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1、第04讲 直流稳压电源 一、直流稳压电源的组成和功能 二、单相整流电路(17.2.1) 三、滤波电路 四、稳压电路(12.8.2) 五、集成稳压电源(12.8.2) 电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流 电压u2。 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流 电压u4。 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持 输出电压uo的稳定。 一、直流稳压电源的组成和功能 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 u1 u2u3u4 uo 单相 三相 二极管 可控硅 桥式 倍压整
2、流 半波 全波 本课主要介绍： 单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流 把交流电压转变为直流脉动的电压 。 整流电路分类 ： 整流电路的任务 ： 二、单相整流电路 1.单相半波整流电路 二极管导通，忽略二极 管正向压降， uo=u2 u1 u2 a T b D RLuo 为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。 二极管截止, uo=0 + io + u2 0 时: u20 时 D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路: a D1 RLD4b u20 时 D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路: b D2 RLD4a 单相桥式整流电路输出波形
3、及二极管上电压波形 u2 D3 D2 D1 D4 RL uo a b 整流输出电压平均值： Uo=0.9U2 负载电流平均值: Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二极管平均电流：ID=Io/2 二极管最大反向电压： DRM 22 UU= u2 uD2,uD3uD1,uD4 uo 集成硅整流桥： u2 uo + +- + 4. 整流电路的主要参数 负载电压 Uo的平均值为: ( ) = oo tdu U 2 0 2 1 w 负载上的(平均)电流: L o R U I o = (1)整流输出电压的平均值 uo 20 t S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值 之比。S越小
4、越好。 2. 脉动系数 用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得: uo 20 t 基波 基波峰值 输出电压平均值 平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管 的主要依据。 oD II 2 1 = 例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周 导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。 二极管截止时两端承受的最大反向电压： (3)二极管平均电流与反向峰值电压 （选购时：二极管额定电流 2ID) （选购时：最大反向电压 2URM) 三、滤波电路 滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或 电感与负载RL串联。 交流 电压 脉动 直流电压 整流 滤
5、波 直流 电压 RL L RLC 1. 电容滤波电路 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析， 其电路如图所示。 (1)电容滤波原理 a 桥式整流电容滤波电路 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C RL未接入时(忽略整流电路内阻) u2 t uo t 设t1时刻接 通电源 t1 整流电路为 电容充电 充电结束 没有电容 时的输出 波形 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C uc RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 无滤波电容 时的波形 加入
6、滤波电容 时的波形 uo t u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2 u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数 = RL C u2 t uo t 只有整流电路输 出电压大于uc时 ，才有充电电流 。因此二极管中 的电流是脉冲波 。 二极管中的 电流 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 电容充电时， 电容电压滞后 于u2。 RLC越小，输 出电压越低。 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C RL接入（且RL
7、C较大）时 (考虑整流电路内阻) 一般取)105(TCR L -= (T:电源电压的周期) 近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL (b) 流过二极管瞬时电流很大 RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 (2)电容滤波电路的特点 (a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关 RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大 (c) 二极管承受的最高反向电压 2. 电感滤波电路 电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L 就构成了电感滤波电路。 u2u1 RL L uo 电感滤波原理 对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大
8、部分降在XL上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 Uo=0.9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压 约为： u2u1 RL L uo 对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上 3. RC 型滤波器 改善滤波特性的方法：采取多级滤波 uo R u2u1 C1C2 uo1 RL RC 型滤波器 将RC 型滤波器中的电阻换为电感 ，变为LC 型滤波器 四、稳压电路 稳压电路的作用: 交流 电压 脉动 直流电压 整流滤波 有波纹的 直流电压 稳压 直流 电压 稳压电源类型: 以下主要讨 论线性稳压 电路。 稳压管 稳压电路 开关型 稳压电路 线性 稳压电路 常用稳压电
9、路 (小功率设备) 电路最简单， 但是带负载能 力差，一般只 提供基准电压 ，不作为电源 使用。 效率较高， 目前用的也 比较多，但 因学时有限 ，这里不做 介绍。 1. 稳压电路的主要性能指标 (1)稳压系数 S（越小越好） 稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影 响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化 量与输入电压的相对变化量之比。 (2)输出电阻Ro （越小越好） 输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。 定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出 电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效 电路的内阻。 2. 串联反馈式稳压电路 (1)电路结构的一般形式 串联式稳压电路的组成
10、： （1）基准电压； （2）比较放大； （3）输出电压取样电路；（4）调整元件 UO T + _ UI 比较放大 基 准电压 Uo取样 UR FUO RL 调整元件 + + 因调整管与负载接成射极输出器形式 ，为深度串联电压负反馈，故称之为 ： 串联反馈式稳压电路。 若因输入电压变化或负载变化而使UO 加大,比较放大电路使UB1变小,从而使 UO降低. UO T1 + _ UI 比较放大 基 准电压 Uo取样 UR FUO RL 调整元件 + + UB1 +UI Uo RL R3 比较放大 T1调整管 R3 、 T2比较放大 R1 、 RW 、R2采样电阻 R 、 UZ基准电压 (2)一种实际
11、的串联式稳压电源 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 稳压原理 UoUB2UBE2=（UB2-UZ ） UC2 （UB1 ）Uo 当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 UC2 （UB1 ） (3) 输出电压的确定和调节范围 因为： O U 2BEZ UU+ 22W RR+ 21W RRR+ = () 2 22 21 BEZ W W O UU RR RRR U+ + + = 所以： 22 21 Z W W U RR RR
12、R + + = 忽略UBE2 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求 输出电压的调节范围。 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 2 21 Z W W Omin U RR RRR U + + = 4=6V 4.74.7 + = 4.7 4.7 + 4.7 2 21 Z W Omax U R RRR U + = 4=12V 4.74.7 + = 4.7 4.7 (4) 实际的稳压电源采取的改进措施 1. 比
13、较放大级采用差动放大器或集成运放 2.调整管采用复合三极管 3. 采用辅助电源(比较放大部分的电源) 4. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益 5. 内部加短路和过热保护电路 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 集成化集成稳压电源 五、集成稳压电源 特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路 类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-
14、9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端 W7800系列稳压器外形及接线图 1 2 3 + _ W7805 UI + _ Uo 1 3 2 CI 0.11F Co 1F +10V +5V 注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！ 1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端 W7900系列稳压器外形及接线图 1 2 3 + W7905 UI + Uo 2 3 1 CI 0.11F Co 1F -10V -5V 集成稳压电源应用电路 u2u1 C1 300F U1=220V U2=8V UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V + _ Co W7805 + _ Uo 13 2 1F RL CI 1F
