第十章 直流电源教学内容 §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 §10.8 开关型稳压电路 教学要求 一.重点掌握的内容: 1.单相桥式整流电路的工作原理,直流输出电压Uo(AV)与变压器次级电压U2的关系; 2.串联型直流稳压路的工作原理,输出电压Uo调整范围的估算方法. 二、一般掌握的内容 1.电容滤波的特点,电容C的选择原则,以及滤波电路输出电压与变压器次级电压U2的关系; 2.硅稳压管稳压电路的工作原理,限流电阻的估算; 3.集成三端稳压器的使用方法. §10.1 直流电源的组成 作用:将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定,输出电流为几百mA以下的直流电压. 电源变压器 电源变压器 组成: 电源变压器 电源变压器 电源变压器:将电网交流电压u1变为整流电路所需的交流电压u2. 整流电路:将变压器次级输出的交流电压变成单向的脉动直流电压u3. 滤波电路:消除脉动电压中的谐波分量,输出比较平滑的直流电压u4. 稳压电路: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. §10.2 单相整流电路 §10.2.1 单相半波整流电路 u2 >0 时,二极管导通. 忽略二极管正向压降: uo=u2 u2<0时,二极管截止,输出电流为0. uo=0 电路的优缺点: 优点:结构简单. 缺点:输出波形脉动大,直流成分比较低,变压器半个周期不导电,利用率低,变压器电流含直流成分,易饱和. Uo(AV) ≈0.45U2 §10.2.2 单相全波整流电路 Uo(AV) ≈0.9U2 输出电压脉动成分减小,变压器利用率不高,二极管承受反压高. §10.2.3 单相桥式整流电路 桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 几种常见的硅整流桥外形: §10.2.4 主要参数 一、输出直流电压Uo(AV) 整流电路的输出电压瞬时值uo在一个周期内的平均值. 二、脉动系数S 输出电压基波的最大值Uo1m与其平均值Uo(AV)之比. 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 二极管不导电时,其两端出现的最大反向电压. 例10.2.1 解:①∵ Uo(AV) ≈0.9U2 输出直流电流: 整流二极管正向平均电流: 二极管承受的最大反向电压: 脉动系数 S=0.67 半波整流: ∵ Uo(AV) ≈0.45U2 输出直流电流: 整流二极管正向平均电流: 二极管承受的最大反向电压: 脉动系数 S=1.57 §10.3 滤波电路 作用: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 工作原理: 1. RL未接入时(忽略整流电路内阻) 2. RL接入(且RLC较大)时 (忽略整流电路内阻) 电容通过RL放电,在整流电路电压小于电容电压时,二极管截止,整流电路不为电容充电,uo会逐渐下降. 只有整流电路输出电压大于uo(uc)时,才有充电电流iD .因此整流电路的输出电流是脉冲波. 可见,采用电容滤波时,整流管的导通角较小. 特点: 1.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. 2. τ=RLC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. 3.RL=∞(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. 三、输出电压平均值 Uo(AV) ≈1.2U2 四、参数选择 电容耐压应大于 例1:桥式整流电容滤波电路, 滤波电容C=220uF, RL=1.5kΩ.问: ①要求输出电压Uo=12V,U2需多大? ②若该电路电容C值增大,Uo是否变化? ③改变RL对Uo有无影响?RL增大Uo如何变化? 解:①∵ Uo=1.2U2 ∴U2=Uo/1.2=12/1.2=10V ② C值增大,放电变慢,Uo增大. ③ RL值增大,放电变慢,Uo增大. 例2:桥式整流电容滤波电路,已知变压器副边电压有效值为30V,若测得输出电压平均值Uo(AV)分别为1~5五种数值,请找出它们与a~e五种工作情况的对应关系. 1. Uo(AV) ≈42.4V a.正常工作 2. Uo(AV) ≈36V b.电容断路 3. Uo(AV) ≈27V c.负载开路 4. Uo(AV) ≈25V d.一只二极管和电容同时开路 5. Uo(AV) ≈13.5V e.一只二极管开路 例3: 已知变压器副边电压有效值U2=10V, RLC≥3T/2,测得输出电压平均值Uo(AV)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: (1) 正常情况Uo(AV)= B ; (2) 电容虚焊时Uo(AV)= C ; (3) 负载电阻开路时Uo(AV)= A ; (4) 一只整流管和滤波电容同时开路, Uo(AV)= D . §10.3.2 电感滤波电路 电路结构: 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. 原理: 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. 优点:减小了二极管的冲击电流,可延长整流二极管的寿命. 缺点:体积大、笨重,输出电压稍低. §10.3.3 RC-π型、LC型、LC-π型 滤波电路 RC-π型二、 LC滤波 LC-π型§10.4 倍压整流电路 作用:不仅可以将交流电转换成直流电(整流),而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(倍压). 把电阻接在相应电容组的两端,即可获得所需的多倍压直流输出. §10.5 硅稳压管稳压电路 整流滤波后输出的电压,主要存在两方面的问题: ①当负载电流变化时,由于整流滤波电路存在内阻,输出直流电压将随之变化; ②当电网电压波动时,变压器副边电压变化,输出直流电压也将随之发生变化. 因此,应加稳压电路. 电路组成: 二、稳压原理: 由图知:UI=UR+UO IR=IZ+IL 稳压管工作在稳压区,管子两端电压基本稳 定在UZ. ①当电网电压波动时: (RL不变) 当电网电压变化时,稳压电路通过限流电阻R上电压的变化来抵消UI的变化,即UR≈UI,从而使Uo基本不变. ② 当负载变化时: (UI不变) 用IZ的减小来补偿IL的增大,最终使IR基本保持不变,从而输出电压Uo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. 三、限流电阻R的选择: R的选择应使 IZmin≤IZ≤IZmax 若电网波动: 四、适用场合: 适用于负载电流较小,输出电压不变的场合. 优点:电路简单 缺点:输出电流较小,输出电压不可调. 例10.5.1 选择限流电阻. 解: §10.6 串联型直流稳压电路 §10.6.1 电路组成和工作原理 稳压原理: 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: 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UF和UZ之间的偏差来实现的,必须有偏差才能调整,因此,Uo不可能 达到绝对稳定,只能是基本稳定. §10.6.2 输出电压的调节范围 ∵集成运放工作在线性区,∴u+=u- 即UZ=UF 例10.6.1 解: 稳压电路输出电压的调节范围是(11.2~18.7)V. §10.7 集成稳压器 一、三端集成稳压器组成及主要参数 组成: 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. 参数及分类: 三端集成稳压器外形及电路符号 1端: 输入端 1端: 公共端 2端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端 3端: 输出端 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形 电路符号三、三端集成稳压器应用电路 1、输出为固定电压的电路 2 、输出正负电压的电路 3、提高输出电压的电路 UXX : 为W78XX固定输出电压 UO = UXX + UZ 4、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W7805组成的7-30V可调式稳压电源. 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的输入直流电压.由于运放的输入阻抗很高 ,输出阻抗很低,可以克服稳压器受输出电流变化的影响. Uo=Uxx+UA
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第十章 直流电源教学内容 §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 §10.8 开关型稳压电路 教学要求 一.重点掌握的内容: 1.单相桥式整流电路的工作原理,直流输出电压Uo(AV)与变压器次级电压U2的关系; 2.串联型直流稳压路的工作原理,输出电压Uo调整范围的估算方法. 二、一般掌握的内容 1.电容滤波的特点,电容C的选择原则,以及滤波电路输出电压与变压器次级电压U2的关系; 2.硅稳压管稳压电路的工作原理,限流电阻的估算; 3.集成三端稳压器的使用方法. §10.1 直流电源的组成 作用:将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定,输出电流为几百mA以下的直流电压. 电源变压器 电源变压器 组成: 电源变压器 电源变压器 电源变压器:将电网交流电压u1变为整流电路所需的交流电压u2. 整流电路:将变压器次级输出的交流电压变成单向的脉动直流电压u3. 滤波电路:消除脉动电压中的谐波分量,输出比较平滑的直流电压u4. 稳压电路: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. §10.2 单相整流电路 §10.2.1 单相半波整流电路 u2 >0 时,二极管导通. 忽略二极管正向压降: uo=u2 u2<0时,二极管截止,输出电流为0. uo=0 电路的优缺点: 优点:结构简单. 缺点:输出波形脉动大,直流成分比较低,变压器半个周期不导电,利用率低,变压器电流含直流成分,易饱和. Uo(AV) ≈0.45U2 §10.2.2 单相全波整流电路 Uo(AV) ≈0.9U2 输出电压脉动成分减小,变压器利用率不高,二极管承受反压高. §10.2.3 单相桥式整流电路 桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 几种常见的硅整流桥外形: §10.2.4 主要参数 一、输出直流电压Uo(AV) 整流电路的输出电压瞬时值uo在一个周期内的平均值. 二、脉动系数S 输出电压基波的最大值Uo1m与其平均值Uo(AV)之比. 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 二极管不导电时,其两端出现的最大反向电压. 例10.2.1 解:①∵ Uo(AV) ≈0.9U2 输出直流电流: 整流二极管正向平均电流: 二极管承受的最大反向电压: 脉动系数 S=0.67 半波整流: ∵ Uo(AV) ≈0.45U2 输出直流电流: 整流二极管正向平均电流: 二极管承受的最大反向电压: 脉动系数 S=1.57 §10.3 滤波电路 作用: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 工作原理: 1. RL未接入时(忽略整流电路内阻) 2. RL接入(且RLC较大)时 (忽略整流电路内阻) 电容通过RL放电,在整流电路电压小于电容电压时,二极管截止,整流电路不为电容充电,uo会逐渐下降. 只有整流电路输出电压大于uo(uc)时,才有充电电流iD .因此整流电路的输出电流是脉冲波. 可见,采用电容滤波时,整流管的导通角较小. 特点: 1.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. 2. τ=RLC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. 3.RL=∞(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. 三、输出电压平均值 Uo(AV) ≈1.2U2 四、参数选择 电容耐压应大于 例1:桥式整流电容滤波电路, 滤波电容C=220uF, RL=1.5kΩ.问: ①要求输出电压Uo=12V,U2需多大? ②若该电路电容C值增大,Uo是否变化? ③改变RL对Uo有无影响?RL增大Uo如何变化? 解:①∵ Uo=1.2U2 ∴U2=Uo/1.2=12/1.2=10V ② C值增大,放电变慢,Uo增大. ③ RL值增大,放电变慢,Uo增大. 例2:桥式整流电容滤波电路,已知变压器副边电压有效值为30V,若测得输出电压平均值Uo(AV)分别为1~5五种数值,请找出它们与a~e五种工作情况的对应关系. 1. Uo(AV) ≈42.4V a.正常工作 2. Uo(AV) ≈36V b.电容断路 3. Uo(AV) ≈27V c.负载开路 4. Uo(AV) ≈25V d.一只二极管和电容同时开路 5. Uo(AV) ≈13.5V e.一只二极管开路 例3: 已知变压器副边电压有效值U2=10V, RLC≥3T/2,测得输出电压平均值Uo(AV)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: (1) 正常情况Uo(AV)= B ; (2) 电容虚焊时Uo(AV)= C ; (3) 负载电阻开路时Uo(AV)= A ; (4) 一只整流管和滤波电容同时开路, Uo(AV)= D . §10.3.2 电感滤波电路 电路结构: 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. 原理: 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. 优点:减小了二极管的冲击电流,可延长整流二极管的寿命. 缺点:体积大、笨重,输出电压稍低. §10.3.3 RC-π型、LC型、LC-π型 滤波电路 RC-π型二、 LC滤波 LC-π型§10.4 倍压整流电路 作用:不仅可以将交流电转换成直流电(整流),而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(倍压). 把电阻接在相应电容组的两端,即可获得所需的多倍压直流输出. §10.5 硅稳压管稳压电路 整流滤波后输出的电压,主要存在两方面的问题: ①当负载电流变化时,由于整流滤波电路存在内阻,输出直流电压将随之变化; ②当电网电压波动时,变压器副边电压变化,输出直流电压也将随之发生变化. 因此,应加稳压电路. 电路组成: 二、稳压原理: 由图知:UI=UR+UO IR=IZ+IL 稳压管工作在稳压区,管子两端电压基本稳 定在UZ. ①当电网电压波动时: (RL不变) 当电网电压变化时,稳压电路通过限流电阻R上电压的变化来抵消UI的变化,即UR≈UI,从而使Uo基本不变. ② 当负载变化时: (UI不变) 用IZ的减小来补偿IL的增大,最终使IR基本保持不变,从而输出电压Uo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. 三、限流电阻R的选择: R的选择应使 IZmin≤IZ≤IZmax 若电网波动: 四、适用场合: 适用于负载电流较小,输出电压不变的场合. 优点:电路简单 缺点:输出电流较小,输出电压不可调. 例10.5.1 选择限流电阻. 解: §10.6 串联型直流稳压电路 §10.6.1 电路组成和工作原理 稳压原理: 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: 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UF和UZ之间的偏差来实现的,必须有偏差才能调整,因此,Uo不可能 达到绝对稳定,只能是基本稳定. §10.6.2 输出电压的调节范围 ∵集成运放工作在线性区,∴u+=u- 即UZ=UF 例10.6.1 解: 稳压电路输出电压的调节范围是(11.2~18.7)V. §10.7 集成稳压器 一、三端集成稳压器组成及主要参数 组成: 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. 参数及分类: 三端集成稳压器外形及电路符号 1端: 输入端 1端: 公共端 2端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端 3端: 输出端 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形 电路符号三、三端集成稳压器应用电路 1、输出为固定电压的电路 2 、输出正负电压的电路 3、提高输出电压的电路 UXX : 为W78XX固定输出电压 UO = UXX + UZ 4、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W7805组成的7-30V可调式稳压电源. 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的输入直流电压.由于运放的输入阻抗很高 ,输出阻抗很低,可以克服稳压器受输出电流变化的影响. Uo=Uxx+UA