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1、模电课件第八章直流电源1本讲稿第一页，共四十一页8.1 8.1 单相整流电路单相整流电路小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适的直流电压的直流电压u4uou3u2交流电源交流电源交流电源交流电源负载负载负载负载变压变压变压变压整流整流整流整流滤波滤波滤波滤波稳压稳压稳压稳压2本讲稿第二页，共四十一页整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：常见的整流电路：常见的整流电路：常见
2、的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：整流原理：整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性3本讲稿第三页，共四十一页8.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路u20时，二极管导时，二极管导通。通。二极管导通i0u1u2aTbDRLu0忽略二极管正向忽略二极管正向压降：压降：u0
3、=u24本讲稿第四页，共四十一页8.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路u20 0 时时D D1 1,D,D3 3导通导通D D2 2,D,D4 4截止截止电流通路电流通路:由由+经经D D1 1R RL LD D3 3 -u u2 20 0 时时D D2 2,D,D4 4导通导通D D1 1,D,D3 3截止截止电流通路电流通路:由由-经经D D2 2R RL LD D4 4 +输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0+-10本讲稿第十页，共四十一页2、负载上的直流电压、负载上的直流电
4、压UL和直流电流和直流电流IL的计算的计算RLu2ILUL1234ab+负载电压负载电压UL的平均值为的平均值为:负载上的负载上的(平均平均)电流电流:uL11本讲稿第十一页，共四十一页3、整流元件的选择、整流元件的选择平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(URM)是选择二极是选择二极管的主要依据。管的主要依据。例如，例如，在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID是负载平是负载平均电流的一半。均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的
5、最大反向电压：12本讲稿第十二页，共四十一页p试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管D D2 2 或或或或D D4 4 断开时负载电断开时负载电断开时负载电断开时负载电压的波形。压的波形。压的波形。压的波形。如果如果如果如果D D2 2 或或或或D D44接反，后果如何？接反，后果如何？接反，后果如何？接反，后果如何？如果如果如果如果D D22或或或或D D4 4因击因击因击因击穿短路，后果又如何？穿短路，后果又如何？穿短路，后果又如何？穿短路，后果又如何？uo+_u+_RLD2D4 D1D3解：解：解：
6、解：当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导通，导通，负载中有电流通负载中有电流通过，负载电压过，负载电压uo o=u；负半周时，；负半周时，D1和和D3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压，uo o=0=0。uo u 2 34twtw234oo13本讲稿第十三页，共四十一页 如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4接反接反接反接反 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流经导通，电流经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压
7、器及而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或或D2、D3将被烧坏。将被烧坏。如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似，电源及接反类似，电源及D1或或D3也也将因电流过大而烧坏。将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D314本讲稿第十四页，共四十一页例：有一直流负载，要求电压为例：有一直流负载，要求电压为27V,电流为电流为90A。采用单相桥式整流电路，试选用所需的整流元件。采用单相桥式整流电路，试选用所需的整流元件。解：根据给定条件，整流元件
8、所通过的电流解：根据给定条件，整流元件所通过的电流整流元件所承受的最大反向电压整流元件所承受的最大反向电压因此，选用的整流元件必须是额定电流因此，选用的整流元件必须是额定电流IF45A,最高反向工作电压最高反向工作电压URM42V.15本讲稿第十五页，共四十一页8.2 滤波电路整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接所要求的波形相距甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。8.2.1电容滤波电容滤波8.2.2电感滤波电感滤波16本讲稿第十六页，共四十一页8.
9、2.1 电容滤波利用电容器两端的利用电容器两端的电压不电压不能突变能突变的特点，将电容器与的特点，将电容器与负载电阻并联，以达到使输负载电阻并联，以达到使输出波形平滑的目的。出波形平滑的目的。从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，并从能量的观点看，由于电抗元件有储能的作用，并联的电容器联的电容器C在电源电压升高时，把部分能量存储起在电源电压升高时，把部分能量存储起来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负来；而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压平滑。载电压平滑。（1）电容滤波电路）电容滤波电路17本讲稿第十七页，共四十一页(2)滤波原理滤波原理负载负载RL未接入：未接入：u
10、i 0，经，经D1、3向向C充电；充电；ui 0，经，经D2、4向向C充电；充电；充电充电=RintC很小，电容很很小，电容很快充到快充到u2最大值。最大值。负载负载RL接入：接入：u2uC，D导通，导通，C经经D充电，因充电，因充电充电较小，故较小，故uC按指数规按指数规律快速上升。律快速上升。如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波的电如此周而复始地进行充放电，形成一个近似锯齿波的电压，使负载电压的纹波成分大为减少。压，使负载电压的纹波成分大为减少。18本讲稿第十八页，共四十一页结论结论1结论结论2滤波电路中二极管的导电角滤波电路中二极管的导电角 180,导电时间缩短。导电时间缩短。因
11、此，在短暂的导电时间内流过因此，在短暂的导电时间内流过二极管很大的冲击电流，这对管子二极管很大的冲击电流，这对管子是不利的，必须选择较大容量的二是不利的，必须选择较大容量的二极管。极管。由于电容的储能作用，使得输由于电容的储能作用，使得输出波形比较平滑，脉动成分降出波形比较平滑，脉动成分降低输出电压的平均值增大。低输出电压的平均值增大。演示演示19本讲稿第十九页，共四十一页结论结论3 放电放电=RLC越大越大,放电过程越慢，放电过程越慢，输出电压中脉动（纹波）成分越输出电压中脉动（纹波）成分越少，滤波效果越好。一般取：少，滤波效果越好。一般取：放电放电（35）T/2，T为电源交流电压的周期。为
12、电源交流电压的周期。当当L很大，即很大，即IL很小时，尽管很小时，尽管C较小较小,RLC仍很大仍很大,电容电容滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的滤波的效果也很好，所以电容滤波适合输出电流较小的场合场合放电放电增大增大t2点要右移，点要右移，t3点要左移，点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线见曲线3。20本讲稿第二十页，共四十一页整流滤波电路中，输出整流滤波电路中，输出直流电压直流电压Uo随负载电流随负载电流Io的的变化关系曲线称外特性。变化关系曲线称外特性。（3）外特性）外特性输出直流电压输出直流电压Uo随负载电流随负载电流Io增加而减
13、小。增加而减小。C值一定，当值一定，当RL=（空载）时，（空载）时，当当C=0（无电容）（无电容）时，时，当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足当整流电路内阻不大（几欧）且放电时间常数满足21本讲稿第二十一页，共四十一页8.2.2 电感滤波（1）滤波原理）滤波原理:对直流分量对直流分量(f=0):XL=0相当于短路相当于短路,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,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。U0=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：当
14、忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLu022本讲稿第二十二页，共四十一页（2）电感滤波的特点）电感滤波的特点:整流管导电角较大整流管导电角较大,峰值电流很小峰值电流很小,输出特性比较输出特性比较平坦平坦,适用于低电压大电流适用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。缺点是的场合。缺点是电感铁芯笨重电感铁芯笨重,体积大体积大,易引起电磁干扰。易引起电磁干扰。u2u1RLLu023本讲稿第二十三页，共四十一页例：例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻，负载电阻RL=200，要求直流输出电压，要求直流输出电压
15、Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值 uRLuo+C解：解：1.1.选择整流二极管选择整流二极管选择整流二极管选择整流二极管可选用二极管可选用二极管IOM=100mAUDRM=50V24本讲稿第二十四页，共四十一页取取RLC=5 T/2已知已知RL=200 2.选择滤波电容器选择滤波电容器可选用可选用C=250 F
16、，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器 uRLuo+C25本讲稿第二十五页，共四十一页8.3 串联反馈稳压电路UI的变化由的变化由UCE调节，因此三调节，因此三极管被称为调整管。极管被称为调整管。因为因为Iz=IR+IB，有，有|Iz|=|IB|。只要。只要Iz在稳压管的正在稳压管的正常范围内，常范围内，Uz就基本保持不变。就基本保持不变。1、串联型稳压电路、串联型稳压电路Uo=Uz UBE1）当电网电压）当电网电压UI波动时波动时Uo基本不变。基本不变。2）当）当RL变化引起输出电流的变化时变化引起输出电流的变化时由于由于UR=UI Uz不变，故流过不变，故流过R的电流不变。的电流不
17、变。演示演示26本讲稿第二十六页，共四十一页输出电流的变化可扩大为输出电流的变化可扩大为（1+）Iz。由于三极管与负载是串联由于三极管与负载是串联的关系此电路称为串联型稳的关系此电路称为串联型稳压电路。压电路。为了改进稳压性能和使输出电压可随意调节，可为了改进稳压性能和使输出电压可随意调节，可1）引入深负电压反馈使输出电阻很小，以稳定输出）引入深负电压反馈使输出电阻很小，以稳定输出电压；电压；2）引入可随意调节放大倍数的放大器以改变输出电压。）引入可随意调节放大倍数的放大器以改变输出电压。上述电路稳压值是固定的，使用不方便。上述电路稳压值是固定的，使用不方便。需要向稳压性能好和输出电压可随意调
18、节方向改进。需要向稳压性能好和输出电压可随意调节方向改进。想一想，该怎么做想一想，该怎么做?27本讲稿第二十七页，共四十一页2、串联反馈式稳压电路1）电路组成和工作原理）电路组成和工作原理组成：组成：采样电路采样电路基准电压和放基准电压和放大电路大电路调整管调整管28本讲稿第二十八页，共四十一页稳压过程稳压过程UI 或或Io Uo UF Uid UB IC UCE Uo 串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过串联反馈式稳压电路的稳压过程，实质上是通过电压负电压负电压负电压负反馈反馈反馈反馈使输出电压保持基本稳定的过程。使输出电压保持基本稳定的过程。29本讲稿第二十九页，共四十一页2）输出电
19、压的调节范围）输出电压的调节范围 Uo的调节通过采样电路的调节通过采样电路R2的滑动端位置来实现。的滑动端位置来实现。深度负反馈下，深度负反馈下，注意：注意：调整管调整管T的调整作用是靠的调整作用是靠UF和和UREF的偏差来实的偏差来实现的，该系统为闭环有差调整系统。现的，该系统为闭环有差调整系统。基准电压直接影响稳压电源的性能。基准电压直接影响稳压电源的性能。30本讲稿第三十页，共四十一页3)稳压电路的保路的保护环节在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故在串联型稳压电路中，调整管与负载串联，故ICIL当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电流过大当输出电流过大或输出短路时，调整管会因为电
20、流过大而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管加以保护。而使管耗过大而损坏。因此，有必要对调整管加以保护。利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作PN结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。保护方法保护方法反馈保护型反馈保护型温度保护型温度保护型截流型截流型限流型限流型31本讲稿第三十一页，共四十一页电阻电阻R 检测调整管的电流，当电流在额定范围内时检测调整管的电流，当电流在额定范围内时UR不足以使不足以使T2导通；而当电流超过额定值后，导通；而当电流超过额定值后，T2导通，将导通，将T1的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用。的基极电流分走一部分，削弱了负反馈作用
21、。限流型保护电路限流型保护电路调整管当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进行当调整管电流超过一定限度时，对它的基极电流进行分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。分流，以限制调整管的发射极电流不至于太大。从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情况下从这电路的外特性曲线可知，即使在输出短路的情况下电流也不会太大。电流也不会太大。32本讲稿第三十二页，共四十一页1）当正常工作时，）当正常工作时，T2处于截止状态，即：处于截止状态，即：若若UIUoU+Ub1IC（Io）Uo 2）当）当Io超过额定值时，保护管超过额定值时，保护管T2导通：导通：引起引起U+上升，稳压管因端电压下降而截止，
22、切断了负反馈回路上升，稳压管因端电压下降而截止，切断了负反馈回路。U+上升引起的一系列变化如下：上升引起的一系列变化如下：U+Ub1Uc1（Uo）Ub2 Ic2U+这样最终导致这样最终导致Uo接近于零，实现了截流作用。接近于零，实现了截流作用。截流型保护电路截流型保护电路33本讲稿第三十三页，共四十一页8.4集成稳压器集成稳压器单片集成稳压电源，具有体积小单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高可靠性高,使用灵活使用灵活,价格低廉等优点。价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端端,故称之为三端固定式集成稳压器。故称之为三端固定式集
23、成稳压器。1.分类分类XXXX两位数字为输出电压值两位数字为输出电压值三三端端稳稳压压器器输出固定电压输出固定电压输出可调电压输出可调电压输出正电压输出正电压78XX输出负电压输出负电压79XX（1.2537V连续可调）连续可调）34本讲稿第三十四页，共四十一页2.2.外形及引脚功能外形及引脚功能外形及引脚功能外形及引脚功能W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1输入端输入端3地地 2输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形1 地地 3输入端输入端2输出端输出端塑料封装塑料封装塑料封装塑料封装35本讲稿第三十五页，共四十一页3.3.性能特点性能特点性能特点性能特点（78007800、
24、79007900系列）系列）系列）系列）输出电流超过输出电流超过1.5A（加散热器）（加散热器）不需要外接元件不需要外接元件内部有过热保护内部有过热保护内部有过流保护内部有过流保护调整管设有安全工作区保护调整管设有安全工作区保护输出电压容差为输出电压容差为4%输出电压额定值有输出电压额定值有输出电压额定值有输出电压额定值有:5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等等 。36本讲稿第三十六页，共四十一页输出为固定正电压时的接法如图所示。输出为固定正电压时的接法如图所示。(1)(1)输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路输入与输输入与输输入与输输
25、入与输出之间的出之间的出之间的出之间的电压差取电压差取电压差取电压差取3 35V5V！4.4.三端固定输出集成稳压器的应用三端固定输出集成稳压器的应用三端固定输出集成稳压器的应用三端固定输出集成稳压器的应用COW7805CiUi+_+_UO123 0.10.33F1F 为了瞬时增减负载电流为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较时不致引起输出电压有较大的波动。即用来改善负大的波动。即用来改善负载的瞬态响应。载的瞬态响应。用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线较长时的电感效应，较长时的电感效应，防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。37本讲稿第三十七页，共四十一页(2)(2)同时输出正、负电压的电
26、路同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路15V23220V 18V+C 18V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO1 F1 F0.33 F0.33 F1000 F1000 F38本讲稿第三十八页，共四十一页U UXXXX:为为为为W78XXW78XX固定输出电压固定输出电压固定输出电压固定输出电压U UOO=U=UXXXX+U+U2 2（3 3）提高输出电压的电路提高输出电压的电路提高输出电压的电路提高输出电压的电路COW78XXCiUI+123UXX+_UO+R2R1_+_+_ U239本讲稿第三十九页，共四十一页（4 4）提高输出电流的电路提高输出电流的电路提高输出电流的电路提高输出电流的电路COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+I1I3IRIB40本讲稿第四十页，共四十一页（5 5）恒流源电路恒流源电路恒流源电路恒流源电路W78XXCiUI+123UXXRLR_+_IQILIL与负载电阻无关，当器件选定后，与负载电阻无关，当器件选定后，UXX为一定值，因为一定值，因此此IL为恒流输出。为恒流输出。41本讲稿第四十一页，共四十一页