q第17章-直流電源

第17章直流電源17.1二極管整流電源整流電路:交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。濾波電路:脈動(dòng)的直流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷?。穩(wěn)壓電路:使輸出電壓穩(wěn)定,不受電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響。直流穩(wěn)壓電源的組成:17.1二極管穩(wěn)壓電源整流電路的任務(wù)是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，有單相半波、橋式、全波和倍壓整流等。下面主要介紹前兩種。為分析簡(jiǎn)單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖聪螂娮铻闊o(wú)窮大。17.1.1整流電路1.單相半波整流電路u1二極管導(dǎo)通u2>0時(shí)，二極管D導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降,u0=u2

u2<0時(shí)，二極管D截止，u0=0。二極管截止+--+輸出電壓的平均值U0：設(shè)變壓器副邊交流電壓的有效值注意：直流電均用平均值表示。主要數(shù)值輸出電壓大小---O02212U2sintd(t)220.45UUUppp===ò二極管上承受的最高反向工作電壓UDRM

：二極管上的平均電流：ID=I0u1u2aTbDRLu0i0二極管上電壓波形：輸出電流平均值（I0）：Io=Uo/RL=0.45U2/RLuD變壓器副邊電流有效值（I2）：UDRM【例17.1】已知單相半波整流電路的負(fù)載電阻為750Ω，U2=20V。試求UO，IO,UDRM，并選擇二極管。解選擇二極管：查手冊(cè)選2AP4,IFM=16mA，UDRM=50V的二極管。+-u2正半周時(shí)電流通路u1u2TD4D2D1D3RLu0+-同極性端接負(fù)載（共陰極接正，共陽(yáng)極接負(fù)）異極性端接交流電源電路特點(diǎn)：（1）（2）二極管的導(dǎo)通規(guī)律：共陰接法時(shí)，陽(yáng)極瞬時(shí)電位最高者共陽(yáng)接法時(shí)，陰極瞬時(shí)電位最低者最先導(dǎo)通（導(dǎo)通的二極管看成短路，陽(yáng)極陰極等電位；不導(dǎo)通的二極管看成開路，承受反向電壓。）2.單相橋式整流電路同極性端接負(fù)載（共陰極接正，共陽(yáng)極接負(fù)）異極性端接交流電源u1u2TD4D2D1D3RLu0+-電路特點(diǎn)：（1）（2）二極管的導(dǎo)通規(guī)律：共陰接法時(shí)，陽(yáng)極瞬時(shí)電位最高者共陽(yáng)接法時(shí)，陰極瞬時(shí)電位最低者最先導(dǎo)通（導(dǎo)通的二極管看成短路，陽(yáng)極陰極等電位；不導(dǎo)通的二極管看成開路，承受反向電壓。）2.單相橋式整流電路-+u2負(fù)半周時(shí)電流通路u2>0時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:由A經(jīng)D1RLD3Bu2<0時(shí)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:由B經(jīng)D2RLD4A輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0A+B橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形（3）－輸出電壓的平均值U0：輸出電流的平均值I0：二極管承受的最高反向工作電壓UDRM

：每個(gè)二極管流過(guò)電流的平均值ID：主要數(shù)值平均電流(ID)與反向峰值電壓(URM)是選擇整流管的主要依據(jù)。例如，在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過(guò)每只整流二極管的平均電流ID

是負(fù)載平均電流的一半。二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：整流電路中整流管的選擇選管時(shí)要滿足：【例17.2】已知單相橋式整流電路，輸出直流電壓為110V,輸出電流為50mA。試選擇整流橋。解:選擇整流橋：查手冊(cè)選IFM=50mA，UDRM=300V的整流橋。O2O110122V0.950mAUUI====0.9整流橋的外形與電路表示符號(hào)返回17.1.2濾波電路經(jīng)整流電路輸出后的直流電壓是脈動(dòng)直流電壓，既有直流分量又有交流分量。橋式整流的輸出波形是個(gè)非正弦周期函數(shù)，可以展開成傅里葉三角級(jí)數(shù)：其中，有直流分量，也有各次諧波分量即是利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流)不能突變的特性,將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))，濾掉脈動(dòng)直流電壓中的交流分量，保留其直流分量，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。濾波:濾波電路的任務(wù)是濾掉交流分量。單相半波整流、電容濾波電路：1.電容濾波u2

從最大值下降時(shí)，電容C放電。當(dāng)u2>uC時(shí)，二極管D仍然導(dǎo)通，uo=

u2。u2正半周增加時(shí)，二極管D導(dǎo)通，忽略其導(dǎo)通壓降，uo=

u2；此時(shí)電容C充電，uC=

u2。當(dāng)u2<uC時(shí)，二極管D截止，電容通過(guò)負(fù)載放電,uo=

uC

。可見，電容濾波后使u2的脈動(dòng)程度降低，輸出電壓的平均值增大。單相半波整流、電容濾波電路：1.電容濾波輸出電壓的平均值U0：半波濾波：全波濾波：u0t設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1u0tu2ttu2空載濾波：一般取(T:電源電壓的周期)電容濾波電路的特點(diǎn)(1)輸出電壓U0與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大電容器放電愈慢U0(平均值)愈大，輸出特性(外特性):uo電容濾波1.4U20.9U20Io無(wú)電容濾波濾波電容選取原則輸出波形隨負(fù)載電阻RL或C的變化而改變,U0也隨之改變。如:RL愈小(I0越大),U0下降愈多。電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。(2)流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大

RLC越大放電越慢U0越高,負(fù)載電流的平均值越大整流管導(dǎo)電時(shí)間越短iD的峰值電流越大故一般選管時(shí)，取結(jié)論u0t二極管導(dǎo)通，電容充電二極管截止，電容放電2.電感濾波在橋式整流電路與負(fù)載間串入電感L，就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLu0對(duì)于直流分量,L相當(dāng)短路,輸出電壓大部分降在RL上。對(duì)于高頻分量，XL增大,輸出電壓大部分降在XL上。因此在輸出端可得到比較平滑的直流電壓。當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：電感濾波的特點(diǎn):整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重,體積大,易引起電磁干擾。輸出電壓的平均值U0：u2u1RLLu0Uo=0.9U23、復(fù)式濾波為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法,如在電感濾波后面再接一電容，或在電容濾波后再接一級(jí)RC濾波電路。從而構(gòu)成L-C型濾波或RC-型電路，其輸出電壓更平滑。LC濾波適用于負(fù)載電流大輸出電壓脈動(dòng)很少的場(chǎng)合；RC-型濾波則較多用在小功率的電子設(shè)備中。u0Ru2u1C1C2u0′RLRC-濾波

例整流濾波電路如圖所示，負(fù)載電阻RL=100，電容C=100μF，變壓器副邊電壓有效值U2=10V，二極管為理想元件，試求：輸出電壓UO

和輸出電流的平均值IO

，及二極管承受的最高反向電壓URM

。解：例整流濾波電路如圖所示，二極管是理想元件，電容C=500μF，負(fù)載電阻RL=5k，開關(guān)S1閉合、S2斷開時(shí)，直流電壓表(V)的讀數(shù)為141.4V，求(1)開關(guān)S1閉合、S2斷開時(shí)直流電流表的讀數(shù);(2)開關(guān)S1斷開、S2閉合時(shí)，直流電流表的讀數(shù);(3)開關(guān)S1、S2均閉合時(shí)，直流電流表的讀數(shù)。(設(shè)電流表內(nèi)阻為零，電壓表內(nèi)阻為無(wú)窮大)。

解：(1)開關(guān)S1閉合、S2斷開時(shí):A的讀數(shù)為零。此時(shí)空載：(2)開關(guān)S1斷開、S2閉合時(shí)，(3)開關(guān)S1

、S2均閉合時(shí)，A的讀數(shù)為:A的讀數(shù)為:返回V的讀數(shù)為:V的讀數(shù)為:17.1.3穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路C+LR0u+-C+LR+-0u0ut0ut電容濾波電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路濾波電路減小了整流輸出電壓的波動(dòng)，可以得到波動(dòng)較小的直流輸出電壓。但是，如果輸入交流電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或負(fù)載電流發(fā)生變動(dòng)（這種情況經(jīng)常出現(xiàn)），輸出直流電壓都可能產(chǎn)生變化。如何保證在這些情況下，輸出直流電壓保持恒定，這就是穩(wěn)壓電路的功能。穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出直流電壓的基本思想是：在輸出直流電壓的電路中設(shè)置一個(gè)吸收波動(dòng)成分的元件（調(diào)整元件），當(dāng)市電或負(fù)載波動(dòng)時(shí)，調(diào)整元件將根據(jù)輸出直流電壓的變動(dòng)情況，確定調(diào)整方向和大小，以保證輸出的直流電壓不發(fā)生變化。最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路是利用穩(wěn)壓二極管在反向擊穿情況下的穩(wěn)壓特性，將負(fù)載并聯(lián)在穩(wěn)壓管兩端，只要保證穩(wěn)壓管處于反向擊穿穩(wěn)壓狀態(tài)又不損壞，在負(fù)載兩端就能夠得到穩(wěn)定的直流電壓。調(diào)整元件:R整流濾波輸出電壓Ui被分成兩部分：一部分是負(fù)載得到的直流輸出電壓Uo，另一部分則是降在調(diào)整元件上的電壓IR穩(wěn)壓原理分析:1）電源波動(dòng)(負(fù)載不變)C+LR+-+-R+-?????--IRR---ˉ-=IRUU'OO-----+=IIIRZO----?=IUUZOZ-UO-Ui電網(wǎng)電壓-?基本不變2）負(fù)載變化(電網(wǎng)電壓不變)??????ˉOU-IRR+=--ZOIIIR?OI-?--IZ--=UUOZ-----+=IIIRZOIRR-OU↓基本不變C+LR+-+-R+-電路特點(diǎn)：a)穩(wěn)壓管要反接b)串了R才有穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓中起電流控制作用，使輸出電壓很小的變化，產(chǎn)生Iz很大的變化，并通過(guò)串聯(lián)電阻R調(diào)壓的作用達(dá)到穩(wěn)壓的作用。如果電阻R取值太小，則穩(wěn)壓管中的電流將可能太大而損壞器件，所以，該電阻又稱為限流電阻。輸出電壓的數(shù)值直接由穩(wěn)壓管的參數(shù)確定（Uz）。構(gòu)造電路時(shí)要根據(jù)需要選擇穩(wěn)壓管，另外要確定限流電阻的阻值。3）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的限流電阻穩(wěn)壓管的特性如圖，要使穩(wěn)壓管正常工作，則其電流必須在IZ~

IZM之間。izuz0UZIZIZM這就是限流電阻選擇阻值的依據(jù)。izuz0UZIZIZM如果負(fù)載電流的變化范圍為ILm~ILM，電源電壓波動(dòng)使濾波輸出電壓Ui在Uimin~Uimax之間變化。則，當(dāng)IL=ILM，Ui=Uimin時(shí)穩(wěn)壓管中流過(guò)的電流最小，但要求大于IZ即：當(dāng)IL=ILm，Ui=Uimax時(shí)穩(wěn)壓管中流過(guò)的電流最大，但要求小于IZM，

即因此，限流電阻的取值范圍為：如果此范圍不存在，則說(shuō)明穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路不能滿足要求，需要采用其它類型的穩(wěn)壓電路。電路如圖所示，已知，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，最小穩(wěn)定電流，最大穩(wěn)定電流，負(fù)載電阻。(1)當(dāng)變化時(shí)，求電阻R的取值范圍;(2)求變壓器變比時(shí)，變壓器原邊電壓有效值。(1)當(dāng)變化+10％時(shí)，Cu1u2IZRUiIRUOIODZUzRL-+-+-+-++-當(dāng)變化10%時(shí),故電阻R的取值范圍是:(2)由得又

故Cu1u2IZRUiIRUOIODZUzRL-+-+-+-++-2.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管－調(diào)整元件放大作用穩(wěn)壓原理U0