電工電子技術(shù)與技能課件：直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源

模塊一整流電路模塊二濾波電路模塊三穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用1.了解單相半波整流電路的組成和工作原理。2.了解單相橋式整流電路的組成和工作原理。模塊一整流電路

【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

【能力目標(biāo)】

1.能夠?qū)嶋H應(yīng)用單相橋式整流的充電用硅整流裝置電路。2.能正確搭接橋式整流電路并應(yīng)用于實(shí)際電路。模塊一整流電路

【知識(shí)探究】

將交流電變換成脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。根據(jù)所需整流的交流電源不同，整流電路主要分為單相整流和三相整流兩種，根據(jù)整流后輸出的波形，又可分為半波整流和全波整流兩種。1.單相半波整流電路

一、單相半波整流電路1.電路組成及工作原理電源變壓器將電壓u1變?yōu)檎麟娐匪璧碾妷簎2。u1正半周時(shí)，a端正，b端負(fù)，二極管在正向電壓作用下導(dǎo)通，電流由a經(jīng)VD、RL到b。因二極管正向壓降很小，負(fù)載電壓uL=u2；負(fù)半周時(shí)，a端負(fù)、b端正，二極管在反向電壓作用下截止，負(fù)載中的電流iL=0，負(fù)載兩端的電壓uL=0。輸出電壓、輸出電流的波形理論波形示波器實(shí)測(cè)的波形2.主要參數(shù)汁算（1)負(fù)載RL上的直流電壓可用其平均值來表示其大小，計(jì)算公式是U1是變壓器二次電壓有效值(2)負(fù)載RL上通過的直流電流可以由歐姆定律算得(3)通過二極管的平均電流(4)二極管承受的最大反向電壓3.電路元件參數(shù)選擇一、單相半波整流電路（1）變壓器的選用其二次電壓與負(fù)載要求電壓有關(guān)，可根據(jù)半波整流時(shí)二者關(guān)系式換算（2）半波整流二極管的選用二極管的最大整流電流應(yīng)大于二極管正向?qū)〞r(shí)電流反向耐壓值應(yīng)大于變壓器次級(jí)電壓的最大值4．電路特點(diǎn)半波整流電路的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，使用的元件少。但缺點(diǎn)是輸出電壓脈動(dòng)很大，效率低，所以只能應(yīng)用在對(duì)直流電壓波動(dòng)要求不高的場(chǎng)合，例如蓄電池的充電等。1.電路組成和工作原理

二、單相橋式整流電路（a）原理圖（b）習(xí)慣畫法（c）簡(jiǎn)化畫法二、單相橋式整流電路分析：在u1的正半周，a端正、b端負(fù)，二極管VD1和VD3在正向電壓作用下導(dǎo)通，VD2和VD4在反向電壓作用下截止，電流由a端，經(jīng)VD1、RL、VD3流向b端，負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓和半波電流。反向工作過程類似。

理論波形示波器實(shí)測(cè)的波形輸出電壓、輸出電流的波形2.主要參數(shù)計(jì)算

二、單相橋式整流電路橋式整流是全波整流，若忽略二極管的管壓降，負(fù)載電壓和電流都為半波整流的兩倍3.整流二極管的選擇二、單相橋式整流電路二極管最高反向工作電壓不低于交流電的峰值電壓，即橋式全波整流時(shí)，二極管中的電流是負(fù)載電流的一半，所以選擇的二極管4.應(yīng)用

二、單相橋式整流電路橋式全波整流電路的脈動(dòng)性比半波整流輸出的直流電壓和電流脈動(dòng)程度要小，而且電能利用率高，所以廣泛應(yīng)用于整流電路中。目前，小功率橋式整流電路的四只整流二極管，被接成橋路后封裝成一個(gè)整流器件，稱“硅橋”或“橋堆”，不但使用方便而且性能穩(wěn)定可靠。常見整流橋外形如圖所示，選用時(shí)應(yīng)注意它們的額定電流和允許的反向電壓要符合整流電路的要求，使用時(shí)認(rèn)真閱讀使用說明書，清楚它們的安裝方式和冷卻方式以及外引線的極性等。

常見整流橋外形圖

一、整流二極管整流二極管一般采用硅材料制造，常稱為硅整流器件。它的反向電流很小，PN結(jié)的額定結(jié)溫高，而且受溫度影響小，PN結(jié)面積較大，允許通過較大的電流，一般工作在頻率為3kHz以下的電路中。（一）整流二極管的結(jié)構(gòu)及外形知識(shí)拓展（a）小電流整流二極管（b）大電流整流二極管（c）200A以上的整流二極管(二）.整流二極管的型號(hào)

整流二極管的型號(hào)大多數(shù)按半導(dǎo)體型號(hào)命名標(biāo)準(zhǔn)命名，基本上是2CZ、2DZ系列，此外還有ZP系列。ZP系列整流二極管廣泛應(yīng)用于大電流整流，例如電解、電鍍、直流電力拖動(dòng)等大功率整流設(shè)備中。（三）整流二極管的主要參數(shù)1.反向工作峰值電壓URWM

習(xí)慣稱作“額定電壓”或“最大反向電壓”。一般規(guī)定為二極管反向擊穿電壓的1／2。2.正向平均電流IF(AV)

習(xí)慣稱作“額定電流”或“最大整流電流”。指在規(guī)定環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，允許連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。二、硅整流堆（一）硅整流堆的結(jié)構(gòu)及外形（a）半橋（b）單相橋（c）三相橋

常見的硅堆外形（a）小電流硅堆（b）整流模塊（c）高壓硅堆（二）硅整流堆的型號(hào)目前對(duì)各種硅整流堆尚無完全統(tǒng)一的命名標(biāo)準(zhǔn)，需參考有關(guān)生產(chǎn)廠產(chǎn)品說明書。高壓硅堆的基本型號(hào)是2DL、2CL；高頻高壓硅整流堆2DGL、2CGL系列。（三）硅整流堆的主要參數(shù)1.額定反向峰值電壓。2.正向平均整流電流?！菊n堂小結(jié)】模塊一整流電路單相半波整流電路波形特點(diǎn)：示波器顯示u1為單相正弦波，負(fù)載RL上波形只有正弦波的半個(gè)波。數(shù)值特點(diǎn)：

單相橋式全波整流電路波形特點(diǎn)：示波器顯示u1為單相正弦波，負(fù)載RL上波形為全波脈動(dòng)的直流電壓，故稱全波整流電路。數(shù)值特點(diǎn)：直流穩(wěn)壓電源模塊二濾波電路

1.了解電容濾波電路的組成和工作原理2.了解電感濾波電路的組成和工作原理3.了解復(fù)式濾波電路、電子濾波電路的概念模塊二濾波電路【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

【能力目標(biāo)】

能夠根據(jù)各種濾波電路的特點(diǎn)與適用條件，選擇合適的濾波電路【知識(shí)探究】

交流電經(jīng)整流轉(zhuǎn)變成脈動(dòng)直流電，含有較大的交流分量，這種不平滑的直流電僅能在電鍍、電焊、蓄電池充電等要求不高的設(shè)備中使用，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路和設(shè)備的需要。為了得到平滑的直流電，一般在整流電路之后需接入濾波電路，把脈動(dòng)直流電的交流成分濾掉。濾波電路主要由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成，常用的濾波電路有電容濾波電路、電感濾波電路、復(fù)式濾波電路和電子濾波電路等。一、電容濾波電路（一）單相半波整流電容電路組成和工作原理電容濾波通常是在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)大容量電容器C

一、電容濾波電路（當(dāng)u2>0時(shí)，二極管V導(dǎo)通，u2向電容C充電，忽略二極管正向電阻，則充電速度很快到達(dá)u2的峰值。此后u2按正弦規(guī)律下降至低于電容兩端電壓。由于電容兩端電壓不能突變，仍保持較高的電壓，這時(shí)，因uC>u2，V承受反向電壓截止，電容C通過RL進(jìn)行放電，由于C和RL較大，放電速度很慢，隨著放電的進(jìn)行uC下降，直到下一個(gè)周期u2>uC時(shí)，二極管V再次導(dǎo)通，C再次被充電，如此重復(fù)。通過這種周期性充放電，達(dá)到濾波的目的橋式整流電容濾波電路一、電容濾波電路（二）有關(guān)參數(shù)計(jì)算

負(fù)載上的電壓、電流可以按下式估算：一、電容濾波電路濾波電容的選擇

（2）濾波電容的選用（1）電容濾波的輸出電壓?jiǎn)蜗鄻蚴秸鳛V波電路輸出電壓約為U1耐壓值（3）濾波電容若采用電解電容，正負(fù)極性不允許接反，否則電容的漏電電流會(huì)加大，引起溫度上升使電容爆裂。電容的容量應(yīng)用滿足單相橋式整流濾波電路輸出電壓約為（三）電路特點(diǎn)電容濾波具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電壓高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，一般電容器的容量或RL的值越大，濾波效果越好，但只適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。二、電感濾波電路電路結(jié)構(gòu)

單相橋式整流電感濾波電路電感線圈L和負(fù)載RL串聯(lián)。線圈的電感較大。二、電感濾波電路

總結(jié)（1）波形特點(diǎn)：加上電感濾波后輸出電壓脈動(dòng)程度明顯減小。（2）電感濾波電路特點(diǎn)：線圈的電感量越大，濾波效果越好，但電感量過大的線圈其體積較大而且笨重，所以電感濾波主要用于電容濾波難以勝任的大電流負(fù)載或負(fù)載經(jīng)常變化的場(chǎng)合，在小功率的電子設(shè)備中很少使用。復(fù)式濾波電路1．L型復(fù)式濾波電路(a)LC型

(b)

RC型LC型是由電感和電容C組成的L型濾波電路。整流后輸出的脈動(dòng)直流經(jīng)過L和C兩次濾波，負(fù)載上可獲得更加平滑的直流電壓。在負(fù)載電流不大的情況下，為減小體積，減輕重量，降低成本，常用適當(dāng)?shù)碾娮璐骐姼?，組成如圖RC型的L型濾波電路。復(fù)式濾波電路2．LC-π型濾波電路由電容C1、C2和電感L組成的復(fù)式濾波電路，簡(jiǎn)稱LC-π型濾波電路。由于有三個(gè)元件進(jìn)行三次濾波，所以濾波效果更好。但電感的體積較大、成本較高。復(fù)式濾波電路3．RC-π型濾波電路當(dāng)負(fù)載電流不大時(shí)也可用電阻代替LC-π型濾波電路中的電感，構(gòu)成RC-π型濾波電路。

RC-π型濾波電路的成本低、體積小、濾波效果較好?！菊n堂小結(jié)】模塊二濾波電路◆電容濾波波形平滑，但帶負(fù)載能力差，適合于較小的負(fù)載。電感濾波效果差，但其帶負(fù)載能力強(qiáng)，適合于負(fù)載變動(dòng)較大的場(chǎng)合?！魪?fù)式濾波電路濾波效果要比單電容或單電感濾波效果好。

◆

LC-π型濾波電路的濾波效果好，但電感的體積較大、成本較高。

RC-π型濾波電路的成本低、體積小、濾波效果較好。直流穩(wěn)壓電源模塊三穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

模塊三穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)原理及應(yīng)用

1.了解穩(wěn)壓二極管的工作特性和主要參數(shù)2.了解晶體管串聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成和原理【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

【能力目標(biāo)】

能夠設(shè)計(jì)并制作一個(gè)簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓二極管的工作特性和主要參數(shù)(一)工作特性（a）圖形符號(hào)（b）伏安特性曲線穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管，是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管.在正常情況下，穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，由于曲線很陡，反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)其兩端電壓卻基本保持不變，因而具有穩(wěn)壓作用。（二）主要參數(shù)1.穩(wěn)壓電壓UZ2.最大穩(wěn)定電流IZmax3.最小穩(wěn)定電流IZmin4.穩(wěn)定電流IZ5.最大耗散功率PZM二、簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路（一）．電路結(jié)構(gòu)限流電阻

VZ反接在直流電源兩端與負(fù)載并聯(lián)負(fù)載

硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（1）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，適用于負(fù)載較小的電路中；缺點(diǎn)是輸出電壓不能調(diào)節(jié)。（2）要使穩(wěn)壓管起穩(wěn)壓作用，必須使其工作在允許電流最大值和最小值之間，因此對(duì)限流電阻值有一定要求。二、簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路（二）．工作過程設(shè)RL不變，若電網(wǎng)電壓U1升高時(shí)，則整流輸出電壓上U2升，導(dǎo)致VZ及RL兩端的電壓上升。只要UL有很少增加，IZ就會(huì)顯著增加，又使R中電流IR增大，R上的電壓降UR顯著增加。因UL=U2-UR，所以UL又下降，保持穩(wěn)定。其過程可表示為：設(shè)電網(wǎng)電壓不變，則U2亦不變，若由于負(fù)載變化使UL下降，則IZ減小，導(dǎo)致R中的電流IR減小，UR下降，所以UL又上升，保持輸出電壓穩(wěn)定。其過程為：不變）三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（一）．電路組成

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由四部分組成三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（二）．穩(wěn)壓原理

假設(shè)由于某種原因(電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載阻抗變化)使輸出電壓URL降低，取樣電壓UP跟隨減小，由于穩(wěn)壓管的電壓UZ不變，所以VT2的基極電壓Ube2要減小，基極電流Ib2也相應(yīng)減小，集電極電流Ic2也減小，I減小，U1下降，Ube1上升，Ib1增大，Ic1增大，Uce1減小，結(jié)果使Url保持不變。反之亦然。（三）輸出電壓的調(diào)節(jié)Rw為可變電阻，改變抽頭位置，即可調(diào)節(jié)輸出電壓UL的大小。知識(shí)拓展集成穩(wěn)壓器

常見集成穩(wěn)壓器

一、三端集成穩(wěn)壓器的型號(hào)和參數(shù)

（一）．三端固定輸出式穩(wěn)壓器

（1）型號(hào)及意義三端固定式集成穩(wěn)壓器有CW78××、CW79××系列。

（2）管腳識(shí)讀CW78××、CW79××系列引腳功能如圖所示。1—公共端2—輸入端3—輸出端2—公共端3—輸出端1—輸入端

（a）78××系列（b）79××系列

（一）．三端固定輸出式穩(wěn)壓器

（二）．三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器（1）型號(hào)及意義三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器CW×17×系列如圖所示。

一、三端集成穩(wěn)壓器的型號(hào)和參數(shù)（2）管腳識(shí)讀CW117××/W217××/W317××系列為正電壓輸出、CW137××/W237××/W337××系列為負(fù)電壓輸出。

可調(diào)端輸出端輸入端可調(diào)端輸入端輸出端

（a）17系列（b）37系列1.基本應(yīng)用電路CW78××、CW79××系列電路接法如圖所示。

CW78××、CW79××系列電路接法

二、三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用（一）．三端固定式集成穩(wěn)壓器

總結(jié)（1）改變輸入電壓大小，輸