注冊(cè)電氣工程師考試學(xué)習(xí)資料直流穩(wěn)壓電源

10直流電源

7直流穩(wěn)壓電源

7.1掌握橋式整流及濾波電路的工作原理、電路計(jì)算；串聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理，參數(shù)選擇，電壓調(diào)節(jié)范圍，三端穩(wěn)壓塊的應(yīng)用

7.2了解濾波電路的外特性；硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中限流電阻的選擇

7.3了解倍壓整流電路的原理；集成穩(wěn)壓電路工作原理及提高輸出電壓和擴(kuò)流電路的工作原理考試大綱要求：

10.1直流電源的組成及各部分的作用一、直流穩(wěn)壓電源的組成

濾波電路

整流電路

穩(wěn)壓電路

負(fù)

載

變壓器

交流電源

將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十mA以下的直流電壓。二、功能10.1直流電源的組成及各部分的作用小功率直流電源10.2整流電路10.2.1整流電路的分析方法及其基本參數(shù)一、整流的作用

利用二極管的單向?qū)щ娦云仁闺娏髦荒軉畏较蛄鬟^(guò)負(fù)載,從而實(shí)現(xiàn)交流電變?yōu)橹绷麟姟?/p>

二、主要參數(shù)1.輸出電壓平均值：整流輸出電壓在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。1.整流管平均整流電流ID（AV）：流過(guò)整流管的正向平均電流。2.脈動(dòng)系數(shù)：輸出電壓基波峰值與平均值之比。

2.整流管的最大反向峰值電壓URM：整流管截止時(shí)兩

端承受的

電壓最大值。三、整流二極管的選擇（依據(jù)）單相半波整流電路一.電路組成uo

t

o

t

o

t

o

t

o

2

3

uo

u2uD

io

2

3

2

U2

2

U2

2

U2

Im

2

2

3

3

圖10.2.2半波整流電路的波形圖u2

uD

RL

Tu1

~220V50Hz＋－＋－二、工作原理三、主要參數(shù)計(jì)算

1、輸出電壓平均值2、整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S1、整流管平均整流電流2、整流管的最大反向峰值電壓URM

四、整流二極管的選擇[例10.2.1]在圖10.2.1整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值U2=30V，負(fù)載電阻RL=100Ω，試問(wèn)：（1）負(fù)載電阻RL上的電壓平均值和電流平均值各為多少？（2）電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍是±10%，二極管承受的最大反向電壓和流過(guò)的最大電流平均值各為多少？解：（1）（2）圖10.2.1單相半波整流電路u2

uD

RL

Tu1

~220V50Hz＋－＋10.2.2單相橋式整流電路一.橋式整流電路的組成

由變壓器

T

和二極管

D1D4及負(fù)載

RL

組成。圖10.2.5單相橋式整流電路的習(xí)慣畫(huà)法D1和D3導(dǎo)通,D2和D4截止(相當(dāng)于開(kāi)路)u2

T

u1

RL

uo

io二.整流電路的工作原理

+–

+–

+–

1、u2正半周D4

D3

D2

D1

~220V50Hz+–

D2和

D4導(dǎo)通,D1和

D3截止(相當(dāng)于開(kāi)路)u2

T

u1

RL

D4

D3

D2

uo

io

2、u2負(fù)半周D1

+–

+–

+–

-+~220V50Hz圖10.2.6單相橋式整流電路的波形圖三、主要參數(shù)的計(jì)算四、二極管的選擇在實(shí)際選用二極管時(shí)，應(yīng)至少有±10%的余量。[例10.2.2]在圖10.2.5電路中，已知變壓器副變電壓有效值U2=30V，負(fù)載電阻RL=100Ω，試問(wèn)：（1）輸出電壓和輸出電流的平均值各為多少？（2）電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍是±10%，二極管的最大整流平均電流IF

與最高反向工作電壓UR至少應(yīng)選取多少？解：（1）（2）+-+-u2

uO

D1～

D4圖10.2.5單相橋式整流電路的習(xí)慣畫(huà)法~220V50Hzu1

圖10.2.7利用橋式整流電路實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電源10.3濾波電路電容充電

電容放電

二極管導(dǎo)通時(shí)給電容充電,二極管截止時(shí)電容向負(fù)載放電；

10.3.1電容濾波電路一、電路組成和工作原理u2

T

u1

RL

D1

D4

D3

D2

uo

io

CuC

濾波后輸出電壓

uo

的波形變得平緩,平均值提高。圖10.3.1單相橋式整流電容濾波電路(以正半周為例）~220V50Hz+–

圖10.3.1單相橋式整流電容濾波電路及穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形分析U2正、負(fù)半周工作時(shí)，電容濾波，輸出波形依次為ab段、bc段、cd段等等。t

iDuO2

U2

0t

t1

t4

t3

t2

'0二、輸出電壓平均值為獲得較好的濾波效果，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿(mǎn)足RLC=(3～5)T/2的條件。圖10.3.3電容濾波電路輸出電壓平均值的分析三、脈動(dòng)系數(shù)根據(jù)S的定義近似計(jì)算，得：或：四、整流二極管的導(dǎo)通角加電容濾波后，只有在電容充電時(shí)二極管才導(dǎo)通，因此每個(gè)二極管的導(dǎo)通角都小于π。因?yàn)閁O(AV)大，IO(AV)大，

小，有沖擊電流。通常應(yīng)選擇最大整流平均電流IF大于負(fù)載電流IO的2～3倍。圖10.3.4電容濾波電路中二極管

的電流和導(dǎo)通角五、電容濾波電路的輸出特性和濾波特性O(shè)IO(AV)

OIO(AV)

0.9U2

U2

UO(AV)

RLC減小SRLC減小圖10.3.5電容濾波電路的

輸出特性和濾波特性當(dāng)濾波電容C選定后，輸出電壓平均值UO(AV)和輸出電流平均值IO(AV)的關(guān)系，稱(chēng)為輸出特性；脈動(dòng)系數(shù)S和輸出電流平均值IO(AV)的關(guān)系，稱(chēng)為濾波特性。[例10.3.1]在圖示電路中，要求輸出電壓平均值UO(AV)=15V，負(fù)載電流平均值IL(AV)=100mA，

UO(AV)≈1.2U2。試問(wèn)：（1）濾波電容的大小；（2）考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為，濾波電容的耐壓值。+-+-u2

uO

D1～

D4CRL+10.3.2倍壓整流電路+-+-u2

uO

C2

C1

BA+-+-一、電路二、工作原理(+)(-)

當(dāng)u2正半周時(shí)，A點(diǎn)為“+”，B點(diǎn)為“-”，使得二極管D1導(dǎo)通，D2截止；C1充電，電流如圖中實(shí)線(xiàn)所示，最大電壓可達(dá)

U2

。

當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，A點(diǎn)為“-”，B點(diǎn)為“+”，使得二極管D2導(dǎo)通，D1截止；C2充電，電流如圖中虛線(xiàn)所示，最大電壓可達(dá)2U2

。由于C1對(duì)電荷的儲(chǔ)存作用，使得輸出電壓為變壓器副邊峰值的2倍。同理可實(shí)現(xiàn)多倍壓整流電路。D1

D2

~220V50Hz圖10.3.6二倍壓整流電路圖10.3.7多倍壓整流電路-+-+-++-+-++(-)--(+)三、多倍壓整流電路10.3.3其它形式的濾波電路一、電感濾波電路圖10.3.8單相橋式整流電感濾波電路大電流、小RL情況下，采用L濾波，濾波后S小，平滑，大。但UO(AV)<=0.9U21、π型RC濾波電路+-+-u2

uO

C1

RL

C2

R

可以既不用過(guò)大電容，又能達(dá)到較高的濾波要求。即在電容濾波之后再加一級(jí)RC濾波。2、π型LC濾波電路+-+-u2

uO

C1

RL

C2

L二、復(fù)式濾波電路圖10.3.9復(fù)式濾波電路（C）圖10.3.9復(fù)式濾波電路（b）10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.4.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路圖10.4.2穩(wěn)壓管的伏安特性一、假設(shè)負(fù)載電阻RL變化即負(fù)載電流IL變化10.4.2穩(wěn)壓原理TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4理想下,IR=(UI–UZ)/R不變,即IDZ+IL不變。當(dāng)RL變化，則IL變化，但其增減都由IDZ調(diào)節(jié)。即IL增加，則IDZ減少（但不能使IDZ

小于其最小值）；IL減少，則IDZ增加（但不能使IDZ

大于其最大值）。因此UO=UZ不變。原則：必須DZ必須始終在擊穿狀態(tài)，且IDZ在其上下范圍之內(nèi)。這樣UO始終為UZ穩(wěn)定不變。

TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4二、假設(shè)電網(wǎng)電壓（即UI）改變，而RL不變理想下，

UI改變時(shí)，UO=UZ不變，

UI的改變，只是使IR改變，從而使IDZ改變而已。（注意不能使IDZ

的變化超出其范圍）10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)穩(wěn)壓系數(shù)Sr：表明電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓性能的影響。輸出電阻RO：表明負(fù)載電阻對(duì)穩(wěn)壓性能的影響。圖10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的交流等效電路10.4.4電路參數(shù)的選擇一、穩(wěn)壓電路輸入電壓的選擇二、穩(wěn)壓管的選擇三、限流電阻的選擇1、當(dāng)電網(wǎng)電壓最高，而負(fù)載電流最小時(shí)：2、當(dāng)電網(wǎng)電壓最低，而負(fù)載電流最大時(shí)：即得Rmin即得Rmax因此：[例10.4.1]在圖中，已知UI=15V

，負(fù)載電流為10～20mA；

穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V

，最小穩(wěn)定電流IZ=5mA，

最大穩(wěn)定電流IZM=40mA，動(dòng)態(tài)電阻rz=15Ω。（1）求解R的取值范圍；（2）若R=250Ω

，則穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻Ro各為多少？（3）為使穩(wěn)壓性能好一些，在允許范圍內(nèi)，R的取值應(yīng)當(dāng)偏大些，還是偏小些？為什么？TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路解：（2）（1）（3）在允許范圍內(nèi)，R的取值應(yīng)當(dāng)偏大些。當(dāng)其余的參數(shù)確定時(shí)，R愈大，Sr愈小，Ro愈接近rz

[例10.4.2]在圖中，已知UI=12V

，電網(wǎng)電壓允許波動(dòng)范圍為±10%；穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=5V，最小穩(wěn)定電流IZ=5mA

，最大穩(wěn)定電流IZM=30mA

，負(fù)載電阻RL=250～350Ω。使求解：

(1)R的取值范圍；

(2)設(shè)濾波電容足夠大，變壓器副邊電壓有效值U2約為多少？TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路解：

(1)首先求出負(fù)載電流的變化范圍:再求出R的最大值和最小值(2)當(dāng)C足夠大時(shí)，可近似認(rèn)為U2≈U1/1.2=10V10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.5.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理

一、基本調(diào)整管電路T1

DZRL

R+UI

+-UO

當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起UI增大，或負(fù)載電阻RL增大時(shí)，輸出電壓UO將隨之增大(即UE升高)；穩(wěn)壓管兩端電壓基本不變（即UB不變）；故晶體管的UBE=

UB-

UE減小，導(dǎo)致IB(IE)減小，從而使UO減小。因此可以保持UO基本不變。反之亦然。RL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－+UI

-圖10.5.1基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路(a)(c)二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成框圖采樣環(huán)節(jié)

調(diào)整管比較放大基準(zhǔn)電壓Uo

UI

保護(hù)電路圖10.5.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖上圖的缺點(diǎn)：1、直接用UO去調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓效果不理想；

2、UO不能連續(xù)可調(diào)。＋－＋－三、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1、電路的組成：

T：調(diào)整管；

R、DZ：基準(zhǔn)電壓；

R1、R2、R3：采樣電路；

A

:比較放大。RLUOUIIOT

R

DZ+

R1R3R2-圖10.5.2(b)＋－＋－R2′′R2′UNUPUBAUOUN

UB

UO

2、穩(wěn)壓原理UO

UN

UB

UO

RLUOUIIOT

R

DZ+

R1R3R2-圖10.5.2(b)＋－＋－R2′′R2′UNUPUBA深度電壓負(fù)反饋，可穩(wěn)定輸出電壓。3、輸出電壓UO的可調(diào)范圍RLUOUIIOT

R

DZ+

R1R3R2-圖10.5.2(b)＋－＋－R2′′R2′UNUPUBA4、調(diào)整管的選擇管子的極限參數(shù)受UI波動(dòng)、IL變化及UO可調(diào)范圍的影響。所以，選管時(shí)：實(shí)際選用要考慮余量，并采取散熱措施。[例10.5.1]電路如圖10.5.2(b)所示，已知輸入電壓UI的波動(dòng)范圍為±10%，調(diào)整管的飽和管壓降為UCES=2V，輸出電壓UO的調(diào)節(jié)范圍為5～20V，R1=R3=200Ω。試問(wèn)（1）穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ和R2的取值各為多少？（2）為使調(diào)整管正常工作，在電網(wǎng)電壓為220V時(shí)，UI的值至少應(yīng)取多少？（1）（2）所謂調(diào)整管正常工作，是指在輸入電壓波動(dòng)和輸出電壓改變時(shí)調(diào)整管應(yīng)始終工作在放大狀態(tài)。解：UI的值至少應(yīng)大于25V。

[例10.5.2]電路如圖10.5.2(b)所示，已知集成運(yùn)放輸出電流Io

最大值為2mA，調(diào)整管最大電流放大倍數(shù)為30。試問(wèn)：(1)最大負(fù)載電流ILmax約為多少？(2)若穩(wěn)壓電路的輸出電流為1A，應(yīng)采取什么辦法？

畫(huà)出改進(jìn)部分的電路圖來(lái)。解：

（1）最大負(fù)載電流（2）可以將調(diào)整管采用復(fù)合管，如圖。T1T2IO圖10.5.4用復(fù)合管作調(diào)整管10.5.2集成穩(wěn)壓器中的基準(zhǔn)電壓電路和保護(hù)電路圖10.5.8限流型過(guò)流保護(hù)電路及其輸出特性一、限流型過(guò)流保護(hù)由T2、R0構(gòu)成正常工作時(shí)，UBE2=IORO<Uon

T2截止；過(guò)流時(shí)，T2導(dǎo)通，分流，限制IE1?；鶞?zhǔn)電壓電路（略）二、截流型過(guò)流保護(hù)電路圖10.5.9截流型過(guò)流保護(hù)電路

及其輸出特性由T2、R1、R2、R0構(gòu)成保護(hù)電路。過(guò)流時(shí)，使調(diào)整管T1發(fā)射極電流迅速減到很小值。U

一、W7800三端穩(wěn)壓器

10.5.3集成穩(wěn)壓器電路1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)啟動(dòng)電路基準(zhǔn)電壓

保護(hù)電路

比較放大電路

調(diào)整管

采樣電路

U

I

O

2

1

++--圖10.5.14W7800的原理框圖3

2.電路符號(hào)圖10.5.16三端穩(wěn)壓器的外形和方框圖(a)：W7800金屬封裝外形圖；(b)W7800塑料封裝外形圖；

(c)：W7800方框圖。3.主要參數(shù)正電源W7800系列：輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：

W7800系列1.5A；

W78M00系列0.5A；

W78L00系列0.1A負(fù)電源W7900系列：輸出電壓：－5V、－6V、－9V、－12V、

－15V、－18V、－24V輸出電流：同上