模擬電子技術(shù)-第十章

直流電源第十章10.1直流電源的組成及各部分的作用圖10.1.1直流穩(wěn)壓電源的方框圖電網(wǎng)電壓電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負載整流：將交流變?yōu)橹绷鞯倪^程。濾波：將脈動的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸?0.2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?。蛔儔浩骼寐实?。圖10.2.2一、工作原理圖10.2.1單相半波整流電路二、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載電阻上電壓的平均值2.負載電流的平均值3.脈動系數(shù)三、二極管的選擇根據(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。二極管的正向電流等于負載電流平均值二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值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。10.2.2單相橋式整流電路圖10.2.4單向橋式整流電路圖10.2.5單向橋式整流電路的習(xí)慣畫法一、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二、工作原理1.u2>0時，電流由+流出，經(jīng)D1、RL、D2流入-。2.u2<0時，電流由-流出，經(jīng)D3、RL、D4流入+。iD1iD2iD3iD4uD3uD4uD1uD2圖10.2.6單相橋式整流電路的波形圖三、輸出電壓平均值UO(AV)

和輸出電流的平均值IO(AV)

脈動系數(shù)：四、二極管的選擇每只二極管只在變壓器副邊電壓的半個周期通過電流，所以每只二極管的平均電流只有負載電阻上電流平均值的一半。二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值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。將橋式整流電路變壓器副邊中點接地，并將二個負載電阻相連接，且連接點接地。三相整流電路圖10.2.7利用橋式整流電路實現(xiàn)正、負電源圖10.2.8三相整流電路uO1

為正；uO2為負變壓器副邊的三個端均應(yīng)接二只二極管，一只接陽極，另一只接陰極。D1D2D3輪流導(dǎo)通，陽極電位高的D先導(dǎo)通；D4D5D6輪流導(dǎo)通，陰極電位低的D先導(dǎo)通。濾波電路的結(jié)構(gòu)特點:

電容與負載RL并聯(lián)，或電感與負載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闹绷麟妷骸?0.3.1電容濾波電路圖10.3.1(a)濾波電路濾波電路濾波電容容量較大，一般采用電解電容器。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于平滑。濾波電路輸出電壓波形(b)理想情況下的波形(c)考慮整流電路內(nèi)阻時的波形以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。一、濾波原理a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（電容器的充、放電）RL未接入時(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒有電容時的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入（且RLC較大）時

(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot無濾波電容時的波形加入濾波電容時的波形充電放電au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuotu2上升，u2大于電容上的電壓uc，u2對電容充電，uo=uc

u2時間常數(shù)

=(RL//Rint

)Cu2下降，u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)

=RLC放電時間常數(shù)

遠遠大于充電時間常數(shù)，濾波效果取決于放電，其值愈大，濾波效果愈好。二、輸出電壓平均值當(dāng)負載開路時當(dāng)RLC＝（3~5)T/2時考慮電網(wǎng)電壓波動，電容的耐壓值應(yīng)大于三、脈動系數(shù)S

約為10%~20%u2tuot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。二極管中的電流充電電流au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC四、整流二極管的導(dǎo)通角二極管的導(dǎo)通角<

五、電容濾波電路的輸出特性和濾波特性1.輸出特性當(dāng)濾波電容選定后，輸出電壓平均值UO（AV）和輸出電流平均值IO（AV）的關(guān)系。2.濾波特性脈動系數(shù)S和輸出電流平均值IO（AV）的關(guān)系。圖10.3.5a電容濾波電路的輸出特性圖10.3.5b電容濾波電路濾波的特性10.3.2倍壓整流電路1.二倍壓整流電路iD1iD2圖10.3.6二倍壓整流電路負載上的電壓在理想情況下是變壓器副邊電壓的二倍+_2.多倍壓整流電路+-+--+u2+-+-+-+-+-適用于要求輸出電壓較高、負載電流較小的場合。圖10.3.7多倍壓整流電路10.3.3其它形式的濾波電路一、電感濾波電路

L愈大，濾波效果愈好；適用于負載電流較大的場合。二、LC濾波電路輸出直流電壓為：脈動系數(shù)S：適用于各種場合。圖10.3.8單相橋式電感濾波電路圖10.3.9復(fù)式濾波電路(a)三、LC-

型濾波電路圖10.3.9復(fù)式濾波電路(b)四、RC-

型濾波電路圖10.3.9復(fù)式濾波電路(c)適用于負載電流較小的場合適用于負載電流較小的場合三、各種濾波電路的比較表10.3.1各種濾波電路的性能比較序號性能類型U

O（AV）/U2適用場合整流管的沖擊電流和導(dǎo)通角外特性1電容濾波1.2小電流大/小軟2RC-

型濾波1.2小電流大/小更軟3LC-

型濾波1.2小電流大/小軟4電感濾波0.9大電流小/大硬5LC濾波0.9適應(yīng)性較強小/大硬10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.4.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成整流濾波電路輸出電壓不穩(wěn)定的主要原因：·負載變化；·電網(wǎng)電壓波動。圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路

兩個基本公式UI＝UR+UOIR＝IDZ+IL穩(wěn)壓管的伏安特性圖10.4.2穩(wěn)壓管的伏安特性在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，只要使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)，保證穩(wěn)壓管的電流：IZ≤IDZ≤IZM

輸出電壓UO就基本穩(wěn)定。10.4.2穩(wěn)壓原理1.UI

不變，RL

減小RLILURUOIZIR=IL+IZ基本不變2.RL不變，UI升高UIUOIZURUO=UI-

UR基本不變UOUO·電網(wǎng)電壓波動；·負載變化。穩(wěn)壓電路應(yīng)從以下二個方面考察其穩(wěn)壓特性IL綜上所述，在穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路中，利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻R上電壓或電流的變化進行補償，來達到穩(wěn)壓的目的。10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)一、內(nèi)阻Ro二、穩(wěn)壓系數(shù)Sr三、電壓調(diào)整率四、電流調(diào)整率內(nèi)阻和穩(wěn)壓系數(shù)的估算1.內(nèi)阻Ro2.穩(wěn)壓系數(shù)Sr當(dāng)rZ

<<RL，rZ

<<R時，圖10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的交流等效電路10.4.4電路參數(shù)的選擇在選擇元件時，應(yīng)首先知道負載所要求的輸出電壓UO，負載電流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－ILminIZM>ILmax+IZ3.限流電阻R的選擇（1）.當(dāng)電網(wǎng)電壓最高和負載電流最小時，穩(wěn)壓管IZ的值最大，此時IZ不應(yīng)超過允許的最大值，即或：（2）.當(dāng)電網(wǎng)電壓最低和負載電流最大時，穩(wěn)壓管IZ的值最小，此時IZ不應(yīng)低于其允許的最小值，即或：10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)。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，增大負載電流；在電路中引入電壓負反饋使輸出電壓穩(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)。10.5.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理一、基本調(diào)整管電路DZ(a)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路基本調(diào)整管電路圖10.5.1(b)加晶體管擴大負載電流的變化范圍穩(wěn)壓電路圖10.5.1(c)常見畫法的穩(wěn)壓電路T的工作電源為UI，不穩(wěn)定“輸入信號”為穩(wěn)定電壓UZ在UI變化或負載電阻RL變化時，輸出電壓基本不變。穩(wěn)壓原理：晶體管的調(diào)節(jié)作用，T應(yīng)工作在放大狀態(tài)。調(diào)整管與負載串聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路調(diào)整管工作在線性區(qū)線性穩(wěn)壓電源電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路輸出電壓仍不可調(diào)節(jié)，且輸出電壓將因UBE的變化而變化，穩(wěn)定性較差。1.電路的構(gòu)成圖10.5.2具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(a)原理電路圖電路組成(b)常見畫法采樣電路：R1、R2、R3；比較放大電路：A；基準(zhǔn)電壓電路：由R、VDZ提供。調(diào)整管：VT；2.穩(wěn)壓原理UI

UO

UF

UId

UBE

IC

UCE↑UO

圖10.5.2具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路3.輸出電壓的可調(diào)范圍由于U+=U-，UF=UZ，所以當(dāng)R2

的滑動端調(diào)至最上端時，UO為最小值當(dāng)R2

的滑動端調(diào)至最下端時，UO為最大值，則：圖10.5.2串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路4.調(diào)整管的選擇一、集電極最大允許電流ICM二、集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓U(BR)CEO三、集電極最大允許耗散功率PCM≥≥≥四、穩(wěn)壓電路的輸入直流電壓五、變壓器副邊電壓三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖實用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路至少包括調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、取樣電路、比較放大電路四個部分組成。此外為使電路安全工作，還常在電路中加保護電路。圖10.5.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖10.5.2集成穩(wěn)壓器中的基準(zhǔn)電壓電路和保護電路一、基準(zhǔn)電壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓取決于基準(zhǔn)電壓。要求基準(zhǔn)電壓應(yīng)具有溫度系數(shù)為零，輸出電阻小，噪聲低。1.穩(wěn)壓管基準(zhǔn)電壓電路圖10.5.5穩(wěn)壓管基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管具有正溫度系數(shù)，而晶體管具有負溫度系數(shù)。能進行溫度補償。電路采用射極輸出形式，引入電壓副負反饋。10.5.3集成穩(wěn)壓器電路從外形上看，集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個引腳，分別為輸入端、輸出端和公共端，因而稱為三端穩(wěn)壓器。固定式穩(wěn)壓電路：W78XX、W79XX。可調(diào)式穩(wěn)壓電路：W117、W217、W317。一、W78XX三端穩(wěn)壓器——穩(wěn)定正電壓輸出電壓有七個等級：5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。如W7805，輸出+5V；W7809，輸出+9V輸出電流有三個等級：1.5A、0.5A（M）和0.1A（L）。如W7805，輸出+5V；最大輸出電流為1.5A；W78M05，輸出+5V；最大輸出電流為0.5A；W78L05，輸出+5V；最大輸出電流為0.1A。W79XX系列——穩(wěn)定負電壓1三端集成穩(wěn)壓器的組成圖10.5.14W7800的原理框圖二、W1