

UI=（2~3）UO

IZM-IZ>ILmax-ILmin

四、電路參數(shù)的選擇1.UI的選擇2.穩(wěn)壓管的選擇UZ=UOIZM≥ILmax+IZ

第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.限流電阻R的選擇

二極管的最小電流二極管的最大電流第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

一、基本調(diào)整管電路1、穩(wěn)壓原理UB不變第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路構(gòu)成基準電壓電路采樣電路比較放大電路調(diào)整管電路第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四3.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍2.穩(wěn)壓原理UO↑→UN↑→UB↓→UO↓

UO↓

→UN↓→UB↑→UO↑引入了負反饋第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四4.調(diào)整管的選擇參數(shù)確定：調(diào)整管一般為大功率管，選擇時主要考慮三個極限參數(shù)：第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四(1）電路構(gòu)成5.放大環(huán)節(jié)由分立元件組成基準電壓電路采樣電路比較放大電路調(diào)整管電路限流保護電路第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（T3導通）第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四(2）穩(wěn)壓原理UO↑→UB2↑→UC2↓UO↓

引入了負反饋(3）輸出電壓調(diào)節(jié)范圍第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

10.15直流穩(wěn)壓電源如圖P10.15所示。（1）說明電路的整流電路、濾波電路、調(diào)整管、基準電壓電路、比較放大電路、采樣電路等部分各由哪些元件組成。（2）標出集成運放的同相輸入端和反相輸入端。寫出輸出電壓的表達式。第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四10.14電路如圖P10.14所示，已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝6V，晶體管的UBE＝0.7V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UI＝24V。判斷出現(xiàn)下列現(xiàn)象時，分別因為電路產(chǎn)生什么故障（即哪個元件開路或短路）。

（1）UO≈24V；（2）UO≈23.3V；（3）UO≈12V且不可調(diào)；（4）UO≈6V且不可調(diào)；（5）UO可調(diào)范圍變?yōu)?～12V。第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例5兩只穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為5V和10V，正向?qū)妷簽?.7V,將他們串聯(lián)或者并聯(lián)，可能得到幾種電壓值？15V5.7V10.7V1.4V5V0.7V第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

例6已知圖所示電路中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝6V，最小穩(wěn)定電流IZmin＝5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax＝25mA。（1）分別計算UI為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓UO的值；（2）若UI＝35V時負載開路，則會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么？解：（1）當UI＝10V和15V時，假定穩(wěn)壓管未被擊穿，其兩端的電壓為：（未達到穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓，穩(wěn)壓管不穩(wěn)壓）第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（2）29mA＞IZM＝25mA，穩(wěn)壓管將因功耗過大而損壞。當UI＝35V時，(穩(wěn)壓管被反向擊穿)（在穩(wěn)壓工作區(qū)）第72頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四例10.5.1電路如圖所示，已知輸入電壓UI的波動范圍為±10%，調(diào)整管的飽和壓降UCES=2V，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為5~20V，R1＝R3＝200Ω。試問：（1）穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ和R2的取值各為多少？（2）為使調(diào)整管正常工作，UI的取值至少應取多少？第73頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四

解：（1）代入數(shù)據(jù)得：

R2＝600Ω，UZ=4V。第74頁，共83頁，2023年，2月20日，星期四（2）為使調(diào)整管正常工作，須在輸入電壓最低且輸出電壓最高時，保證調(diào)整管工作在放大狀態(tài)。故UI至