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1、制作简易直流稳压电源制作简易直流稳压电源会识别检测整流、稳压、发光二极管；会识别检测整流、稳压、发光二极管；会设计稳压管直流稳压电源；会设计稳压管直流稳压电源；会组装、调试稳压管直流稳压电源。会组装、调试稳压管直流稳压电源。稳压管直流稳压电源制作与调试稳压管直流稳压电源制作与调试稳压管稳压电路的分析与设计稳压管稳压电路的分析与设计第第5 5讲讲教学目标教学目标教学重点教学重点教学难点教学难点 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：整流电路整流电路是将工频交流电转为具有直流
2、电成分是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。的脉动直流电。滤波电路滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。少交流成分，增加直流成分。稳压电路稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。进一步稳定直流电压。直流电源的方框图如图直流电源的方框图如图8.1所示。所示。直流稳压电源的构成直流稳压电源的构成一、单相桥式整流电路二、电容滤波电路三、稳压管稳压电路四、发光指示电路稳压管稳压电路的组成及原理一、单相桥式整流电路 1 1、工作原理、工作原理 单单相相桥桥式式整整流流电电路路是是最最基
3、基本本的的将将交交流流转转换换为为直直流流的的电电路路，其电路如图其电路如图5.1（a）所示。）所示。（a）桥式整流电路 （b）波形图图5.1单相桥式整流电路 在分析整流电路工作原理时，整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路 中中的的二二极极管管是是作作为为开开关关运运用用，具具有有单单向向导导电电性。性。根据图根据图8.2(a)的电路图可知：的电路图可知：当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。电阻上得到正弦波的正半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流是同一
4、个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图电路的波形图见图5.1(b)。当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。电阻上得到正弦波的负半周。根据图根据图5.1（b）可知，输出电压是单相脉动电压。）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压为为2 2、参数计算、参数计算 流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压注意：注意：整流电路中的二极管是作为开关运整流电路中的二极管是作为开关运 用的。整流电路既有交流量，又有直流量，用的。整流电路既
5、有交流量，又有直流量，通常通常:输入（交流）输入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值；输出（交直流）输出（交直流）用平均值；用平均值；整流管正向电流整流管正向电流用平均值；用平均值；整流管反向电压整流管反向电压用最大值。用最大值。二、电容滤波电路二、电容滤波电路 1、滤波的基本概念、滤波的基本概念 滤滤波波电电路路利利用用电电抗抗性性元元件件对对交交、直直流流阻阻抗抗的的不不同同，实实现现滤滤波波。电电容容器器C对对直直流流开开路路，对对交交流流阻阻抗抗小小，所所以以C应应该该并并联联在在负负载载两两端端。电电感感器器L对对直直流流阻阻抗抗小小，对对交交流流阻阻抗抗大大，因因此此L 应应
6、与与负负载载串串联联。经经过过滤滤波波电电路路后后，既既可可保保留留直直流流分分量量、又又可可滤滤掉掉一一部部分分交交流流分分量量，改改变变了了交交直直流流成成分分的的比比例例，减减小小了了电电路路的的脉脉动动系系数数，改改善善了了直直流流电电压的质量。压的质量。2 2、电容滤波电路、电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图电容滤波电路如图5.2所示，在负载电阻上并联了所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容一个滤波电容C。图5.2电容滤波电路 当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。
7、指数放电起始点的放电速率很大。3 3、滤波原理、滤波原理 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压u2给电容器C充电。此时C相当于并联在u2上，所以输出波形同u2，是正弦形。图5.3电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，uC=uL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，uC=uL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图5.3。在刚过90时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2
8、点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当L很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图5.4滤波曲线中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。问题：问题：有有无无L即空载，此时即空载，此时UC=UL=？图5.4 电容滤波的效果4 4、电容滤波的计算、电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估
9、算法：常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在另一种是在RLC=(3 5)T/2的条件下，近似认为的条件下，近似认为UL=UO=1.2U2。（。（或者，或者，电容滤波要获得较好的效电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足果，工程上也通常应满足 RLC610。）。）1 1、硅稳压二极管稳压电路的原理、硅稳压二极管稳压电路的原理 硅稳压二极管稳压电路的电路图如硅稳压二极管稳压电路的电路图如图图5.55.5所示。所示。它它是是利利用用稳稳压压二二极极管管的的反反向向击击穿穿特特性性稳稳压压的的，由由于于反反向向特特性性陡陡直直，较较大大的的电电流流变
10、变化化，只只会会引引起起较较小的电压变化。小的电压变化。图图5.5 5.5 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路三、稳压管稳压电路稳压管稳压电路(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知 输入电压UI的增加，必然引起UO的增加，即UZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使UR增加，从而使输出电压IO减小。这一稳压过程可概括如下：这里UO减小应理解为，由于输入电压UI的增加，在稳压二极管的调节下，使UO的增加没有那么大而已。UO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。UIUOUZIZIRURUO图图5.65.6硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路
11、(2)(2)当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，从而使UZ=UO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，UR减小，从而使输出电压UO增加。这一稳压过程可概括如下：ILIRURUZ（UO）IZIRURUO2 2、稳压电阻的作用、稳压电阻的作用稳压二极管的动态电阻越小，稳稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻压电阻R越大越大，稳压性能越好。，稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用 将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流
12、电阻。显然显然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的的变化就可引起足够大的UR变化，就可达到足够的稳压效果。但变化，就可达到足够的稳压效果。但R 的数值越大，就的数值越大，就需要较大的输入电压需要较大的输入电压UI值，损耗就要加大。值，损耗就要加大。稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。的阻值大小有关。3、稳压电阻的计算、稳压电阻的计算 （1 1）当当输输入入电电压压最最小小，负负载载电电流流最最大大时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电电流
13、流最最小小。此此时时I IZ Z不不应应小小于于I IZminZmin，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电电阻阻的的最最大大值值，实实际际选选用用的的稳稳压压电电阻阻应应小小于于最最大大值。即值。即 （2 2）当当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即 稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！
14、否则会造成损坏！一、分析题意，画出电路框图，设计整机电路；二、设计稳压电路（计算选择稳压管极限流电阻）；三、设计滤波电路（计算选择滤波电容）四、设计单相桥式整流电路（计算选择整流二极管）；五、选择电源变压器（功率及输出电压）；六、设计发光指示电路（计算选择限流电阻）简易直流稳压电源的制作与调试步骤一、分析题意，画出电路框图，设计整机电路；二、设计稳压电路（计算选择稳压管极限流电阻）；三、设计滤波电路（计算选择滤波电容）四、设计单相桥式整流电路（计算选择整流二极管）；五、选择电源变压器（功率及输出电压）；六、设计发光指示电路（计算选择限流电阻）简易直流稳压电源的制作与调试步骤 项目引入项目引入 项目描述：项目描述：某客户要求设计一个输出电压约为6V，功率大于0.5W的直流稳压电源。设计参考电路设计参考电路