最经典模拟电子技术教程课件10

第十章直流电源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10.9可控整流电路10.1直流电源的组成图10.1.1直流电源的组成电网电压电源变压器整流电路滤波器稳压电路负载10.2单相整流电路10.2.1单相半波整流电路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10.2.110.2.2单相全波整流电路+-图10.2.2全波整流电路图10.2.3全波整流电路波形图22U222U10.2.3单相桥式整流电路22UL22RU22U22UL22RU图10.2.4图10.2.5图10.2.610.2.4整流电路的主要参数一、输出直流电压UO(AV))(d2120oO(AV)tuU二、脉动系数SO(AV)O1mUUS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在桥式整流电路中，输出直流电压：2202O(AV)9.022)(tdsin21UUtUU脉动系数：)4cos1542cos342(22OttUu67.02232422O(AV)O1mUUUUS二极管正向平均电流：O(AV)D(AV)21II二极管最大反向峰值电压：2RM2UU表10-1单相整流电路的主要参数主要参数电路形式UO（AV）/U2SID（AV）/IO（AV）URM/U2半波整流0.45157%100%1.41全波整流0.9067%50%2.83桥式整流0.9067%50%1.4110.3滤波电路10.3.1电容滤波电路适用于负载电流较小的场合。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：2O(AV)2.1UU脉动系数S约为10%~20%。2)5~3(LTCR当　　图10.3.110.3.2RC-型滤波电路输出直流电压为：O(AV)LLO(AV)URRRU脉动系数S约为：SRRCS)//(1L2适用于负载电流较小的场合。图10.3.410.3.3电感滤波电路和LC滤波电路一、电感滤波器适用于负载电流比较大的场合。二、LC滤波器输出直流电压为：2O(AV)O(AV)9.0UUU脉动系数S：SLCS21适用于各种场合。图10.3.5图10.3.610.3.4LC-型滤波电路图10.3.7图10-2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外特性1电容滤波1.2小电流大软2RC-型滤波1.2小电流大更软3LC-型滤波1.2小电流大软4电感滤波0.9大电流小硬5LC滤波0.9适应性较强小硬10.4倍压整流电路10.4.1二倍压整流电路22UiD1iD222U图10.4.1二倍压整流电路10.4.2多倍压整流电路+-+-22U-+u2+222U+222U+222U+222U+222U适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。图10.4.2多倍压整流电路10.5硅稳压管稳压电路10.5.1稳压电路的主要指标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。一、内阻Ro常数IOOoΔΔUIUR二、稳压系数Sr常数常数LLOIIOIIOOrΔΔ/Δ/ΔRRUUUUUUUUS10.5.2硅稳压管的伏安特性O图10.5.1硅稳压管的伏安特性IΔUΔ在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。10.5.3硅稳压管稳压电路一、电路组成和工作原理稳压原理：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图10.5.2二、内阻和稳压系数的估算1.内阻RoZZIOo//ΔΔrRrUUR2.稳压系数Sr当rZRL，rZR时，IZOΔΔURrUOIZIIOOr/Δ/ΔUURrUUUUS所以图10.5.2图10.5.4三、限流电阻的选择1.当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，此时IZ不应超过允许的最大值，即ZmaxLminZImaxIIRUU或：LminZmaxZImaxIIUUR2.当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，此时IZ不应低于其允许的最小值，即ZminLmaxZIminIIRUU或：LmaxZminZIminIIUUR10.6串联型直流稳压电路10.6.1电路组成和工作原理采样电路：R1、R2、R3；放大电路：A；基准电压：由VDZ提供；调整管：VT；稳压过程：UI或ILUOUFUIdUBEICUCE↑UO图10.6.110.6.2输出电压的调节范围由于U+=U，UF=UZ，所以O32132FZURRRRRUU当R2的滑动端调至最上端时，UO为最小值Z32321OURRRRRUZ32321OminURRRRRU当R2的滑动端调至最下端时，UO为最大值，Z3321OmaxURRRRU则：图10.6.1串联型直流稳压电路10.6.3调整管的选择一、集电极最大允许电流ICM二、集电极和发射极之间的最大允许电压U(BR)CEO三、集电极最大允许耗散功率PCMCOICEC)(IUUIUPCRLmaxCMIII≥2Imax(BR)CEO21.1UUU≥EmaxOmin2CmaxOminImaxCM)2.11.1()(IUUIUUP≥稳压电路的输入直流电压为：V)8~3(OmaxIUU变压器副边电压为：1.21.1I2UU10.6.4稳压电路的过载保护R4很小，约为1。负载电流超过某一值后，VT2导通，限制VT1中的电流，保护调整管。保护电路的输出特性：UOILO正常稳压区限流保护一、限流型保护电路图10.6.2图10.6.3二、截流型保护电路过载时，T2导通，引起正反馈过程：IC2IB1UOUE2UBE2IC2使VT2饱和，输出电压下降到1V左右。图10.6.5负载故障排除后，IL减小，引起正反馈过程：UR4UB2IC2IB1UOIC2使稳压电路的输出恢复到原来的数值。UE2UBE210.7集成稳压器10.7.1三端集成稳压器的组成调整管启动电路基准电压放大电路保护电路采样电路输入端输出端++UOUI图10.7.1三端集成稳压器的组成10.7.2三端集成稳压器的主要参数参数名称符号单位参型号数值7805780678087812781578187824输入电压UIV10111419232733输出电压UOV56812151824电压调整率SU%/V0.00760.00860.010.0080.00660.010.011电流调整率SImV40434552525560最小压差UIUOV2222222输出噪声UNμV10101010101010输出电阻Rom17171818191920峰值电流IOMA2.22.22.22.22.22.22.2输出温漂STmV/C1.01.01.21.51.82.410.7.3三端集成稳压器的应用一、三端集成稳压器的外形及电路符号图10.7.2W7800INOUTGNDW7900INOUTGND二、三端集成稳压器应用电路1.基本电路VD若输出电压较高，接一保护二极管VD，以保护集成稳压器内部的调整管。图10.7.4三端集成稳压器基本应用电路2.扩大输出电流VD的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。图10.7.5扩大三端集成稳压器的输出电流3.提高输出电压图10.7.6ZOOUUUO12O)1(URRU4.使输出电压可调O32132AURRRRRU因为　　　OAOUUUO213232132OO)1()1/(URRRRRRRRRUU所以　　图10.7.710.8开关型稳压电路10.8.1开关型稳压电路的特点和分类特点：效率高、体积小重量轻、对电网电压要求不高、调整管的控制电路比较复杂、输出电压中纹波和噪声成分较大。分类：有脉冲宽度调制型(PWM)、有低压开关稳压电路、高压开关稳压电路；脉冲频率调制型(PFM)和混合调制型；有自激式、他激式；双极型三极管、MOS场效应管和可控硅开关电路等。10.8.2开关型稳压电路的组成和工作原理开关调整管脉冲调制比较放大滤波电路采样电路基准电压+-UIUO+-图10.8.1开关型稳压电路示意图一、脉冲宽度调制式开关型稳压电路二、工作原理当utuA时，uB=+UOPP，调整管饱和导通，iE向负载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中；当utuA时，uB=-UOPP，调整管截止，iE=0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。图10.8.2结论：调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经LC滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压互感器uO。110DCESI0EOd)(d)(1d1TTTTtUtUUTtuTUII10IO1d1DUUTTtUTUT——脉冲波形的占空比。TTD1图10.8.3图10.8.2电路的波形图10.9可控整流电路10.9.1晶闸管的基本特性一、结构与符号图10.9.2晶闸管的结构和符号阳极阴极控制极二、工作原理图10.9.41.控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。——称为阻断2.控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。NPNPNPIGβ1β2IGβ1IG图10.9.3结论：晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时，再在控制极加一个正的触发脉冲；晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流IA。晶闸管导通后，管压降很小，约为1V左右。三、伏安特性和主要参数1.伏安特性OUAKIAUBOABCIHIG=0正向阻断特性：当IG=0，而阳极电压不超过一定值时，管子处于阻断状态。UBO——正向转折电压正向导通特性：管子导通后，伏安特性与二极管的正向特性相似。IH——维持电流当控制极电流IG0时，使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。IG增大反向特性：与二极管的反向特性相似。UBR图10.9.6晶闸管的伏安特性2.主要参数•断态重复峰值电压UDRM•反向重复峰值电压URRM•额定通态平均电流IT•额定通态平均电压UT•维持电流IH：•控制极触发电压UGT•控制极触发电流IGT10.9.2单相桥式可控整流电路+-uG在u2正半周，当控制极加触发脉冲，VT1和VD2导通；在u2负半周，当控制极加触发脉冲，VT2和VD1导通；αθ：控制角；：导电角一、电路组成及工作原理图10.9.7图10.9.8二、电路参数的估算αθ)(dsin212O(AV)ttUUα2cos19.02O(AV)UU即：•输出电压平均值：•输出电流平均值：2cos19.0L2LO(AV)O(AV)RURUI•晶闸管承受的最大反向电压：2TM2UU2cos1222U0°60°120°180°00.40.81.0UO(AV)/U2图10.9.910.9.3单结管触发电路对触发电路的要求：(1)触发时，能提供足够的触发脉冲电压和电流。(2)触发电路的漏电压不超过0.25V。(3)触发脉冲的前沿时间小于10s。(4)触发脉冲要有足够的宽度。一般要求大于20s。(5)控制角的范围接近或大于150。(6)触发电路必须与主电路同步。一、单结管的结构及特性N型硅片P区PN结eb1b2单结晶体管又称为双基极晶体管。(a)结构(b)符号等效电路图10.9.10单结管的结构及符号特性：+UA+UD+UEB1+UBBBBBBb2b1b1AUUrrrUb2b1b1rrr——分压比OU