模拟电子技术基础(第四版)童诗白、华成英 教材10

第十章直流电源10.1直流电源的组成及各部分作用10.2整流电路10.3滤波电路10.4稳压二极管稳压电路10.5串联型稳压电路10.6开关型稳压电路第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：1.重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算。2.掌握串联型稳压电路原理及集成稳压器的使用。本章教学时数：6学时第三版童诗白本章讨论的问题：1.如何将50Hz、220V的交流电压变为6V的直流电压？2.220V的交流电压经整流后是否输出220V的直流电压？3.将市场销售的6V直流电源接到收音机上，为什么有的声音清晰，有的含有交流声？4.对于同样标称输出电压为6V的直流电源，在未接收音机时，为什么测量输出端子的电压，有的为6V，而有的为7－8V？第三版童诗白5.为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时输出电压不变，而有的随之变化？6.一个5V交流电压是否可能转换为6V直流电压？一个3V电池是否可以转换成为6V的直流电压？7.对于一般直流电源，若不慎将输出端短路，则一定会使损坏吗？8.线性电源和开关型电源有和区别？它们分别应用在什么场合？本章讨论的问题：10.1直流电源的组成及各部分的作用图10.1.1直流稳压电源的方框图电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载整流：将交流变为直流的过程。滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。10.2整流电路10.2.1整流电路的分析方法及其基本参数tUsin22LRU2222U22U优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。图10.2.2一、工作原理图10.2.1单相半波整流电路二、主要参数1.输出电压平均值UO(AV)输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值)(d2120oO(AV)tuU2202O(AV)45.02)(tdsin21UUtUU2.负载电流的平均值L2LAVOAVORU45.0RUI）（）（＝3.脉动系数O(AV)O1mUUS第十章直流电源三、二极管的选择根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。二极管的正向电流等于负载电流平均值L2AVOAVDRU45.0II）（）（＝二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压2maxR2UU对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。L2AVOFRU21.1I1.1I＝）（2R21.1UU第十章直流电源10.2.2单相桥式整流电路图10.2.4单向桥式整流电路图10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法一、单向桥式整流电路的组成在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路二、工作原理1.u20时，电流由+流出，经D1、RL、D2流入-。2.u20时，电流由-流出，经D3、RL、D4流入+。iD1iD2iD3iD4uD3uD4uD1uD2图10.2.6单相桥式整流电路的波形图第十章直流电源三、输出电压平均值UO(AV)和输出电流的平均值IO(AV)2202O(AV)9.022)(tdsin21UUtUUL2LAVOAVORU9.0RUI）（）（＝脉动系数：)4cos1542cos342(22OttUu67.02232422O(AV)O1mUUUUS第十章直流电源四、二极管的选择每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。L2AVOAVDRU45.02II）（）（＝二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压2maxR2UU对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。L2AVOFRU21.12I1.1I＝）（2R21.1UU第十章直流电源如何实现正、负电源？将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。三相整流电路图10.2.7利用桥式整流电路实现正、负电源图10.2.8三相整流电路uO1为正；uO2为负变压器副边的三个端均应接二只二极管，一只接阳极，另一只接阴极。D1D2D3轮流导通，阳极电位高的D先导通；D4D5D6轮流导通，阴极电位低的D先导通。第十章直流电源滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压RLLRLC10.3滤波电路滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。第十章直流电源10.3.1电容滤波电路图10.3.1(a)滤波电路滤波电路滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。滤波电路输出电压波形(b)理想情况下的波形(c)考虑整流电路内阻时的波形以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。一、滤波原理a桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（电容器的充、放电）第十章直流电源+––+RL未接入时(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au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc第十章直流电源充电RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻)u2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形放电au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC第十章直流电源uotu2上升，u2大于电容上的电压uc，u2对电容充电，uo=ucu2时间常数=(RL//Rint)Cu2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电，uc按指数规律下降，时间常数=RLC放电时间常数远远大于充电时间常数，滤波效果取决于放电，其值愈大，滤波效果愈好。第十章直流电源二、输出电压平均值)41(22UUU2OminOmaxAVOCRTUL＋＝）（当负载开路时2O(AV)2UU当RLC＝（3~5）T/2时2AVOU2.1U）（考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于221.1U三、脉动系数S约为0.1~0.2141O(AV)O1mCRUUSL第十章直流电源u2tuot只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。二极管中的电流充电电流au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC四、整流二极管的导通角二极管的导通角第十章直流电源五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性1.输出特性当滤波电容选定后，输出电压平均值UO（AV）和输出电流平均值IO（AV）的关系。2.滤波特性脉动系数S和输出电流平均值IO（AV）的关系。图10.3.5a电容滤波电路的输出特性图10.3.5b电容滤波电路滤波的特性第十章直流电源10.3.2倍压整流电路1.二倍压整流电路负载上的电压在理想情况下是变压器副边电压的二倍图10.3.6二倍压整流电路2.多倍压整流电路适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。10.3.3其它形式的滤波电路一、电感滤波电路L愈大，滤波效果愈好；适用于负载电流较大的场合。二、LC滤波电路输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9.0UUU脉动系数S：SLCS21适用于各种场合。图10.3.8单相桥式电感滤波电路图10.3.9复式滤波电路(a)2O(AV)O(AV)9.0UUU三、LC-型滤波电路图10.3.9复式滤波电路(b)四、RC-型滤波电路图10.3.9复式滤波电路(c)O(AV)LLO(AV)URRRUSRRCS)//(1L2适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合2O(AV)O(AV)2.1UUU2O(AV)O(AV)2.1UUU第十章直流电源三、各种滤波电路的比较表10.3.1各种滤波电路的性能比较序号性能类型UO（AV）/U2适用场合整流管的冲击电流和导通角外特性1电容滤波1.2小电流大/小软2RC-型滤波1.2小电流大/小更软3LC-型滤波1.2小电流大/小软4电感滤波0.9大电流小/大硬5LC滤波0.9适应性较强小/大硬10.4稳压二极管稳压电路10.4.1稳压管稳压电路的组成整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：·负载变化；·电网电压波动。图10.4.1稳压二极管组成的稳压电路两个基本公式UI＝UR+UOIR＝IDZ+IL稳压管的伏安特性在稳压管稳压电路中，只要使稳压管始终工作在稳压区，保证稳压管的电流：IZ≤IDZ≤IZM输出电压UO就基本稳定。第十章直流电源10.4.2稳压原理1.UI不变，RL减小RLILURUOIZIR=IL+IZ基本不变2.RL不变，UI升高UIUOIZURUO=UIUR基本不变UOUO·电网电压波动；·负载变化。稳压电路应从以下二个方面考察其稳压特性IL综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。10.4.3稳压管稳压电路的性能指标一、内阻Ro常数IOOoΔΔUIUR二、稳压系数Sr常数常数LLOIIOIIOOrΔΔ/Δ/ΔRRUUUUUUUUS三、电压调整率四、电流调整率内阻和稳压系数的估算1.内阻RoZZOOo//ΔΔrRrIUR2.稳压系数Sr当rZRL，rZR时，IZZOΔΔUrRrUZIZZIIOOr/Δ/ΔUUrRrUUUUS所以图10.4.3稳压管稳压电路的交流等效电路10.4.4电路参数的选择在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压UO，负载电流IL的最小值ILmin和最大值ILmax，输入电压UI的波动范围。1.稳压电路输入电压UI的选择UI＝（2~3）UO2.稳压管的选择UZ＝UOIZM－IZILmax－ILminIZMILmax+IZ第十章直流电源3.限流电阻R的选择（1）.当电网电压最高和负载电流最小时，稳压管IZ的值最大，此时IZ不应超过允许的最大值，即ZmaxLminZImaxIIRUU或：LminZmaxZImaxminIIUUR（2）.当电网电压最低和负载电流最大时，稳压管IZ的值最小，此时IZ不应低于其允许的最小值，即ZminLmaxZIminIIRUU或：LmaxZminZIminmaxIIUUR[例10.4.1]在10.4.1所示的电路中，已知UI＝15V，负载电流为10~20mA；稳压管的稳定电压UZ＝6V，最小稳定电流IZ＝5A，最大稳定电流IZM＝40A动态电阻rZ＝15Ω。（1）求解R的取值范围；解：（1）LmaxZminZIminmaxIIUUR＝360ΩLminZmaxZImaxminIIUUR＝180Ω（2）14.0OIZZrUUrRrSZZo//rRrR＝15Ω（3）在允许范围内R的取值应当偏大些。（2）若R＝250Ω，则稳压系数和输出电阻各为多少？（3）为使稳压性能好一些，R的值是大还是小些，为什么？第十章直流电源10.5串联型稳压电路稳压二极管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调。串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入电压负反馈使输出电压稳定；可通过改变反馈网络的参数使输出电压可调。10.5.1串联型稳压电路的工作原理一、基本调整管电路DZ(a)稳压管稳压电路第十章直流电源基本调整管电路图10.5.1(b)加晶体管扩大负载电流的变化范围稳压电路图10.5.1(c)常见画法的稳压电路T的工作电源为UI，不稳定“输入信号”为稳定电压UZ在UI变化或负载电阻RL变化时，输出电压基本不变。稳压原理：晶体管的调节作用，T应工作在放大状态。调整管与负载串联串联型稳压电源电路调整管工作在线性区线性稳压电源电路第十章直流电源二、具有放大环节的串联型稳压电路基本调整管稳压电路输出电压仍不可调节，且输出电压将因UBE的变化而变化，稳定性较差。1.电路的构成图10.5.2具有放大环节的串联型稳压电路(a)原理电路图第十章直流电源电路组成(