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1、第十章 直流电源1第一页，本课件共有56页第十章第十章 直流电源直流电源10.1 直流电源的组成直流电源的组成10.2 单相整流电路单相整流电路10.3 滤波电路滤波电路10.4 倍压整流电路的工作原理倍压整流电路的工作原理10.5 硅稳压电路硅稳压电路10.6 串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路10.7 集成稳压电源集成稳压电源*2第二页，本课件共有56页电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电变为合适的交流电压压u2，起到降低电压的幅度的作用。，起到降低电压的幅度的作用。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整
2、整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路:将正负交替的交流电压将正负交替的交流电压u2整流成为单整流成为单方向的脉动电压方向的脉动电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电转变为平滑的直流电压压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出保持输出电压电压uo的稳定。的稳定。10.1 直流电源的组成直流电源的组成3第三页，本课件共有56页整流电路的任务：整流电路的任务：把交流电压转变为单方向的脉把交流电压转变为单方向的脉动电压。动电压。10.2 单相整流电路单相整流电路 常见
3、的小功率整流电路，有单相半波、全常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。波、桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。4第四页，本课件共有56页10.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路u2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降：uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu2
4、0 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2（1 1）桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形）桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoAB12第十二页，本课件共有56页桥式整流电路波形图桥式整流电路波形图(2)uo平均值平均值Uo：(3)二极管上的平均电流：二极管上的平均电流：(4)二极管上承受的最高电二极管上承受的最高电压：压：13第十三页，本课件共有56页整流电路的主要参数整流电路的主要参数 1.整流输出电压平均值（整流输出电压平均值（Uo）全波整流
5、时，负载电压全波整流时，负载电压 Uo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:一、整流输出电压的平均值与脉动系数一、整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数和输出电压的脉动系数S是衡量是衡量整流电路性能的两个主要指标。整流电路性能的两个主要指标。14第十四页，本课件共有56页 S定义：定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值与平均值Uo之之比。比。2.脉动系数脉动系数用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:15第十五页，本课件共有56页平均电流平均电流(
6、ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(URM)是选择整流管的是选择整流管的主要依据。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通。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因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载是负载平均电流的一半。平均电流的一半。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最大反向电压：二、二极管的选择参数二、二极管的选择参数16第十六页，本课件共有56页 主要参数电路形式半波整流全波整流桥式整流单相整流电路主要参数的比较单相整流电路主要参数的比较（忽略变压器内阻和整流管压降）（忽略变压器内阻和整流管压
7、降）17第十七页，本课件共有56页10.3 滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或电并联，或电感与负载感与负载RL串联。串联。交流电压脉动直流电压整流整流滤波滤波直流电压原理：原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电感电感中中的电流的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流电路输出滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。平滑输出电压波形的目的。18第十八页，本课件共有56页10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤
8、波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示。一、滤波原理一、滤波原理桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+19第十九页，本课件共有56页1.RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)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au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+20第二十页，本课件共有56页2.RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小
9、于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+21第二十一页，本课件共有56页u2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于uo时，才有时，才有充电电流充电电流iD。因此。因此整流电路的输出电整流电路的输出电流是脉冲波。流是脉冲波。整流电路的输出电流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可见，采用电容滤波可见，采用电容滤波时，整流管的导通角时，整流管的导通角较小。较小。22第二十二页，本课件共有56页u2tuot电容充电时，电容电电容充电时，
10、电容电压滞后于压滞后于u2。整流电路的输出电流RLC越小，输出电压越小，输出电压越低。越低。3.RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+23第二十三页，本课件共有56页一般取一般取(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。(2)流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取二、电容滤波电路的特点二、电容滤
11、波电路的特点(1)输出电压输出电压 Uo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 有关。有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大24第二十四页，本课件共有56页输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变,Uo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如:RL 愈小愈小(IL 越大越大),Uo下降多下降多,S 增大。增大。结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。小且负载变动不大的场合。(3)输出特性输出特性(外特性外特性)uo电容滤波电容滤波纯电阻负
12、载纯电阻负载1.4U20.9U20IL25第二十五页，本课件共有56页10.3.2 电感滤波电感滤波电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo26第二十六页，本课件共有56页一、滤波原理一、滤波原理对直流分量对直流分量: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。Uo=0.
13、9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLuo27第二十七页，本课件共有56页二、电感滤波的特点二、电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。u2u1RLLuo28第二十八页，本课件共有56页*10.3.3 其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：
14、采取多级滤波。如：L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤波滤波电路。电路。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤滤波电路。波电路。29第二十九页，本课件共有56页uoRu2u1C1C2uo1RL一、一、RC 型滤波电路型滤波电路设设uo1的直流分量为的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值，交流分量的基波的幅值为为UO1m，则：，则：uo的直流分量
15、：的直流分量：30第三十页，本课件共有56页uoRu2u1C1C2uo1RLuo的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：31第三十一页，本课件共有56页通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S的关系：的关系：32第三十二页，本课件共有56页二、二、L-C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值为，交流分量的基波的幅值为UO1m，：，：33第三十三页，本课件共有56页通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：uo的脉动系数的脉动系数S
16、与与uo1的脉动系数的脉动系数S的关系：的关系：34第三十四页，本课件共有56页三、三、LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然，LC 型滤波电路输出电压的脉动系型滤波电路输出电压的脉动系数比只有数比只有LC滤波时更小，滤波时更小，波形更加平滑波形更加平滑；由于；由于在输入端接入了电容，因而较只有在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，滤波时，提高了输出电压提高了输出电压。请自行分析请自行分析LC 型滤波电路的输出电压和脉动型滤波电路的输出电压和脉动系数等基本参数。系数等基本参数。35第三十五页，本课件共有56页 性能类型各种滤波电路的性能比较各种滤波电路的性能比
17、较适用场合适用场合整流管的整流管的冲击电流冲击电流外特性外特性序号序号1电容滤波电容滤波电感滤波电感滤波LC滤波滤波RC-滤波滤波小电流小电流小电流小电流大电流大电流小电流小电流适应性较强适应性较强大大小小小小大大大大软软硬硬硬硬更软更软软软2345LC-滤波滤波36第三十六页，本课件共有56页10.5 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)以下主要讨论线性稳压电路。电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，
18、这里不做介绍。37第三十七页，本课件共有56页10.5.1 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标稳压原因：稳压原因：（1）负载的变化会引起输出直流电压的变化；）负载的变化会引起输出直流电压的变化；（2）电网电压的波动也会引起输出直流电压的变化。）电网电压的波动也会引起输出直流电压的变化。性能指标：性能指标：一、输出电阻一、输出电阻Ro 输出电阻用来反映稳压电路受输出电阻用来反映稳压电路受负载变化负载变化的影响。定义的影响。定义为当为当输入电压固定输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。之比。它实际上就是电源
19、戴维南等效电路的内阻。38第三十八页，本课件共有56页二、稳压系数二、稳压系数 S 稳压系数稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。输入电压的相对变化量之比。39第三十九页，本课件共有56页10.5.2 硅稳压管的伏安特性硅稳压管的伏安特性 从图中可以清楚地看从图中可以清楚地看出当二极管处于反向击穿出当二极管处于反向击穿时，电流有很大的变化，时，电流有很大的变化，而电压的变化却很小，基而电压的变化却很小，基本保持不变。把稳压管两本保持不变。把稳
20、压管两端的电压送到负载上就可端的电压送到负载上就可以得到比较稳定的电压。以得到比较稳定的电压。稳压管的参数：稳压管的参数：（1）稳定电压）稳定电压UZ（2）稳定电流）稳定电流IZ（3）内阻）内阻rZ40第四十页，本课件共有56页10.5.3 稳压管稳压电路稳压管稳压电路变变压压器器整整流流电电路路滤滤波波电电路路稳稳压压电电路路电电网网电电压压负负载载一、电路的组成和工作原理一、电路的组成和工作原理41第四十一页，本课件共有56页假设现在稳压管工作a点分析：分析：RL不变不变（1）UI增大，则增大，则R中的电流就增加，但增加的部分由稳压管中的电流就增加，但增加的部分由稳压管承担，此时稳压管的工
21、作状态从承担，此时稳压管的工作状态从a点到点到c点，负载中的电流不变，故输出点，负载中的电流不变，故输出电压也不变。电压也不变。其实此时增加的电压全部降在限流电阻上。其实此时增加的电压全部降在限流电阻上。（2）UI减小，则减小，则R中的电流就减少，但减少的部分由稳中的电流就减少，但减少的部分由稳压管提供，此时稳压管的工作状态从压管提供，此时稳压管的工作状态从a点到点到b点，负载中的电流点，负载中的电流不变，故输出电压也不变。不变，故输出电压也不变。稳压管的工作状态只要符合IZ的范围，稳压管就可以正常稳压。42第四十二页，本课件共有56页分析：分析：UI不变不变（1）RL增大，要保证输出电压不变
22、，就要减小负载中的电流，增大，要保证输出电压不变，就要减小负载中的电流，而此时而此时R中的电流不变，则多余的电流就由稳压管承担，此时稳压管的中的电流不变，则多余的电流就由稳压管承担，此时稳压管的工作状态从工作状态从a点到点到c点，故输出电压也不变。点，故输出电压也不变。（2）RL减小，要保证输出电压不变，就要增加负载中的电减小，要保证输出电压不变，就要增加负载中的电流，而此时流，而此时R中的电流不变，则缺少的电流就由稳压管提供，此时稳中的电流不变，则缺少的电流就由稳压管提供，此时稳压管的工作状态从压管的工作状态从a点到点到b点，故输出电压也不变。点，故输出电压也不变。由分析可知，稳压管是通过调
23、整流过自身的电流，而两端的电压却不改变来进行稳压的。43第四十三页，本课件共有56页二、内阻和稳压系数的估算二、内阻和稳压系数的估算等效电路：等效电路：1、内阻、内阻44第四十四页，本课件共有56页2、稳压系数、稳压系数45第四十五页，本课件共有56页三、限流电阻的选择三、限流电阻的选择也就是要保证稳压管能正常工作，也就是要保证稳压管能正常工作，IZ要在稳压范围内。要在稳压范围内。假设稳压管的工作电流在假设稳压管的工作电流在IZminIZmax之间，电网电压的范之间，电网电压的范围为围为UIminUImax，负载的范围为，负载的范围为RIminRImax。46第四十六页，本课件共有56页【例【
24、例10.5.1】在我们讨论的稳压电路中，设稳压管的在我们讨论的稳压电路中，设稳压管的UZ6V，IZmax=40mA，IZmin=5mA；UZmax=15V，UZmin=12V；RLmax=600欧，欧，RLmin=300欧。给定当欧。给定当IZ由由IZmin变到变到IZmax时，时，UZ的变化量为的变化量为0.35V。（1）试选择限流电阻）试选择限流电阻R；（2）估算在上述条件下的输出电阻和稳压系数。）估算在上述条件下的输出电阻和稳压系数。解解：（1）略）略 直接代入公式直接代入公式 （2）先求）先求此时此时UI取中间值取中间值13.5V47第四十七页，本课件共有56页*10.7 集成稳压器集
25、成稳压器随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的本节主要介绍常用的W7800系列系列三端集成稳压器，三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在
26、普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。48第四十八页，本课件共有56页1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1231端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形12349第四十九页，本课件共有56页注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等等。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负
27、稳压负稳压W79XX9.6.2 集成稳压电源的分类集成稳压电源的分类50第五十页，本课件共有56页 一、输出为固定电压的电路一、输出为固定电压的电路9.6.2 应用电路应用电路输出为固定正压时的接法如图所示输出为固定正压时的接法如图所示。注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1320.11 F1F51第五十一页，本课件共有56页二二、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W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COC
28、O2UO52第五十二页，本课件共有56页COW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX:为为W78XX固定输出电压固定输出电压 UO=UXX+UZ三、提高输出电压的电路三、提高输出电压的电路53第五十三页，本课件共有56页四、输出电压可调式电路四、输出电压可调式电路用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的组成的730V可调式稳压电源。可调式稳压电源。W7805132R1CICoUI76234UoR2F0070.33 33V10k0.1 54第五十四页，本课件共有56页(UXX=5V)运算放大器作为电压跟随器使用运算放大器作为电压跟随器使用,它的电源就借助于稳压器它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高,输出阻抗很低，输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。可以克服稳压器受输出电流变化的影响。132R1CICoUI76234UoR2F0070.33 33V10k0.1 W7805Uo155第五十五页，本课件共有56页第十章第十章 结束结束电子技术电子技术模拟电路部分模拟电路部分56第五十六页，本课件共有56页