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1、第九章 电源电路,1. 并联型稳压电源,串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,2 带有放大环节的串联型稳压电源,调整元件T:与负载串联，通过全部负载电流。可以是 单个功率管，复合管或用几个功率管并联。 比较放大: 可以是单管放大电路，差动放大电路，集 成运算放大器。 基准电压: 可由稳压管稳压电路组成。 取样电路: 取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。,电压关系：,稳压原理,电源变化,负载变化,串联型稳压电源特点：,1）输出电流IO大（取决于T2管功率）,2）输出电压UO更加稳定,3）输出电压UO可以调节(调节RP,，可以调节输出电压),随着半导体工艺的发展
2、，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。 本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。 该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。,3.集成稳压电源,W7800系列稳压器外形,W7900系列稳压器外形,塑料封装,注：金属封装和塑料封装管脚定义不同，使用时一定要先查手册。,外形及引脚功能,注：型号后XX两位数字代表输出电压值,输出额定电压值有如下系列:,5V、9V、12V 、18V、 24V等
3、 。,三端集成 稳压器,输入与输出之间的电压不得低于3V！,三端固定输出集成稳压器的应用,0.11F,1F,为了瞬时增减负载电流 时，不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。,用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。,一、输出为固定电压的电路,二 、输出正负电压的电路,要求,1.了解晶闸管的基本结构、工作原理、特 性和主要参数。 2. 理解可控整流电路的工作原理、掌握电 压平均值与控制角的关系。 3. 了解单结晶体管及其触发电路的工作原 理。 4.理解交流调压电路的工作原理,4. 晶闸管及其应用,晶闸管 （Silicon Controll
4、ed Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。,体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。,晶闸管外型,晶闸管型号及其含义,导通时平均电压组别 共九级, 用字母AI表示0.41.2V,额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者,额定正向平均电流(IF),如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。,基本结构
5、,G,晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 其外形、结构及符号如图。,(c) 结构,(a) 外形,晶闸管的外形、结构及符号,实 验,工作原理,晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合,1)晶闸管阳极A与阴极K之间加正向电压，控制极断开，两个三极管均无基极电流，晶闸管不导通。,A,该过程在极短时间内连锁循环进行，形成正反馈，晶闸管瞬间全部饱和导通。,K,G,EA 0、EG 0,EG,2) 在控制极G与阴极K之间加正向电压，当IG 到达一定数值，T2 首先导通，随后T1导通， IC1与IG一起进入T2的基极后再次放大。,G,EA 0、EG 0,K,3）晶闸管导通后，去掉控制极，依靠正反馈，T2管
6、的基极电流 IB2= IC1，管子维持导通。,晶闸管导通后， 控制极失去控 制作用,在导通后，要关断晶闸管：,1）阳极电流IA减小到某一数值以下， 内部连锁状态不能维持，管子截止。,2) 切断阳极电源,3) 在阳极和阴极之间 加反向电压,G,K,A,1）晶闸管导通必须同时具备两个条件：,阳极与阴极之间加正向电压,控制极与阴极之间加正向电压,2）晶闸管的控制极只有使晶闸管导通的作用，一旦 导通, 就不再有控制作用，无论控制极对阴极有无电压 或反向电压，管子始终导通,3）要使晶闸管阻断(截止), 必须具备下列三个条件之一：,总 结,晶闸管的伏安特性曲线,晶闸管的导通和截止由阳极电压U、电流I及控制
7、极电流IG 决定，它们之间的关系用伏安特性曲线来表示。,0,+ -,- +,当晶闸管的阳极和阴极加正向电压，控制极无电压时， J2反偏，因此只有很小电流，称正向漏电流。 此时 晶闸管截止，表现出很大的内阻。,当正向电压增加到某一数值，漏电流突然增大，晶闸管导通，可以通过很大的电流，而管压降仅1V左右。晶闸管由截止变为导通所对应的电压UBO称正向转折电压。,0,+ -,- +,晶闸管导通后，减小正向压降，正向电流减小，当减小到某一数值，晶闸管又转为阻断。此时对应的最小电流称维持电流IH,当晶闸管的阳极阴极加反向电压，特性与二极管相似，有很小的反向漏电流。加大反向电压,晶闸管在反向转折电压UBR处
8、反向导通。,0,+ -,- +,0,当阳极电压高于转折电压时，元件导通，但这种导通方法 容易造成元件不可恢复性击穿，一般不采用。,当控制极加正向电压，IG 产生，特性曲线左移，正向转折电压降低, 元件容易导通。 IG 越大，UBO 越低。,因此，通常采用加控制电压的方式使晶闸管导通,正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正向转折电压,反向转折电压,正向平均电流,维持电流,动画演示,晶闸管主要参数,1.正向重复峰值电压UFRM,2.反向重复峰值电压URRM,3.正向平均电流IF,4.维持电流IH,晶闸管是晶体闸流管的简称，也称可控硅，它具有 一个控制电极，通过控制该电极可以控制晶闸管的 导
9、通时间，调节输出电压电流的大小，称为可控整 流。,可控硅整流电路,半导体二极管只有通断两种状态，用该元件组成的 整流电路，输出电流和电压的大小不能通过元件本 身来调节，称为不可控整流。,单相半波可控整流电路,1）以晶闸管代替半波整流电路中的二极管,2）晶闸管与RL串联，电路电流为io，控制极施加 周期性正向脉冲电压uG,特点,1. 电路,2 工作原理,t1,u 0 时: 可控硅承受反向电压不导通，晶闸管反向阻断,加触发信号，晶闸管承受正向电压导通,u 0时:,无触发信号，晶闸管承受正向电压导通,O,控制角,t1,O,t2,2,导通角,3 工作波形,输出电压及电流的平均值,晶闸管全导通,晶闸管全
10、阻断,改变控制角， 可改变输出电压Uo。,单相半控桥式整流电路,1. 电路,2. 工作原理,T1和D2承受正向电压。 T1控制极加触发电压, 则T1和D2导通，电流的通路为,a,(1)电压u 为正半周时,此时，T2和D1均承受反向电压而截止。,T2和D1承受正向 电压。 T2控制极加触发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为,(2)电压u 为负半周时,b,此时，T1和D2均承受反向电压而截止。,3. 工作波形,2,4. 输出电压及电流的平均值,两种常用可控整流电路,电路 特点,该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。,2. 晶闸管和负载上的电流相同。,(1),电路 特点,(2),由于T1的
11、阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。,单结晶体管有三个极，外型类似普通小功率三极管,要使晶闸管导通，除在阳极和阴极之间加正向电压，还要 在控制极和阴极之间加正向触发电压。产生触发电压的电 路称为触发电路。目前常用的是单结晶体管触发电路。,单结晶体管触发电路,单结晶体管结构及工作原理,PN结,N型硅片,1.结构,N型硅片的一侧引出两个极,B1称第一基极,B2称第二基极；硅片另一侧靠近B2处有一个PN结，从此处引出电极E称发射极。因有两个基极，单结晶体管又称双基极二极管。,单结晶体管两个基极之间呈电阻性，称基极电阻RBB=RB1+RB2，其值为几千欧。,第一基极与发射极之间的电
12、阻为RB1，随射极电流IE的增大而减小，当IE为0，RB1为几千欧，当IE为20mA左右，其为几十欧。,第二基极与发射极之间的电阻为RB2，数值恒定。,发射结具有单向导电性，以二极管D表示。,2 特性分析,在两个基极之间外加一个电压UBB，当UE=0时，A点对地电压为：,2 特性分析, 分压系数（分压比） 一般为0.3 0.9,伏安特性曲线,A,A,3 .单结晶体管的伏安特性,Ip,IV,负阻区：IE增加、UE反而下降，出 现负阻。,UE UA PN结反偏，IE0 单结管截止,1. UE UP时单结管截止,UE UP时单结管导通， UE UV时恢复截止。,2. 单结晶体管的峰点电压UP 与外加
13、固定电压UBB及分 压比有关，外加电压UBB 或分压比不同，则峰点电 压UP不同。,小 结,单结晶体管振荡电路,R1，R2 为外接电阻 C 为外接电容,单结晶体管振荡电路 利用单结管的负阻特 性及RC电路的充放电 特性组成频率可调的 振荡电路。,工作原理,设通电前uC=0。,接通电源U, 电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。,当uC UP时,单结管导通,电容C放电,R1上得到一脉冲电压。,电容放电至 uC Uv时，单结管重新关断，使ug0。,(a),(b),电容上的电荷通过R1 放电，放电速度取决于R1C，因为R1R，放电迅速，放电电流在R1 上形成尖脉冲。,(c) 电压波形,重复上述过
14、程， 在R1上形成一系列尖脉冲,这种周而复始的自动充放电过程称为振荡,通过电路振荡在电容器上形成锯齿波，在R1上形成尖脉冲； R大，电容充电慢，到达 uP 的时间长，脉冲出现时间晚； R小，电容充电快，到达 uP 的时间短，脉冲出现时间早。,尖脉冲出现 的时间可通 过改变 R 的 值来调节,移相 触发,单结管触发的可控整流电路,1. 电路,2. 工作原理,(1)整流削波,削 波,整流,(2) 触发电路,t,(3) 输出电压uL,O,O,问 题 讨 论,1. 单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发 电路为什么接在同一个变压器上？,2. 触发电路中，整流后为什么加稳压管？,3. 一系列触发脉冲中
15、，为什么只有第一个起作用？ 如何改变控制角？,4. 输出电压如何调节？,1满足u1 ,u2 不同的电压要求 2 使u1 ,u2 同相，即触发电 路过零时刻与主电路过零 时刻保持一致（“同步”）,变压器Tr,主要元器件的作用,稳压管 DZ：,把电压u0 的顶部削掉， 使u0 成为梯形波Uz。,当电网电压波动时，单结晶体管输出脉冲的幅 度以及每半周产生第一个脉冲的时间不受电网 电压波动的影响。,电位器 RP,RPC 是电容的充电时间常数，RP 越大，电容电压uC 上升慢，第一个尖脉冲到来迟，控制角 加大，导通角 减小，电压 uL 的平均值减小。,问 题 答案,1. 单结管触发的可控整流电路中，主电
16、路和触发 电路为什么接在同一个变压器上？,目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步)，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。,2. 触发电路中，整流后为什么加稳压管？,稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形(即削波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生 第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。,3. 一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？ 如何改变控制角？,根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。,改变充电时间常数即可改变控制角。 控制角
