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1、第十章模拟电子技术课件直流电源本讲稿第一页，共四十九页电源变压器：电源变压器：将电网交流电压将电网交流电压u1变为整流电路所需的交流变为整流电路所需的交流电压电压u2.整流电路：整流电路：将变压器次级输出的交流电压变成单向的脉动将变压器次级输出的交流电压变成单向的脉动直流电压直流电压u3。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路RLu1u2整整 流流 电电 路路u3滤滤 波波 电电 路路u4稳稳 压压 电电 路路u5滤波电路滤波电路:消除脉动电压中的谐波分量消除脉动电压中的谐波分量,输出比较平滑的直输出比较平滑的直流电压流电压u4.稳压电路：稳压电路：能在电源电压或负
2、载电流变化时，保持输出能在电源电压或负载电流变化时，保持输出直流电压的稳定。直流电压的稳定。本讲稿第二页，共四十九页10.2单相整流电路单相整流电路10.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路优点：使用元件少。优点：使用元件少。缺缺点点：输输出出波波形形脉脉动动大大；直流成分小；变压器利用率低。直流成分小；变压器利用率低。图图 10.2.1本讲稿第三页，共四十九页10.2.2单相全波整流电路单相全波整流电路+-图图 10.2.2全波整流电路全波整流电路图图 10.2.3全波整流电路波形图全波整流电路波形图本讲稿第四页，共四十九页10.2.3 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 桥式整流电路桥式整
3、流电路+-u1 u2 T D4 D3 D1 D2 RL uo u2正半周时正半周时电流通路电流通路 本讲稿第五页，共四十九页桥式整流电路桥式整流电路-+u0 u1 u2 T D4 D3 D1 D2 RL u2负半周时负半周时电流通路电流通路 本讲稿第六页，共四十九页u20 时 D1,D2导通通 D3,D4截止截止 电流通路流通路:A D1 RLD2B u20 时 D3,D4导通通 D1,D2截止截止 电流通路流通路:B D3 RLD4A 输出是脉出是脉动的直流的直流电压！u2 桥式整流式整流电路路输出波形及二极管上出波形及二极管上电压波形波形 uD4,uD3 uD2,uD1 u2 D4 D3
4、D1 D2 RL uo A B uo Uo(AV)0.9U2二极管承受反压为二极管承受反压为本讲稿第七页，共四十九页几种常几种常见的硅整流的硅整流桥外形：外形：+-+-本讲稿第八页，共四十九页10.2.4 整流电路的主要参数整流电路的主要参数 1、输出直流电压、输出直流电压Uo(AV)整流电路的输出电压瞬时值整流电路的输出电压瞬时值uo在一个周期内的平均在一个周期内的平均值。值。2、脉动系数、脉动系数S 输出电压基波的最大值输出电压基波的最大值Uo1m与其平均值与其平均值Uo(AV)之比。之比。3、二极管正向平均电流、二极管正向平均电流ID(AV)4、二极管最大反向峰值电压、二极管最大反向峰值
5、电压URM 二极管不导电时，其两端出现的最大反向电压。二极管不导电时，其两端出现的最大反向电压。本讲稿第九页，共四十九页单相半波整流单相半波整流单相全波整流单相全波整流单相桥式整流单相桥式整流波波形形图图Uo(AV)SID(AV)URM0.45U20.9U20.9U2 1.570.670.67Io/2Io/2 Io 本讲稿第十页，共四十九页例例1解：解：Uo(AV)0.9U2输出直流电流：输出直流电流：整流二极管正向平均电流：整流二极管正向平均电流：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：脉动系数脉动系数 S=0.67本讲稿第十一页，共四十九页 半波整流：半波整流：Uo(AV)0.
6、45U2输出直流电流：输出直流电流：整流二极管正向平均电流：整流二极管正向平均电流：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：脉动系数脉动系数 S=1.57本讲稿第十二页，共四十九页10.3 滤波电路滤波电路作用：作用：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路a 桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路 u1 u2 u1 b D4 D3 D1 D2 RL uo S C+-+-+-本讲稿第十三页，共四十九页1、工工作作原原理：理：RL uo a u1 u2 u1 b D4 D3 D1 D2 S C+-+-+-(1)R
7、L未接入未接入时(忽略整流忽略整流电路内阻路内阻)u2 t uo t 设t1时刻接刻接通通电源源 t1 整流整流电路路为电容充容充电 充充电结束束 没有没有电容容时的的输出波形出波形 本讲稿第十四页，共四十九页a RL uo u1 u2 u1 b D4 D3 D1 D2 S C+-+-+-(2)RL接入（且接入（且RLC较大）大）时 (忽略整流忽略整流电路内阻路内阻)u2 t uo t 电容通过电容通过RL放电，在放电，在整流电路电压小于电整流电路电压小于电容电压时，二极管截容电压时，二极管截止，整流电路不为电止，整流电路不为电容充电，容充电，uo会逐渐下会逐渐下降。降。本讲稿第十五页，共四十
8、九页iD a RL uo u1 u2 u1 b D4 D3 D1 D2 S C+-+-+-只有整流电路输出电只有整流电路输出电压大于压大于uo(uc)时，才时，才有充电电流有充电电流iD。因此。因此整流电路的输出电流是整流电路的输出电流是脉冲波。脉冲波。u2 t 可可见，采用，采用电容容滤波波时，整流管的整流管的导通角通角较小。小。uo t 整流整流电路的路的输出出电流流iD 本讲稿第十六页，共四十九页2、特点：、特点：(1)加了电容滤波电路后，输出电压的直流成分提高加了电容滤波电路后，输出电压的直流成分提高了，脉动成分降低了。了，脉动成分降低了。(2)RLC越大，放电过程越慢，则输出电压越高
9、，越大，放电过程越慢，则输出电压越高，同时脉动成分越小，滤波效果越好。同时脉动成分越小，滤波效果越好。(3)RL=（开路）时，（开路）时，Uo(AV)=电容滤波电路适用于负载电流变化不大的场合电容滤波电路适用于负载电流变化不大的场合.3、输出电压平均值、输出电压平均值Uo(AV)1.2U24、参数选择、参数选择电容耐压应大于电容耐压应大于本讲稿第十七页，共四十九页例例2:桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路,滤波电容滤波电容C=220uF,RL=1.5k。问：。问：要求输出电压要求输出电压Uo12V,U2需多大？需多大？若该电路电容若该电路电容C值增大，值增大，Uo是否变化？是否变化？改变
10、改变RL对对Uo有无影响？有无影响？RL增大增大Uo如何变化？如何变化？解：解：Uo=1.2U2 U2=Uo/1.2=12/1.2=10V C值增大，放电变慢，值增大，放电变慢，Uo增大。增大。RL值增大，放电变慢，值增大，放电变慢，Uo增大。增大。本讲稿第十八页，共四十九页例例3：桥式整流电容滤波电路，已知变压器副边电压有效桥式整流电容滤波电路，已知变压器副边电压有效值为值为30V，若测得输出电压平均值，若测得输出电压平均值Uo(AV)分别为分别为15五种数五种数值，请找出它们与值，请找出它们与ae五种工作情况的对应关系。五种工作情况的对应关系。1.Uo(AV)42.4V 2.Uo(AV)3
11、6V 3.Uo(AV)27V 4.Uo(AV)25V 5.Uo(AV)13.5Va.正常工作正常工作 b.电容断路电容断路 c.负载开路负载开路 d.一只二极管和电容一只二极管和电容同时开路同时开路 e.一只二极管开路一只二极管开路本讲稿第十九页，共四十九页例例4：已知变压器副边电压有效值已知变压器副边电压有效值U2=10V,RLC3T/2,测得测得输出电压平均值输出电压平均值Uo(AV)可能的数值为：可能的数值为：A.14V B.12V C.9V D.4.5V 选择合适的答案填入空内：选择合适的答案填入空内：(1)正常情况正常情况Uo(AV)=;(2)电容虚焊时电容虚焊时Uo(AV)=;(3
12、)负载电阻开路时负载电阻开路时Uo(AV)=;(4)一只整流管和滤波电容同时开路，一只整流管和滤波电容同时开路，Uo(AV)=。本讲稿第二十页，共四十九页10.3.2 电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路 u2 u1 RL L uo 电路路结构构:在在桥式整流式整流电路与路与负载间串入一串入一电感感L就构就构成了成了电感感滤波波电路。路。本讲稿第二十一页，共四十九页原理：原理：整流电路输整流电路输出的电压出的电压直流分量直流分量交流分量交流分量电感线圈对其电抗很小电感线圈对其电抗很小电抗为电抗为L,L足够大，交流足够大，交流 分量几乎全部降在电感上分量几乎全部降在电感上 从而使得输
13、出只有直流电压，而无交流电压，达到从而使得输出只有直流电压，而无交流电压，达到滤波的目的。适用于大电流场合。滤波的目的。适用于大电流场合。优点：优点：减小了二极管的冲击电流，可延长整流二极管的寿减小了二极管的冲击电流，可延长整流二极管的寿命。命。缺点：缺点：体积大、笨重，输出电压稍低。体积大、笨重，输出电压稍低。本讲稿第二十二页，共四十九页1、C滤波滤波 u2 u1 L uo C RL uo1 10.3.3 复式复式滤波电路滤波电路本讲稿第二十三页，共四十九页u2 u1 L uo C2 RL uo1 C1 2、C-型型本讲稿第二十四页，共四十九页uo R u2 u1 C1 C2 uo1 RL
14、3、RC-型型本讲稿第二十五页，共四十九页10.4倍压整流电路倍压整流电路10.4.1二倍压整流电路二倍压整流电路iD1iD2图图 10.4.1二倍压整流电路二倍压整流电路本讲稿第二十六页，共四十九页10.倍压整流电路倍压整流电路作用：作用：不仅可以将交流电转换成直流电（不仅可以将交流电转换成直流电（整流整流），而），而且能够在一定的变压器副边电压之下，得到高出且能够在一定的变压器副边电压之下，得到高出若干倍的直流电压（若干倍的直流电压（倍压倍压）。）。C1 u1 u2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 C3 C5 C2 C4 C6+-把把电阻阻接在相接在相应电容容组的两端，即可的两端，即可
15、获得所需的得所需的多倍多倍压直流直流输出。出。本讲稿第二十七页，共四十九页10.硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路整流滤波后输出的电压，主要存在两方面的整流滤波后输出的电压，主要存在两方面的问题：问题：当当负载电流变化负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内时，由于整流滤波电路存在内阻，输出直流电压将随之变化；阻，输出直流电压将随之变化；当当电网电压波动电网电压波动时，变压器副边电压变化，输时，变压器副边电压变化，输出直流电压也将随之发生变化。出直流电压也将随之发生变化。因此，应加稳压电路。因此，应加稳压电路。本讲稿第二十八页，共四十九页1、电路组成：、电路组成：Uo R u2 u1 C RL D
16、+-+-UIIRIZIL桥式整流桥式整流电容滤波电容滤波稳压电路稳压电路本讲稿第二十九页，共四十九页 UZ IIZmin IZ UZ U2、稳压原理：、稳压原理：由图知：由图知：UI=UR+UO IR=IZ+ILR u2 u1 C RL D+-+-UIIRIZILUo稳压管工作在稳压区，管子稳压管工作在稳压区，管子两端电压基本稳定在两端电压基本稳定在UZ.本讲稿第三十页，共四十九页当电网电压波动时：当电网电压波动时：（RL不变）不变）R u2 u1 C RL D+-+-UIIRIZILUoUo电网电压电网电压UIUo(UZ)IZIR URUo基本不变基本不变 当电网电压变化时，稳压电路通过限流
17、电阻当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻R上电压上电压的变化来抵消的变化来抵消UI的变化，即的变化，即URUI，从而使，从而使Uo基本基本不变。不变。本讲稿第三十一页，共四十九页 当负载变化时：当负载变化时：（UI不变）不变）R u2 u1 C RL D+-+-UIIRIZILUoUoILUo(UZ)IZIR URUo基本不变基本不变RLIRUR 用用IZ的减小来补偿的减小来补偿IL的增大，最终使的增大，最终使IR基本保持不变，基本保持不变，从而输出电压从而输出电压Uo也维持基本稳定。也维持基本稳定。因此，限流电阻必不可少，利用稳压管所起的电流调因此，限流电阻必不可少，利用稳压管所起的电流调
18、节作用，通过限流电阻上电压或电流的变化进行补偿，来节作用，通过限流电阻上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。达到稳压的目的。本讲稿第三十二页，共四十九页3、限流电阻、限流电阻R的选择：的选择：R的选择应使的选择应使 IZminIZIZmaxR u2 u1 C RL D+-+-UIIRIZILUo本讲稿第三十三页，共四十九页若电网波动：若电网波动：4、适用场合：、适用场合：适用于负载电流较小，输出电压不变的场合。适用于负载电流较小，输出电压不变的场合。优点：优点：电路简单电路简单 缺点：缺点：输出电流较小，输出电压不可调。输出电流较小，输出电压不可调。本讲稿第三十四页，共四十九页例例6
19、选择限流电阻。选择限流电阻。解：解：本讲稿第三十五页，共四十九页10.6 串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路10.6.1 电路组成和工作原理电路组成和工作原理调整管：射极输出调整管：射极输出（电压跟随器）（电压跟随器）基准电压基准电压取取样样环环节节放大电路放大电路采样电压采样电压本讲稿第三十六页，共四十九页稳压原理：稳压原理：由于调整管与负载串联，有：由于调整管与负载串联，有：UI=UCE+UO若电网波动或负载电阻变化使得输出增大，则：若电网波动或负载电阻变化使得输出增大，则：UoUF(取样电压）取样电压）基准电压基准电压UZ 基本不变基本不变 UB(调整管基极电位）调整管基极电位）UBE
20、ICUCEUo基本不变基本不变电路靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。电路靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。调整管的调整作用是依靠调整管的调整作用是依靠UF和和UZ之间的偏差之间的偏差 来实现的，必须有偏差才能调整，因此，来实现的，必须有偏差才能调整，因此，Uo不可能不可能 达到绝对稳定，只能是基本稳定。达到绝对稳定，只能是基本稳定。本讲稿第三十七页，共四十九页10.6.2 输出电压的调节范围输出电压的调节范围集成运放工作在线性区，集成运放工作在线性区，u+=u-即即UZ=UF本讲稿第三十八页，共四十九页例例7 解：解：稳压电路输出电压的调节范围是（稳压电路输出电压的调节范围是（11.218
21、.7）V。本讲稿第三十九页，共四十九页10.7 集成稳压器集成稳压器 1 1、三端集成稳压器组成及主要参数、三端集成稳压器组成及主要参数组成：组成：内部包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，同内部包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，同时将保护电路和启动电路集成在里面。时将保护电路和启动电路集成在里面。参数及分类：参数及分类：按输出电压按输出电压正输出正输出W7800负输出负输出W7900按输出电流按输出电流1.5A（W7800）500mA（W78M00）100mA（W78L00）本讲稿第四十页，共四十九页1端端:输入端入端 2端端:公共端公共端 3端端:输出端出端 W7800系列稳压器外
22、形系列稳压器外形 1 2 3 1端端:公共端公共端 2端端:输入端入端 3端端:输出端出端 W7900系列稳压器外形系列稳压器外形 1 2 3 2 2、三端集成稳压器外形及电路符号、三端集成稳压器外形及电路符号本讲稿第四十一页，共四十九页W7800INGNDOUT123W7900INGNDOUT123电电 路路 符符 号号本讲稿第四十二页，共四十九页3 3、三端集成稳压器应用电路、三端集成稳压器应用电路+_ W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图 Co W7809 CI UI+_ Uo 1 3 2 0.33 F 1F (1)(1)输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路 本讲稿第
23、四十三页，共四十九页(2)(2)输出正负电压的电路输出正负电压的电路 正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路 W78XX CI UI+_UO 1 3 2+_CI W79XX 1 3 CO CO 2 UO 本讲稿第四十四页，共四十九页CO W78XX CI UI+_+_UO 1 3 2 UXX UZ R DZ UXX:为W78XX固定固定输出出电压 UO=UXX+UZ(3)提高输出电压的电路提高输出电压的电路 本讲稿第四十五页，共四十九页(4)(4)输出电压可调式电路输出电压可调式电路 用三端用三端稳压器也可以器也可以实现输出出电压可可调，下，下图是用是用W7805组成的成的730V可可调式式
24、稳压电源。源。本讲稿第四十六页，共四十九页 运算放大器作运算放大器作为电压跟随器跟随器使用使用,它的它的电源就借助于源就借助于稳压器的器的输入直流入直流电压。由于运放的。由于运放的输入阻抗很高入阻抗很高,输出阻抗很低，出阻抗很低，可以克服可以克服稳压器受器受输出出电流流变化的影响。化的影响。Uo=Uxx+UA本讲稿第四十七页，共四十九页常用稳压电路常用稳压电路（小功率设备）（小功率设备）稳压管稳压管 稳压电路稳压电路线性线性 稳压电路稳压电路开关型开关型 稳压电路稳压电路电路最简单，电路最简单，但带负载能但带负载能力差，一般力差，一般只提供基准只提供基准电压，不作电压，不作为电源使用。为电源使用。效率高，效率高，目前使用目前使用也比较多，也比较多，但不作详但不作详细介绍。细介绍。串联型串联型 直流稳直流稳 压电源压电源集成稳集成稳 压电路压电路本讲稿第四十八页，共四十九页10.8 开关型稳压电路 1.高效率；2.体积小重量轻；3.对电网电压的要求不高；4.调整管的控制电路比较复杂；5.输出电压中纹波和噪声成分较大。10.8.1 开关型稳压电路特点10.8.2 开关型稳压电路的组成和工作原理本讲稿第四十九页，共四十九页