模电课件第十章直流电源

模模电课件第十章直流件第十章直流电源源基本要求基本要求(1)(1)掌握直流稳压电源的组成及各部分的作用。掌握直流稳压电源的组成及各部分的作用。(2)(2)能够分析整流电路的工作原理能够分析整流电路的工作原理,估算输出电压估算输出电压(流流)的平均值。的平均值。(3)(3)了解滤波电路的工作原理了解滤波电路的工作原理,能够估算输出电压的平均值。能够估算输出电压的平均值。(4)(4)掌握稳压管稳压电路的工作原理，能够合理选择限流电阻。掌握稳压管稳压电路的工作原理，能够合理选择限流电阻。(5)(5)正确理解串联稳压电路的工作原理，能够估算输出电压正确理解串联稳压电路的工作原理，能够估算输出电压的调节范围。的调节范围。(6)(6)了解集成稳压器的工作原理及使用方法。了解集成稳压器的工作原理及使用方法。101 101 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路220V220V 50Hz50HzU UO O+-10.1.1 10.1.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流变为合适的交流电压电压u2。整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流转变为平滑的直流电压电压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持保持输出电压输出电压uo的稳定。的稳定。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo10.1.2 10.1.2 直流稳压电源各部分的作用直流稳压电源各部分的作用本课主要介绍：单相半波整流，单相桥式整流本课主要介绍：单相半波整流，单相桥式整流整流电路分类：整流电路分类：整流电路的任务：整流电路的任务：单相单相三相三相半波半波全波全波桥式桥式倍压整流倍压整流二极管二极管可控硅可控硅u uO O0 0t tD DR RL L+-u uO O+-u uD D220V220V50Hz50HzA AB B10.2.1 10.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路102 102 整流电路整流电路1.1.电路结构及工作原理电路结构及工作原理u uD D0 0t t0 0t tu u2 2 2 2 3 3 4 4 2 2 3 3 2 2 3 3 4 4 4 4 二极管二极管D D两端电压两端电压u uD D2 2、主要参数、主要参数u uO O0 0t t 2 2 3 3 4 4 u uO O的平均值的平均值U UO(AV)O(AV)为为负载电流的平均值负载电流的平均值整流输出电压的脉动系数整流输出电压的脉动系数S SD DR RL L+-u uO O+-u uD D220V220V50Hz50HzA AB B整流输出电压的基波峰值与整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。输出电压平均值之比。3.3.二极管的选择二极管的选择二极管的正向平均整流电流二极管的正向平均整流电流整流二极管承受的最大反向电压整流二极管承受的最大反向电压D DR RL L+-u uO O+-u uD D220V220V50Hz50HzA AB Bu uO O0 0t tu uD D0 0t t0 0t tu u2 2 2 2 3 3 4 4 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 在选用二极管时，留有在选用二极管时，留有10%10%的的特点：结构简单，变压器利用率低。特点：结构简单，变压器利用率低。裕量，最大整流平均电流和最裕量，最大整流平均电流和最高反向工作电压的选取：高反向工作电压的选取：10.2.2 10.2.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路D D1 1R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB BD D2 2D D4 4D D3 31 1、单相桥式整流电路的组成、单相桥式整流电路的组成D D1 1R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB BD D2 2D D4 4D D3 3D D1 1R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB BD D2 2D D4 4D D3 3R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB B(-)(+)+-D D1 1R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB BD D2 2D D4 4D D3 32 2、工作原理工作原理设设0 0t tu u2 2 2 2 3 3 4 4 u uD D0 0t t 2 2 3 3 4 4 u uD2D2,u uD4D4u uD1D1,u uD3D30 0t t 2 2 3 3 4 4 i iD Di iD2D2,i iD4D4i iD1D1,i iD3D3u uO O0 0t t 2 2 3 3 4 4 3.3.主要参数主要参数u uO O0 0t t 2 2 3 3 4 4 4.4.二极管的选择二极管的选择单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的单相桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，并变压器副边电压下，对二极管的参数要求一样，并且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等且还具有输出电压高、变压器利用率高、脉动小等优点，因而得到相当广泛的应用。优点，因而得到相当广泛的应用。D1RL1uO1220V50HzABD2D4D3RL2uO2+-（-）（+）D1RLuOD2D6D5D3D4+-u2Au2Bu2C0tuD0tu2u2Au2Bu2Cu2ABu2ACu2BCu2BAu2CAu2CB将桥式整流电路变压器副将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将两个负边中点接地，并将两个负载电阻相连接，且连接点载电阻相连接，且连接点接地，两个负载上就分别接地，两个负载上就分别获得正负电源。可见，利获得正负电源。可见，利用桥式整流电路可以轻而用桥式整流电路可以轻而易举地获得正负电源，这易举地获得正负电源，这是其它类型整流电路难于是其它类型整流电路难于做到的。做到的。在实际应用中，当整流电在实际应用中，当整流电路的输出功率超过几千瓦路的输出功率超过几千瓦且又要求脉动较小时，就且又要求脉动较小时，就需要采用三相整流电路。需要采用三相整流电路。其变压器副边的三个端均其变压器副边的三个端均应接两只二极管，且一只应接两只二极管，且一只接阴极，另一只接阳极。接阴极，另一只接阳极。集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uo+-+滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLLRLC10 3 10 3 滤波电路滤波电路D D1 1R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB BD D2 2D D4 4D D3 3C C+10.3.110.3.1 电容滤波电路电容滤波电路u uO O0 0 t t 2 2 ab bc cd d1.1.电路组成电路组成u uO O0 0 t t 2 2 u uO O0 0 t t 2 2 R RL LC C大大R RL LC C小小2.2.滤波原理（二极管为理想二极管）滤波原理（二极管为理想二极管）设设t t=0=0时，电容时，电容u uc c=2U=2U2 2t t0 0时，时，u u2 20 0，C C通过通过R RL L放电放电,uuc cu u2 2 u uc cC C被充电被充电,uuc c u u2 2 u uc c重复上述过程。重复上述过程。理想情况下波形理想情况下波形考虑整流电路内阻时的波形考虑整流电路内阻时的波形R RL LC C不同时不同时U UC C的波形的波形u uO O0 0 t t 2 2 3.3.输出电压平均值输出电压平均值当当 R RL LC C=(3-5)T/2(3-5)T/2 时，时，电容的耐压值应大于电容的耐压值应大于4.4.脉动系数为脉动系数为u uO O0 0 t t 2 2 i i0 0 t t2 2 i iD Di iO O 5.5.整流二极管的导通角整流二极管的导通角D D1 1R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB BD D2 2D D4 4D D3 3C C+例例10.3.110.3.1在图中所示电路中，已知电网电压的波动范围为在图中所示电路中，已知电网电压的波动范围为10%10%，U UO(AV)O(AV)1.21.2U U2 2。要求输出电压平均值。要求输出电压平均值U UO(AV)O(AV)=15V=15V，负载电流平均值，负载电流平均值I IL(AV)L(AV)=100mA=100mA。试选择合适的滤波电容。试选择合适的滤波电容。解：根据解：根据U UO(AV)O(AV)1.2 1.2U U2 2可知，可知，电容的容量为电容的容量为2.2.变压器副边电压有效值为变压器副边电压有效值为电容的耐压值为电容的耐压值为实际可选取容量为实际可选取容量为300300 F F、耐压为、耐压为25V25V的电容做本电路的滤波电容。的电容做本电路的滤波电容。R RL LC C=(3-5)T/2(3-5)T/210.3.2 10.3.2 倍压整流电路（利用滤波电容的存储作用，由多个倍压整流电路（利用滤波电容的存储作用，由多个电容和二极管可以获得几倍于变压器副边电压的输出电压。）电容和二极管可以获得几倍于变压器副边电压的输出电压。）220V220V50Hz50HzD D1 1+-u uO Ou u2 2A AB BD D2 2C C1 1C C2 2+-+-(-)(+)+-+-220V50HzD D1 1u u2 2D D2 2C C1 1C C2 2D D3 3C C4 4C C6 6C C3 3C C5 5D D4 4D D5 5D D6 6+-+-（+）（-）+-+-+-+-+-（+）（-）+-+-+-+-+-+-+-（+）（-）+-+-+-+-可见，可见，C1对电荷对电荷的存储作用，使的存储作用，使输出电压为变压输出电压为变压器副边电压峰值器副边电压峰值的的2倍，即为二倍倍，即为二倍压整流电路。压整流电路。多倍压整流电路。多倍压整流电路。即从即从C1两端作为输两端作为输出端，输出电压出端，输出电压 ，以，以C2两端作为输两端作为输出端，输出电压出端，输出电压 ，以，以C1和和C3上电压上电压相加作为输出端，输相加作为输出端，输出电压出电压 ，从，从不同位置输出，输出不同位置输出，输出电压可获得电压可获得 的的4、5、6倍的输出倍的输出电压。电压。10.3.3 10.3.3 其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路1.1.电感滤波电路电感滤波电路R RL L+-u uO Ou u2 2220V220V50Hz50HzA AB BL LU UD(AV)D(AV)+u ud d+-电感滤波后的输出电压平均值电感滤波后的输出电压平均值输出电压的交流分量输出电压的交流分量当忽略电感线圈的直流当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压电阻时，输出平均电压约为：约为：Uo=0.9U2对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短相当于短路路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电电压大部分降在压大部分降在XL上。上。因此，因此，在输在输出端得到比较平滑的直流电压。出端得到比较平滑的直流电压。R RL L+-u uO OL Lu uD D+-C C2.2.复式滤波电路复式滤波电路R RL L+-u uO OL Lu uD D+-C C2 2C C1 1R RL L+-u uO OR Ru uD D+-C C2 2C C1 1LCLC滤波电路滤波电路型滤波电路型滤波电路型滤波电路型滤波电路稳压电路的作用稳压电路的作用:清除电网波动及负载变化清除电网波动及负载变化的影响的影响,保持输出电压保持输出电压uouo的稳定。的稳定。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压稳压电源类型稳压电源类型:以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。10-4 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路10.4.1 电路的组成电路的组成RL+-uOR-DZCu2220V50HzABUI+IRIDZIO+稳压电路稳压电路iuOUZIZIZM从稳压管稳压电路可得两个基本关系式从稳压管稳压电路可得两个基本关系式10.4.2 稳压原理稳压原理电网电压电网电压 UI 负载减小负载减小 Io IDZ UO(UZ)IR UR UO UR Uo IZ IR UO 10.4.310.4.3 性能指标性能指标稳压系数稳压系数S Sr r输出电阻定义输出电阻定义R RL L+-R R-r rZ Z U UI I+U UO OR RL L+-u uO OR R-D DZ ZC Cu u2 2220V220V50Hz50HzA AB BU UI I+I IR RI ID DZ ZI IO O+稳压电路稳压电路10.4.410.4.4 电路参数的选择电路参数的选择1.1.稳压电路输入电压稳压电路输入电压U UI I的选择的选择2.2.稳压管选择稳压管选择3.3.限流电阻限流电阻R R的选择的选择i iu uO OU UZ ZI IZ ZI IZMZM已知：已知：U Uo o、I IL Lmaxmax、I ILminLminR RL L+-u uO OR R-D DZ ZC Cu u2 2220V220V50Hz50HzA AB BU UI I+I IR RI ID DZ ZI IO O+稳压电路稳压电路10-5 10-5 串联型稳压电路串联型稳压电路10.5.110.5.1 具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路R RL L+-D DZ ZU UI I+U UO OT TR R3 3R R2 2R R1 1A A+-R R基准电压电路基准电压电路调整管调整管比较放大比较放大取样取样电路电路1.1.电路的构成电路的构成2.2.稳压原理稳压原理当电网电压波动时当电网电压波动时当电网电压波动时当电网电压波动时电路引入深度电压负反电路引入深度电压负反馈来稳定输出电压。馈来稳定输出电压。R RL L+-D DZ ZU UI I+U UO OT TR R3 3R R2 2R R1 1A A+-R R基准电压电路基准电压电路调整管调整管比较放大比较放大取样取样电路电路3.3.输出电压的可调范围输出电压的可调范围当负载电阻变化时当负载电阻变化时当负载电阻变化时当负载电阻变化时4.4.调整管的选择调整管的选择当负载电流最大时，流过当负载电流最大时，流过T T管发管发忽略忽略R R1 1上的电流，上的电流，当输入电压最高，同时当输入电压最高，同时当晶体管的集电极电流当晶体管的集电极电流在选择调整管在选择调整管T T时，应保证时，应保证R RL L+-D DZ ZU UI I+U UO OT TR R3 3R R2 2R R1 1A A+-R R主要考虑极限参数主要考虑极限参数I ICMCM、U U(BR)CEO(BR)CEO和和P PCMCM。射极的电流最大射极的电流最大输出电压又最低时；输出电压又最低时；最大，且管压降最大时，最大，且管压降最大时，R RL L+-D DZ ZU UI I+U UO OT TR R3 3R R2 2R R1 1A A+-R R基准电压电路基准电压电路调整管调整管比较放大比较放大取样取样电路电路 例例10.5.110.5.1 电路如图所示，已知输入电压电路如图所示，已知输入电压U UI I的波动范围为的波动范围为10%10%，调，调整管的饱和压降整管的饱和压降U UCESCES=2V=2V，输出电压输出电压U UO O的调节范围为的调节范围为5 520V20V，R R1 1=R R3 3=200=200 。试问。试问：（：（1 1）稳压管的稳定电压）稳压管的稳定电压U UZ Z和和R R2 2的取值各为多的取值各为多少？（少？（2 2）为使调整管正常工作，在电网电压为）为使调整管正常工作，在电网电压为220V220V时时，U UI I的值至少的值至少应取多少应取多少？解：解：（1 1）输出电压最小值为：）输出电压最小值为：最大值为最大值为解得解得R R2 2=600 =600 ，U UZ Z=4V=4V。（2 2）即即得出得出U UI I 24.7V 24.7V，故，故U UI I至少应取至少应取25V25V。5.5.串联型稳压电路的方框图串联型稳压电路的方框图调整管调整管比较放比较放大电路大电路保护电路保护电路基准电基准电压电路压电路取取样样电电路路+U UI I-+U UO O-R RL LT1调整管调整管R3、T2比较放大比较放大R1、RW、R2采样电阻采样电阻R、UZ基准电压基准电压R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2 实际的稳压电源采取的改进措施实际的稳压电源采取的改进措施1.比较放大级采用差动放大器或集成运放比较放大级采用差动放大器或集成运放2.2.调整管采用复合三极管调整管采用复合三极管3.采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)4.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益5.内部加短路和过热保护电路内部加短路和过热保护电路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成化集成稳压电源集成稳压电源10.5.3 10.5.3 集成稳压器电路集成稳压器电路按内部工作方式：按内部工作方式：按型号分：按型号分：w79w79、w17w17、w37w37系列系列串联型、并联型、开关型。串联型、并联型、开关型。w78w78、特点：体积小特点：体积小,可靠性高可靠性高,使用灵活使用灵活,价格低廉价格低廉串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路按功能可分：按功能可分：固定式稳压电路固定式稳压电路（输出电压不能进行调节，为（输出电压不能进行调节，为固定值）和固定值）和可调式稳压电路可调式稳压电路（可通过外接元件使输出电压得（可通过外接元件使输出电压得到很宽的调节范围）。到很宽的调节范围）。从外形上看，集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入从外形上看，集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端（或调整端），因而称为三端稳压器。端、输出端和公共端（或调整端），因而称为三端稳压器。1.1.三端固定稳压器三端固定稳压器w78w78（正输出）（正输出）w79w79（负输出）（负输出）输出电流有输出电流有0.1A0.1A、0.5A0.5A、1.5A1.5A三个等级。三个等级。输出电压有输出电压有5V5V、6V 6V、9V 9V、12V 12V、15V 15V、18V18V、24V24V、七个等级。、七个等级。(1)(1)型号及技术指标型号及技术指标W7905 输出输出-5VW7909 输出输出-9VW7912 输出输出-12VW7915 输出输出-15VW7805 输出输出+5VW7809 输出输出+9VW7812 输出输出+12VW7815 输出输出+15VW7800系列系列 稳定正电压稳定正电压W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压(2)(2)应用应用基本应用电路基本应用电路扩大输出电流的稳压电路扩大输出电流的稳压电路W7800W7800R RL L+-U UO OU UI I+-C Ci i0.33uF0.33uFC Co o1uF1uFW7800W7800R RL L+-U UO OU UI I+-C C1 1C C2 2D D10uF10uF+R RT TI IR RI IO OCiCi用于抵消输入线较长时的用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生电感效应，以防止电路产生自激振荡；自激振荡；CoCo用于消除输出用于消除输出电压中的高频噪声，以便输电压中的高频噪声，以便输出较大的脉冲电流；二极管出较大的脉冲电流；二极管用来保护稳压器。用来保护稳压器。输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路W7800W7800R RL L+-U UO OU UI I+-C Ci iC Co oR R1 1I IR R1 1I IW WR R2 2I IR R2 2R RL L+-C Ci iU UI I+U UO OR R3 3R R2 2R R1 1A A+-W7800W7800C Co o+-UUO OW7800W7800R RL L+U+UO O+U+UI IC Ci iC Co oW7900W7900C Ci iC Co o-U-UI I-U-UO OD D1 1D D2 2正、负输出稳压电路正、负输出稳压电路由于公共端电流由于公共端电流IwIw的变化将的变化将影响输出电压，实用电路中影响输出电压，实用电路中常加电压跟随器将稳压器与常加电压跟随器将稳压器与采样电阻隔离。如左图：电采样电阻隔离。如左图：电压跟随器的输出电压压跟随器的输出电压UoUo是是一个常数，改变电位器滑动一个常数，改变电位器滑动端的位置，即可调节输出电端的位置，即可调节输出电压压UoUo的大小。以输出电压的的大小。以输出电压的正端为参考点，则输出电压正端为参考点，则输出电压为范围如左。为范围如左。2.2.三端可调集成稳压器三端可调集成稳压器型号及技术指标型号及技术指标w117w117、w217w217、w137w137、W317(W317(正输出）；正输出）；w237w237、W337(W337(负输出）。负输出）。输出电流有输出电流有0.1A0.1A、0.5A0.5A、1.5A1.5A三个等级。三个等级。输出电压可在输出电压可在1.251.2537V37V内连续可调。内连续可调。作作 业业 10.6 10.8 10.9 10.12 10.15人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。