電工技術電子技術清華29教學案例

第29講海南風光此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責任！直流穩(wěn)壓電源1.直流穩(wěn)壓電源的組成和功能2.單相整流電路(17.2.1)3.濾波電路4.穩(wěn)壓電路(12.8.2)5.集成穩(wěn)壓電源(12.8.2)清華大學電機系電工學教研組唐慶玉編1997年12月9/27/2024電工電子技術電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。1.直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo9/27/2024電工電子技術單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波本課主要介紹：單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。整流電路分類：整流電路的任務：9/27/2024電工電子技術單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouD

t

23409/27/2024電工電子技術輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io)：()ò=pwp2021tduUoo=()òpwp

021tdsinwt22U=p2245.02UU=u1u2aTbDRLuouDioIo=Uo/RL=0.45U2/RL

uo

20t9/27/2024電工電子技術二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRLuouDiouD

20tUDRM二極管上的平均電流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向電壓:9/27/2024電工電子技術(2)單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–原理：+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應出兩個相等的電壓u2當u2正半周時，D1導通，D2截止。當u2負半周時，D2導通，D1截止。9/27/2024電工電子技術u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u2uouD1

t

2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二極管正向壓降9/27/2024電工電子技術輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io)：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo

20t()ò=pwp

01tduUoo=()òpwp

01tdsinwt22UIo=Uo/RL=0.9U2/RL

=p229.02UU=29/27/2024電工電子技術二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二極管上的平均電流：oDII21=uD

20tDRM22UU=2二極管承受的最高反向電壓：9/27/2024電工電子技術(3)單相橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成：由四個二極管組成橋路RLD1D3D2D4u2uou2uo9/27/2024電工電子技術+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周時電流通路D1、D4導通，D2、D3截止9/27/2024電工電子技術-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負半周時電流通路D2、D3導通，D1、D4截止9/27/2024電工電子技術u2>0時D1,D4導通D2,D3截止電流通路:a

D1

RL

D4bu2<0時D2,D3導通D1,D4截止電流通路:b

D2

RL

D4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值：

Uo=0.9U2負載電流平均值:Io=Uo/RL=0.9U2/RL

二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo9/27/2024電工電子技術集成硅整流橋：u2uo+

–

~+~-

+–9/27/2024電工電子技術(4)整流電路的主要參數(shù)負載電壓Uo的平均值為:()ò=πootduπU2021w負載上的(平均)電流:LoRUIo=(a)整流輸出電壓的平均值uo

20t9/27/2024電工電子技術

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。(b)脈動系數(shù)Ｓ用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出uo

分解后可得:uo

20t基波基波峰值輸出電壓平均值9/27/2024電工電子技術平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。oDII21=例如：在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導通。因此，流過每只整流二極管的平均電流ID

是負載平均電流的一半。二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：(c)二極管平均電流與反向峰值電壓（選購時：二極管額定電流

2ID)（選購時：最大反向電壓

2URM)9/27/2024電工電子技術3.濾波電路濾波電路的結構特點:

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RLLRLC9/27/2024電工電子技術(1)電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。(a)電容濾波原理a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC9/27/2024電工電子技術RL未接入時(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結束沒有電容時的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc9/27/2024電工電子技術RL接入（且RLC較大）時(忽略整流電路內(nèi)阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無濾波電容時的波形加入濾波電容時的波形9/27/2024電工電子技術uotu2上升，u2大于電容上的電壓uc，u2對電容充電，uo=uc

u2u2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)

=RLC9/27/2024電工電子技術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u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC9/27/2024電工電子技術u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時(考慮整流電路內(nèi)阻)9/27/2024電工電子技術一般取)105(TCRτL-3=(T:電源電壓的周期)近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL

流過二極管瞬時電流很大RLC越大

Uo越高

負載電流的平均值越大;

整流管導電時間越短

iD的峰值電流越大(b)電容濾波電路的特點

輸出電壓平均值Uo與時間常數(shù)RLC有關RLC愈大

電容器放電愈慢

Uo(平均值)愈大

二極管承受的最高反向電壓9/27/2024電工電子技術(2)電感濾波電路電路結構:在橋式整流電路與負載間串入一電感L就構成了電感濾波電路。u2u1RLLuo9/27/2024電工電子技術電感濾波原理對諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：u2u1RLLuo對直流分量:

XL=0相當于短路,電壓大部分降在RL上9/27/2024電工電子技術(3)RC–

型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1′RLRC–

型濾波器將RC–

型濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)長C–

型濾波器9/27/2024電工電子技術4.穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用: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9/27/2024電工電子技術穩(wěn)壓電源類型:以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開關型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設備)電路最簡單，但是帶負載能力差，一般只提供基準電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時有限，這里不做介紹。9/27/2024電工電子技術(1)穩(wěn)壓電路的主要性能指標(a)穩(wěn)壓系數(shù)S（越小越好）穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動時對穩(wěn)壓電路的影響。定義為當負載固定時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。(b)輸出電阻Ro（越小越好）輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負載變化的影響。定義為當輸入電壓固定時輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。9/27/2024電工電子技術(2)串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路(a)電路結構的一般形式串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成：（1）基準電壓；（2）比較放大；（3）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件UOT+_UI比較放大基準電壓Uo取樣URFUORL調(diào)整元件+–+–9/27/2024電工電子技術因調(diào)整管與負載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負反饋，故稱之為：

串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。若因輸入電壓變化或負載變化而使UO加大,比較放大電路使UB1變小,從而使UO降低.UOT1+_UI比較放大基準電壓Uo取樣URFUORL調(diào)整元件+–+–UB1+UIUoRLR3比較放大9/27/2024電工電子技術T1調(diào)整管R3、T2比較放大R1、RW、R2采樣電阻R、UZ基準電壓(b)一種實際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB29/27/2024電工電子技術穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo當UI增加或輸出電流減小使Uo升高時R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）9/27/2024電工電子技術(c)輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍因為：OU2BEZUU+22WRR+21WRRR++=()22221BEZWWOUURRRRRU++++=所以：2221ZWWURRRRR+++=忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB29/27/2024電工電子技術例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+++=

4=6V4.74.7++=4.74.7+4.7221ZWOmaxURRRRU++=

4=12V4.74.7++=4.74.79/27/2024電工電子技術(d)實際的穩(wěn)壓電源采取的改進措施1.比較放大級采用差動放大器或集成運放2.調(diào)整管采用復合三極管3.采用輔助電源(比較放大部分的電源)4.用恒流源負載代替集電極電阻以提高增益5.內(nèi)部加短路和過熱保護電路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成穩(wěn)壓電源9/27/2024電工電子技術5.集成穩(wěn)壓電源特點：體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路類型：W7800系列——穩(wěn)定正電壓

W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+1