第三章直流穩(wěn)壓電源

第三章直流穩(wěn)壓電源第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計(jì)算;2.了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;3.了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。第三章直流穩(wěn)壓電源第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四第三章直流穩(wěn)壓電源小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.1整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。

常見(jiàn)的整流電路：

半波、全波、橋式整流；單相和三相整流等。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦缘谒捻?yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四uDO3.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通;uo=u3.工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止,uo=01.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLioutOuoO第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過(guò)每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器副邊電流有效值I2第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四5.整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足：

IOM

ID，URWMUDRM

第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四整流電路中最常用的是單相橋式整流電路它由四個(gè)二極管D1D4

接成電橋的形式構(gòu)成。RLioD4D3D2D1~+u+uo1、電路結(jié)構(gòu)3.1.2單相橋式整流電路第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四RLio

在u的正半周，Va>Vb,D1

和D3

導(dǎo)通，D2和D4截止(相當(dāng)于開(kāi)路)。D4D3D2D1~+u+uo+–ab2.工作原理：

此時(shí)負(fù)載上的電壓uo是u的正半波，二極管D2，D4承受反向電壓第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四RLD4D3D2ioD1在u的負(fù)半周，Va<Vb,

D2和D4

導(dǎo)通，D1和D3

截止(相當(dāng)于開(kāi)路)。~+u+uo+–ab此時(shí)uo的波形和u的正半波相同D1，D3承受反向電壓第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四uouDuD2uD4uu

正半周，Va>Vb，二極管D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3、工作波形第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3、工作波形uD1uD3u

負(fù)半周，Va<Vb，二管D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止。uouDuD2uD4u第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四輸出電壓平均值：UO=0.9U輸出電流平均值:IO=UO/RL=0.9U

/RL

流過(guò)二極管的平均電流：ID=IO/2uuL4.主要參數(shù)：二極管承受的最大反向電壓：URM=2U++++41232+43DuuDDL1LDR-變壓器副邊電流有效值:

I2=1.11Io第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四集成硅整流橋：u2uL+

–

~+~-

+–第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開(kāi)時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開(kāi)后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過(guò)，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無(wú)電流通過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四

如果D2或D4接反二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類(lèi)似，電源及D1或D3也將因電流過(guò)大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.2濾波電路

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。濾波原理：濾波電路利用儲(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,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四

3.2.1電容濾波器（半波）

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

u>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC=

u。

u<uC時(shí)，二極管截止，電容通過(guò)負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為(負(fù)載開(kāi)路)。uoutOtO負(fù)載開(kāi)路第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.電容濾波電路的特點(diǎn)(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。篣o

=U（半波）當(dāng)負(fù)載RL開(kāi)路時(shí)，UO

第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無(wú)電容濾波0.45UUooIO

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。(3)流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大選管時(shí)一般?。篒OM=2IDRLC

越大ＵO

越高，IO(ID)

越大RLC

越大二極管導(dǎo)通時(shí)間越短iDtuotOO(4)電容在一個(gè)周期內(nèi)電容的平均電流為零，故流過(guò)每管電流平均值iD

的峰值電流越大。第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四電容充電電容放電1.電路結(jié)構(gòu)和工作原理RLD1D4D3D2ioC~+uo=uc+u3.2.1電容濾波器（全波）第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.工作波形

||||u|>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

|u|<uC時(shí)，二極管截止，電容通過(guò)負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。經(jīng)C濾波后uO的波形utiDt二極管中的電流uo

=uc第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四近似估算:UO=1.2U3.電容濾波電路的特點(diǎn)：(1)UO與RLC的

關(guān)系：RLC愈大C放電愈慢UO(平均值)愈大RLC較大一般?。?T:電源電壓的周期)utiDtuc=uo第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無(wú)電容濾波0.45UUooIO

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。(3)流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大選管時(shí)一般取：IOM=2IDRLC

越大ＵO

越高，IO(ID)

越大RLC

越大二極管導(dǎo)通時(shí)間越短iDtuotOO(4)電容在一個(gè)周期內(nèi)電容的平均電流為零，故流過(guò)每管電流平均值iD

的峰值電流越大。第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四總結(jié)半波整流半波整流C濾波全波整流全波整流C濾波輸出電壓Uo0.45UU0.9U1.2U二極管承受最大反向電壓負(fù)載開(kāi)路二極管的平均電流IDIOIO第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過(guò)二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CZ52BIOM=100mAUDRM=50V

第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=50uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.2.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理當(dāng)流過(guò)電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。對(duì)諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在電感上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。對(duì)直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.3集成穩(wěn)壓電源3.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUI=UR+UZUIUZRL(IO)IR(UR=

IRR)設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變IR

(UR=IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.工作原理UIUZUIUZ設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變UR=

IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.選擇穩(wěn)壓管時(shí)一般取(1)UZ=Uo，

(2)IZM=(1.5~3)IOM(3)UI=(2~3)UoUO

=UZ

IR=IO+IZUI=UR+UZ第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.3.2集成穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)串聯(lián)型集成穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過(guò)程：2.穩(wěn)壓過(guò)程由電路圖可知UOUfUBUOICUCE由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱(chēng)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1UO=UI-UCE第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四3分類(lèi)、符號(hào)及主要參數(shù)最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器。1)分類(lèi)XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四2)外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝第三十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四W7800Ui+_+_UO123W7900Ui+_+_UO3212)電路符號(hào)第三十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。1.輸出為固定電壓的電路3.3.3三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)，不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)。用來(lái)抵消輸入端接線較長(zhǎng)時(shí)的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。第三十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路23220V

24V+C

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