模电第十章之直流电源

第十章直流电源10.1直流电源的组成10.2单相整流电路10.3滤波电路10.4倍压整流电路10.5硅稳压管稳压电路10.6串联型直流稳压电路10.7集成稳压器第三版童诗白本章教学基本要求：1、了解直流电源的组成，理解半波、全波、桥式整流电路的工作原理及电路参数。2、理解滤波电路的原理，理解倍压整流电路原理。3、掌握稳压电路的工作原理、主要指标、限流电阻的计算，了解稳压电路中的保护措施。4、掌握串联型稳压电路的组成、工作原理。5、掌握集成稳压器W7800、W7900、W117的应用。应达到的教学目标：学会直流稳压电源的设计，并且能根据设计的要求制作直流稳压电源电路板。第三版童诗白本章重点和难点：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的组成和原理。本章教学时数：4学时3.重点掌握集成稳压器的使用。10.1直流电源的组成图10.1.1直流电源的组成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：将交流变为脉动直流的过程。滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。电源变压器:将交流电网电压变为合适的交流电压。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。10.2单相整流电路二极管导通，uL=u2二极管截止,uL=0+–io+–u20时:u20时:u2uLuDt2340++++12L+uR-L1u2u220VD10.2.1单相半波整流电路tUsin22LRU22优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；利用率低。问题：1.整流电路的构成？2.工程中实用的整流电路是哪类？10.2.2单相全波整流电路+-图10.2.2全波整流电路图10.2.3全波整流电路波形图22U222U1.u20时，电流由+流出，经VD1、RL、流入-。2.u20时，电流由-流出，经VD2、RL、流入+。10.2.3单相桥式整流电路图10.2.4图10.2.5终于出来了！此整流电路是工程实用电路。~+~-+–工作原理1.u20时，电流由+流出，经D1、RL、D2流入-。2.u20时，电流由-流出，经D3、RL、D4流入+。22UL22RU22U22UL22RU图10.2.610.2.4整流电路的主要参数一、输出直流电压(输出电压的平均值)UO(AV))(d2120oO(AV)tuU二、脉动系数SO(AV)O1mUUS三、二极管正向平均电流ID(AV)四、二极管最大反向峰值电压URM在桥式整流电路中，输出直流电压：202O(AV)9.0)(tdsin21UtUU脉动系数：)4cos1542cos342(22OttUu67.02232422O(AV)O1mUUUUS二极管正向平均电流：O(AV)D(AV)21II二极管最大反向峰值电压：2RM2UU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)(d2120oO(AV)tuU2202O(AV)45.02)(tdsin21UUtUU2.负载电流的平均值L2LAVOAVORU45.0RUI）（）（＝3.脉动系数222222O(AV)O1mUUUUS在半波整流电路中问题：半波整流电路的UO(AV)、IO(AV)和S是多少？＝1.571.单相整流电路的主要参数主要参数电路形式UO（AV）/U2SID（AV）/IO（AV）URM/U2半波整流0.45157%100%1.41全波整流0.9067%50%2.83桥式整流0.9067%50%1.41整流电路小结：2.整流电路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，如2CZ12。10.3.1电容滤波电路图10.3.1(a)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(b)理想情况下的波形(c)考虑整流电路内阻时的波形10.3滤波电路问题：1.滤波电路的构成？2.工程中实用的滤波电路是哪类？3.滤波电路的实质是什么？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a桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（电容器的充、放电）（1）RL未接入时(忽略整流电路内阻)即空载（RL=∞）时u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc22UCULU（2）RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻)u2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形充电放电au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuotu2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)Cu2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电容滤波电路小结适用于负载电流较小的场合。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：2O(AV)2.1UU脉动系数S约为10%~20%。2)5~3(LTCR当　　图10.3.1整流管的导电角θ10.3.2RC-型滤波电路输出直流电压为：O(AV)LLO(AV)URRRU脉动系数S约为：SRRCUUSAVOmO)//(1L2)(1适用于负载电流较小的场合。图10.3.4在电容滤波电路的基础上，再加一级RC滤波组成。存在的问题：电阻R上有电压降；整流管冲击电流大。10.3.3电感滤波电路和LC滤波电路一、电感滤波器适用于负载电流比较大的场合。二、LC滤波器输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9.0UUU脉动系数S：SLCS21适用于各种场合。图10.3.5图10.3.6输出直流电压为：2O(AV)9.0UU脉动系数较小10.3.4LC-型滤波电路图10-2各种滤波电路的性能比较序号性能类型UO（AV）/U2适用场合整流管的冲击电流外特性1电容滤波1.2小电流大软2RC-型滤波1.2小电流大更软3LC-型滤波1.2小电流大软4电感滤波0.9大电流小硬5LC滤波0.9适应性较强小硬2O(AV)2.1UU整流管的导电角θ较大S较LC更小10.4倍压整流电路10.4.1二倍压整流电路22UiD1iD222U图10.4.1二倍压整流电路222UUO10.4.2多倍压整流电路+-+-22U-+u2+222U+222U+222U+222U+222U适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。图10.4.2多倍压整流电路10.5硅稳压管稳压电路10.5.1稳压电路的主要指标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。一、内阻Ro常数IOOoΔΔUIUR二、稳压系数Sr常数常数LLOIIOIIOOrΔΔ/Δ/ΔRRUUUUUUUUS10.5.2硅稳压管的伏安特性O图10.5.1硅稳压管的伏安特性IΔUΔ在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。10.5.3硅稳压管稳压电路一、电路组成和工作原理稳压原理：1.UI不变，RL减小RLILURUOIZIR=IL+IZ基本不变2.RL不变，UI升高UIUOIZURUO=UIUR基本不变UOUO图10.5.2二、内阻和稳压系数的估算1.内阻RoZZIOo//ΔΔrRrUUR2.稳压系数Sr当rZRL，rZR时，IZOΔΔURrUOIZIIOOr/Δ/ΔUURrUUUUS所以图10.5.2图10.5.4三、限流电阻的选择1.当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，此时IZ不应超过允许的最大值，即ZmaxLminZImaxIIRUU或：LminZmaxZImaxIIUUR2.当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，此时IZ不应低于其允许的最小值，即ZminLmaxZIminIIRUU或：LmaxZminZIminIIUUR[例10.5.1]在10.5.1所示的电路中，已知UI＝15V，负载电流为10~20mA；稳压管的稳定电压UZ＝6V，最小稳定电流IZ＝5A，最大稳定电流IZM＝40A动态电阻rZ＝15Ω。（1）求解R的取值范围；（2）若R＝250Ω，则稳压系数和输出电阻各为多少？（3）为使稳压性能好一些，R的值是大还是小些，为什么？解：（1）LmaxZminZIminmaxIIUUR＝360ΩLminZmaxZImaxminIIUUR＝180Ω（2）14.0OIZrUURrSZZo//rRrR＝15Ω（3）在允许范围内R的取值应当偏大些。10.6串联式稳压电源稳压管稳压电路的缺点：（1）带负载能力差（2）输出电压不可调改进：（1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器UO=UZ-0.7V++++TU+-+UzDz-LiRURo改进：（2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。++++DzzUR++∞－AR2UURRf1-+L+oT-+-iU由四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。1.串联型稳压电源的构成++++DzzUR++∞－AR2UURRf1-+L+oT-+-iU基准电压调整管取样电路放大比较环节10.6串联型直流稳压电路10.6.1电路组成和工作原理采样电路：R1、R2、R3；放大电路：A；基准电压：由VDZ提供；调整管：VT；稳压过程：UI或ILUOUFUIdUBEICUCE↑UO图10.6.110.6.2输出电压的调节范围由于U+=U，UF=UZ，所以O32132FZURRRRRUU当R2的滑动端调至最上端时，UO为最小值Z32321OURRRRRUZ32321OminURRRRRU当R2的滑动端调至最下端时，UO为最大值，Z3321OmaxURRRRU则：图10.6.1串联型直流稳压电路10.6.3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PCMCOICEC)(IUUIUPCRLmaxCMIII≥2Imax(BR)CEO21.1UUU≥EmaxOmin2CmaxOminImaxCM)2.11.1()(IUUIUUP≥常用低频大功率管(3DD2C)稳压电路的输入直流电压为：V)8~3(OmaxIUU变压器副边电压为：1.21.1I2UU如采用桥式整流、电容滤波，UI=1.2U2稳压管正常工作时，需工作在放大区，UI=(3~8)V例10.6.210.6.4稳压电路的过载保护R4很小，约为1。负载电流超过某一值后，VT2导通，限制VT1中的电流，保护调整管。保护电路的输出特性：UOILO正常稳压区限流保护一、限流型保护电路图10.6.2图10.6.3存在的问题？正常工作时，VT2截止二、截流型保护电路过载时，T2导通，引起正反馈过程：IC2IB1UOUE2UBE2IC2使VT2饱和，输出电压下降到1V左右。检测电阻和保护三极管辅助电源和分压电阻UO和分压电阻工作情况负载故障排除后，由于IL减小，引起正反馈过程：UR4UB2IC2IB1UOIC2使稳压电路的输出电压很快恢复到原来的数值。UE2UBE2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：W7800、W7900。可调式稳压电路：W117、W217、W317。10.7集成稳压器10.7.1三端集成稳压器的组成调整管启动电路基准电压放大电路保护电路采样电路输入端输出端++UOUI图10.7.1三端集成稳压器的