模拟电子技术第十章.ppt

直流电源 第十章 第十章直流电源 10 1直流电源的组成及各部分作用 10 2整流电路 10 3滤波电路 10 4稳压二极管稳压电路 10 5串联型稳压电路 10 6开关型稳压电路 第三版童诗白 第三版童诗白 本章重点和考点 1 重点掌握整流 滤波和稳压的流程及参数的计算 2 掌握串联型稳压电路原理及集成稳压器的使用 第三版童诗白 本章讨论的问题 1 如何将50Hz 220V的交流电压变为6V的直流电压 2 220V的交流电压经整流后是否输出220V的直流电压 3 将市场销售的6V直流电源接到收音机上 为什么有的声音清晰 有的含有交流声 4 对于同样标称输出电压为6V的直流电源 在未接收音机时 为什么测量输出端子的电压 有的为6V 而有的为7 8V 第三版童诗白 5 为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时输出电压不变 而有的随之变化 6 一个5V交流电压是否可能转换为6V直流电压 一个3V电池是否可以转换成为6V的直流电压 7 对于一般直流电源 若不慎将输出端短路 则一定会使损坏吗 8 线性电源和开关型电源有和区别 它们分别应用在什么场合 本章讨论的问题 10 1直流电源的组成及各部分的作用 图10 1 1直流稳压电源的方框图 电网电压 电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 负载 整流 将交流变为直流的过程 滤波 将脉动的直流电压变为平滑的直流电压 10 2整流电路 10 2 1整流电路的分析方法及其基本参数 优点 使用元件少 缺点 输出波形脉动大 直流成分小 变压器利用率低 图10 2 2 一 工作原理 图10 2 1单相半波整流电路 二 主要参数 1 输出电压平均值UO AV 输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值 2 负载电流的平均值 3 脉动系数 三 二极管的选择 根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号 二极管的正向电流等于负载电流平均值 二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压 对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10 的余地 以保证二极管安全工作 10 2 2单相桥式整流电路 图10 2 4单向桥式整流电路 图10 2 5单向桥式整流电路的习惯画法 一 单向桥式整流电路的组成 在实用电路中 多采用全波整流电路 最常用的是单向桥式整流电路 二 工作原理 1 u2 0时 电流由 流出 经D1 RL D2流入 2 u2 0时 电流由 流出 经D3 RL D4流入 图10 2 6单相桥式整流电路的波形图 动画avi 15 1 avi 三 输出电压平均值UO AV 和输出电流的平均值IO AV 脉动系数 四 二极管的选择 每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流 所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半 二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压 对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10 的余地 以保证二极管安全工作 如何实现正 负电源 将桥式整流电路变压器副边中点接地 并将二个负载电阻相连接 且连接点接地 三相整流电路 图10 2 7利用桥式整流电路实现正 负电源 uO1为正 uO2为负 变压器副边的三个端均应接二只二极管 一只接阳极 另一只接阴极 D1D2D3轮流导通 阳极电位高的D先导通 D4D5D6轮流导通 阴极电位低的D先导通 滤波电路的结构特点 电容与负载RL并联 或电感与负载RL串联 交流电压 脉动直流电压 直流电压 10 3滤波电路 滤波 将脉动的直流电压变为平滑的直流电压 10 3 1电容滤波电路 图10 3 1 a 滤波电路 滤波电路 滤波电容容量较大 一般采用电解电容器 电容滤波电路利用电容的充放电作用 使输出电压趋于平滑 滤波电路输出电压波形 动画avi 15 3 avi 动画avi 15 2 avi 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析 其电路如图所示 一 滤波原理 电容器的充 放电 RL未接入时 忽略整流电路内阻 充电结束 没有电容时的输出波形 uc RL接入 且RLC较大 时 忽略整流电路内阻 无滤波电容时的波形 加入滤波电容时的波形 充电 放电 u2上升 u2大于电容上的电压uc u2对电容充电 uo uc u2时间常数 RL Rint C u2下降 u2小于电容上的电压 二极管承受反向电压而截止 电容C通过RL放电 uc按指数规律下降 时间常数 RLC 放电时间常数 远远大于充电时间常数 滤波效果取决于放电 其值愈大 滤波效果愈好 二 输出电压平均值 当负载开路时 当RLC 3 5 T 2时 考虑电网电压波动 电容的耐压值应大于 三 脉动系数S P524 约为10 20 2 多倍压整流电路 适用于要求输出电压较高 负载电流较小的场合 图10 3 7多倍压整流电路 10 3 3其它形式的滤波电路 一 电感滤波电路 L愈大 滤波效果愈好 适用于负载电流较大的场合 二 LC滤波电路 输出直流电压为 脉动系数S 适用于各种场合 图10 3 8单相桥式电感滤波电路 图10 3 9复式滤波电路 a 三 LC 型滤波电路 图10 3 9复式滤波电路 b 四 RC 型滤波电路 图10 3 9复式滤波电路 c 适用于负载电流较小的场合 适用于负载电流较小的场合 三 各种滤波电路的比较 表10 3 1各种滤波电路的性能比较 10 4稳压二极管稳压电路 10 4 1稳压管稳压电路的组成 整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因 负载变化 电网电压波动 图10 4 1稳压二极管组成的稳压电路 两个基本公式 稳压管的伏安特性 图10 4 2稳压管的伏安特性 在稳压管稳压电路中 只要使稳压管始终工作在稳压区 保证稳压管的电流 IZ IDZ IZM 输出电压UO就基本稳定 10 4 2稳压原理 1 UI不变 RL减小 RL IL UR UO IZ IR IL IZ 基本不变 2 RL不变 UI升高 UI UO IZ UR UO UI UR 基本不变 UO UO 电网电压波动 负载变化 稳压电路应从以下二个方面考察其稳压特性 IL 综上所述 在稳压二极管所组成的稳压电路中 利用稳压管所起的电流调节作用 通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿 来达到稳压的目的 基本调整管电路 图10 5 1 b 加晶体管扩大负载电流的变化范围稳压电路 图10 5 1 c 常见画法的稳压电路 T的工作电源为UI 不稳定 输入信号 为稳定电压UZ 在UI变化或负载电阻RL变化时 输出电压基本不变 稳压原理 晶体管的调节作用 T应工作在放大状态 调整管与负载串联 串联型稳压电源电路 调整管工作在线性区 线性稳压电源电路 二 具有放大环节的串联型稳压电路 基本调整管稳压电路输出电压仍不可调节 且输出电压将因UBE的变化而变化 稳定性较差 1 电路的构成 图10 5 2具有放大环节的串联型稳压电路 a 原理电路图 电路组成 b 常见画法 采样电路 R1 R2 R3 比较放大电路 A 基准电压电路 由R VDZ提供 调整管 VT 2 稳压原理 UI UO UF UId UBE IC UO 图10 5 2具有放大环节的串联型稳压电路 动画avi 16 1 avi 3 输出电压的可调范围 由于U U UF UZ 所以 当R2的滑动端调至最上端时 UO为最小值 当R2的滑动端调至最下端时 UO为最大值 则 图10 5 2串联型直流稳压电路 4 调整管的选择 一 集电极最大允许电流ICM 二 集电极和发射极之间的最大允许电压U BR CEO 三 集电极最大允许耗散功率PCM 四 稳压电路的输入直流电压 五 变压器副边电压 三 串联型稳压电路的方框图 实用的串联型稳压电路至少包括调整管 基准电压电路 取样电路 比较放大电路四个部分组成 此外为使电路安全工作 还常在电路中加保护电路 图10 5 3串联型稳压电路的方框图 动画avi 16 2 avi 10 5 3集成稳压器电路 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 因而称为三端稳压器 固定式稳压电路 W78XX W79XX 可调式稳压电路 W117 W217 W317 一 W78XX三端稳压器 稳定正电压 输出电压有七个等级 5V 6V 9V 12V 15V 18V和24V 如W7805 输出 5V W7809 输出 9V 输出电流有三个等级 1 5A 0 5A M 和0 1A L 如W7805 输出 5V 最大输出电流为1 5A W78M05 输出 5V 最大输出电流为0 5A W78L05 输出 5V 最大输出电流为0 1A W79XX系列 稳定负电压 1三端集成稳压器的组成 图10 5 14W7800的原理框图 2 主要参数 输入端和输出端之间的电压允许值为3 13V 二 W117三端集成稳压器 1 原理框图 2 主要参数 10 5 4三端稳压器的应用 一 三端稳压器的外形及电路方框图 图10 5 16三端稳压器的外形和方框图 不同封装形式 正负电源管脚号不同 图 c d 为金属封装式 4 输出电压可调的稳压电路 图10 5 20 5 正 负输出稳压电路 W7800和W7900配合 可以得到正 负输出稳压电路 图10 5 21正 负输出稳压电路 两只二极管起保护作用 三 W117的应用 1 基准电压源电路 2 典型应用电路 图10 5 22基准电压源电路 图10 5 23典型应用电路 输出电压可以调节 输出电压很稳定 1 25V最大输出电流可达1 5AR为泄放电阻 串联稳压电路结构简单 调节方便 输出电压稳定纹波电压小 所以目前被广泛应用 但是调整管工作在放大状态自身功耗大 故效率低 仅为30 40 并且为了解决散热问题必须加保护电路和散热片所以体积庞大而开关稳压电路工作在截止状态时电流很小 工作在饱和状态时饱和压降很小 所以管耗小 效率可以达到70 95