電工技術(shù)電子技術(shù)清華29教學(xué)案例

第29講海南風(fēng)光此課件及“海南風(fēng)光”封面屬清華大學(xué)唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)現(xiàn)剽竊，必究法律責(zé)任！直流穩(wěn)壓電源1.直流穩(wěn)壓電源的組成和功能2.單相整流電路(17.2.1)3.濾波電路4.穩(wěn)壓電路(12.8.2)5.集成穩(wěn)壓電源(12.8.2)清華大學(xué)電機(jī)系電工學(xué)教研組唐慶玉編1997年12月1/7/2025電工電子技術(shù)電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。1.直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo1/7/2025電工電子技術(shù)單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波本課主要介紹：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ?，單相全波整流，單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。整流電路分類(lèi)：整流電路的任務(wù)：1/7/2025電工電子技術(shù)單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouD

t

23401/7/2025電工電子技術(shù)輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io)：()ò=pwp2021tduUoo=()òpwp

021tdsinwt22U=p2245.02UU=u1u2aTbDRLuouDioIo=Uo/RL=0.45U2/RL

uo

20t1/7/2025電工電子技術(shù)二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRLuouDiouD

20tUDRM二極管上的平均電流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向電壓:1/7/2025電工電子技術(shù)(2)單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–原理：+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓u2當(dāng)u2正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止。1/7/2025電工電子技術(shù)u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u2uouD1

t

2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二極管正向壓降1/7/2025電工電子技術(shù)輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io)：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo

20t()ò=pwp

01tduUoo=()òpwp

01tdsinwt22UIo=Uo/RL=0.9U2/RL

=p229.02UU=21/7/2025電工電子技術(shù)二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二極管上的平均電流：oDII21=uD

20tDRM22UU=2二極管承受的最高反向電壓：1/7/2025電工電子技術(shù)(3)單相橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成：由四個(gè)二極管組成橋路RLD1D3D2D4u2uou2uo1/7/2025電工電子技術(shù)+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周時(shí)電流通路D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止1/7/2025電工電子技術(shù)-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負(fù)半周時(shí)電流通路D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止1/7/2025電工電子技術(shù)u2>0時(shí)D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a

D1

RL

D4bu2<0時(shí)D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:b

D2

RL

D4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值：

Uo=0.9U2負(fù)載電流平均值:Io=Uo/RL=0.9U2/RL

二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo1/7/2025電工電子技術(shù)集成硅整流橋：u2uo+

–

~+~-

+–1/7/2025電工電子技術(shù)(4)整流電路的主要參數(shù)負(fù)載電壓Uo的平均值為:()ò=πootduπU2021w負(fù)載上的(平均)電流:LoRUIo=(a)整流輸出電壓的平均值uo

20t1/7/2025電工電子技術(shù)

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。(b)脈動(dòng)系數(shù)Ｓ用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出uo

分解后可得:uo

20t基波基波峰值輸出電壓平均值1/7/2025電工電子技術(shù)平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。oDII21=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：(c)二極管平均電流與反向峰值電壓（選購(gòu)時(shí)：二極管額定電流

2ID)（選購(gòu)時(shí)：最大反向電壓

2URM)1/7/2025電工電子技術(shù)3.濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC1/7/2025電工電子技術(shù)(1)電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。(a)電容濾波原理a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC1/7/2025電工電子技術(shù)RL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒(méi)有電容時(shí)的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc1/7/2025電工電子技術(shù)RL接入（且RLC較大）時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無(wú)濾波電容時(shí)的波形加入濾波電容時(shí)的波形1/7/2025電工電子技術(shù)uotu2上升，u2大于電容上的電壓uc，u2對(duì)電容充電，uo=uc

u2u2下降，u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過(guò)RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù)

=RLC1/7/2025電工電子技術(shù)u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時(shí)，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC1/7/2025電工電子技術(shù)u2tuot電容充電時(shí)，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時(shí)(考慮整流電路內(nèi)阻)1/7/2025電工電子技術(shù)一般取)105(TCRτL-3=(T:電源電壓的周期)近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL

流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大RLC越大

Uo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(b)電容濾波電路的特點(diǎn)

輸出電壓平均值Uo與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大

電容器放電愈慢

Uo(平均值)愈大

二極管承受的最高反向電壓1/7/2025電工電子技術(shù)(2)電感濾波電路電路結(jié)構(gòu):在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLuo1/7/2025電工電子技術(shù)電感濾波原理對(duì)諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo=0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：u2u1RLLuo對(duì)直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上1/7/2025電工電子技術(shù)(3)RC–

型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級(jí)濾波uoRu2u1C1C2uo1′RLRC–

型濾波器將RC–

型濾波器中的電阻換為電感，變?yōu)長(zhǎng)C–

型濾波器1/7/2025電工電子技術(shù)4.穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓1/7/2025電工電子技術(shù)穩(wěn)壓電源類(lèi)型:以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。1/7/2025電工電子技術(shù)(1)穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(a)穩(wěn)壓系數(shù)S（越小越好）穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。(b)輸出電阻Ro（越小越好）輸出電阻用來(lái)反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。1/7/2025電工電子技術(shù)(2)串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路(a)電路結(jié)構(gòu)的一般形式串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成：（1）基準(zhǔn)電壓；（2）比較放大；（3）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件UOT+_UI比較放大基準(zhǔn)電壓Uo取樣URFUORL調(diào)整元件+–+–1/7/2025電工電子技術(shù)因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱(chēng)之為：

串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使UO加大,比較放大電路使UB1變小,從而使UO降低.UOT1+_UI比較放大基準(zhǔn)電壓Uo取樣URFUORL調(diào)整元件+–+–UB1+UIUoRLR3比較放大1/7/2025電工電子技術(shù)T1調(diào)整管R3、T2比較放大R1、RW、R2采樣電阻R、UZ基準(zhǔn)電壓(b)一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB21/7/2025電工電子技術(shù)穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo當(dāng)UI增加或輸出電流減小使Uo升高時(shí)R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）1/7/2025電工電子技術(shù)(c)輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍因?yàn)椋篛U2BEZUU+22WRR+21WRRR++=()22221BEZWWOUURRRRRU++++=所以：2221ZWWURRRRR+++=忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB21/7/2025電工電子技術(shù)例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+++=

4=6V4.74.7++=4.74.7+4.7221ZWOmaxURRRRU++=

4=12V4.74.7++=4.74.71/7/2025電工電子技術(shù)(d)實(shí)際的穩(wěn)壓電源采取的改進(jìn)措施1.比較放大級(jí)采用差動(dòng)放大器或集成運(yùn)放2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管3.采用輔助電源(比較放大部分的電源)4.用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益5.內(nèi)部加短路和過(guò)熱保護(hù)電路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成穩(wěn)壓電源1/7/2025電工電子技術(shù)5.集成穩(wěn)壓電源特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路類(lèi)型：W7800系列——穩(wěn)定正電壓

W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+12