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1、第十章直流电源 10 1直流电源的组成 10 2单相整流电路 10 3滤波电路 10 4倍压整流电路 10 5硅稳压管稳压电路 10 6串联型直流稳压电路 10 7集成稳压器 10 8开关型稳压电路 10 9可控整流电路 10 1直流电源的组成 图10 1 1直流电源的组成 电网电压 电源变压器 整流电路 滤波器 稳压电路 负载 10 2单相整流电路 10 2 1单相半波整流电路 优点 使用元件少 缺点 输出波形脉动大 直流成分小 变压器利用率低 图10 2 1 10 2 2单相全波整流电路 图10 2 3全波整流电路波形图 10 2 3单相桥式整流电路 图10 2 4 图10 2 5 图10
2、 2 6 10 2 4整流电路的主要参数 一 输出直流电压UO AV 二 脉动系数S 三 二极管正向平均电流ID AV 四 二极管最大反向峰值电压URM 在桥式整流电路中 输出直流电压 脉动系数 二极管正向平均电流 二极管最大反向峰值电压 表10 1单相整流电路的主要参数 10 3滤波电路 10 3 1电容滤波电路 适用于负载电流较小的场合 滤波电容大 效果好 输出直流电压为 脉动系数S约为10 20 图10 3 1 10 3 2RC 型滤波电路 输出直流电压为 脉动系数S约为 适用于负载电流较小的场合 图10 3 4 10 3 3电感滤波电路和LC滤波电路 一 电感滤波器 适用于负载电流比较
3、大的场合 二 LC滤波器 输出直流电压为 脉动系数S 适用于各种场合 图10 3 5 图10 3 6 10 3 4LC 型滤波电路 图10 3 7 图10 2各种滤波电路的性能比较 10 4倍压整流电路 10 4 1二倍压整流电路 iD1 iD2 图10 4 1二倍压整流电路 10 4 2多倍压整流电路 适用于要求输出电压较高 负载电流较小的场合 图10 4 2多倍压整流电路 10 5硅稳压管稳压电路 10 5 1稳压电路的主要指标 整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因 负载变化 电网电压波动 一 内阻Ro 二 稳压系数Sr 10 5 2硅稳压管的伏安特性 在反向击穿区 流过稳压管的电流发生很
4、大变化 两端电压基本不变 10 5 3硅稳压管稳压电路 一 电路组成和工作原理 稳压原理 1 UI不变 RL减小 RL IL UR UO IZ IR IL IZ 基本不变 2 RL不变 UI升高 UI UO IZ UR UO UI UR 基本不变 UO UO 图10 5 2 二 内阻和稳压系数的估算 1 内阻Ro 2 稳压系数Sr 当rZ RL rZ R时 图10 5 2 图10 5 4 三 限流电阻的选择 1 当电网电压最高和负载电流最小时 IZ的值最大 此时IZ不应超过允许的最大值 即 或 2 当电网电压最低和负载电流最大时 IZ的值最小 此时IZ不应低于其允许的最小值 即 或 10 6串
5、联型直流稳压电路 10 6 1电路组成和工作原理 采样电路 R1 R2 R3 放大电路 A 基准电压 由VDZ提供 调整管 VT 稳压过程 UI 或 IL UO UF UId UBE IC UCE UO 图10 6 1 10 6 2输出电压的调节范围 由于U U UF UZ 所以 当R2的滑动端调至最上端时 UO为最小值 当R2的滑动端调至最下端时 UO为最大值 则 图10 6 1串联型直流稳压电路 10 6 3调整管的选择 一 集电极最大允许电流ICM 二 集电极和发射极之间的最大允许电压U BR CEO 三 集电极最大允许耗散功率PCM 稳压电路的输入直流电压为 变压器副边电压为 10 6
6、 4稳压电路的过载保护 R4很小 约为1 负载电流超过某一值后 VT2导通 限制VT1中的电流 保护调整管 保护电路的输出特性 正常稳压区 限流保护 一 限流型保护电路 图10 6 2 图10 6 3 二 截流型保护电路 过载时 T2导通 引起正反馈过程 IC2 IB1 UO UE2 UBE2 IC2 使VT2饱和 输出电压下降到1V左右 图10 6 5 负载故障排除后 IL减小 引起正反馈过程 UR4 UB2 IC2 IB1 UO IC2 使稳压电路的输出恢复到原来的数值 UE2 UBE2 10 7集成稳压器 10 7 1三端集成稳压器的组成 图10 7 1三端集成稳压器的组成 10 7 2
7、三端集成稳压器的主要参数 10 7 3三端集成稳压器的应用 一 三端集成稳压器的外形及电路符号 图10 7 2 二 三端集成稳压器应用电路 1 基本电路 若输出电压较高 接一保护二极管VD 以保护集成稳压器内部的调整管 图10 7 4三端集成稳压器基本应用电路 2 扩大输出电流 VD的作用 补偿三极管的发射结电压 使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压 图10 7 5扩大三端集成稳压器的输出电流 3 提高输出电压 图10 7 6 4 使输出电压可调 图10 7 7 10 8开关型稳压电路 10 8 1开关型稳压电路的特点和分类 特点 效率高 体积小重量轻 对电网电压要求不高 调整管的控制电
8、路比较复杂 输出电压中纹波和噪声成分较大 分类 有脉冲宽度调制型 PWM 有低压开关稳压电路 高压开关稳压电路 脉冲频率调制型 PFM 和混合调制型 有自激式 他激式 双极型三极管 MOS场效应管和可控硅开关电路等 10 8 2开关型稳压电路的组成和工作原理 图10 8 1开关型稳压电路示意图 一 脉冲宽度调制式开关型稳压电路 二 工作原理 当ut uA时 uB UOPP 调整管饱和导通 iE向负载提供电流 并将能量储存在电感的磁场中 当ut uA时 uB UOPP 调整管截止 iE 0 电感释放能量 产生的电流流过负载和二极管 图10 8 2 结论 调整管处于开关状态 发射极电位是高低交替的
9、脉冲波形 经LC滤波电路后 负载上得到较平滑的输出电压互感器uO 脉冲波形的占空比 图10 8 3图10 8 2电路的波形图 10 9可控整流电路 10 9 1晶闸管的基本特性 一 结构与符号 图10 9 2晶闸管的结构和符号 阳极 阴极 控制极 二 工作原理 图10 9 4 1 控制极不加电压 无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压 晶闸管都不导通 称为阻断 2 控制极与阴极间加正向电压 阳极与阴极之间加正向电压 晶闸管导通 IG 1 2IG 1IG 图10 9 3 结论 晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时 再在控制极加一个正的触发脉冲 晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳
10、极电流IA 晶闸管导通后 管压降很小 约为1V左右 三 伏安特性和主要参数 1 伏安特性 UBO A B C IH IG 0 正向阻断特性 当IG 0 而阳极电压不超过一定值时 管子处于阻断状态 UBO 正向转折电压 正向导通特性 管子导通后 伏安特性与二极管的正向特性相似 IH 维持电流 当控制极电流IG 0时 使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小 IG增大 反向特性 与二极管的反向特性相似 UBR 图10 9 6晶闸管的伏安特性 2 主要参数 断态重复峰值电压UDRM反向重复峰值电压URRM额定通态平均电流IT额定通态平均电压UT维持电流IH 控制极触发电压UGT控制极触发电流IGT
11、10 9 2单相桥式可控整流电路 在u2正半周 当控制极加触发脉冲 VT1和VD2导通 在u2负半周 当控制极加触发脉冲 VT2和VD1导通 控制角 导电角 一 电路组成及工作原理 图10 9 7 图10 9 8 二 电路参数的估算 即 输出电压平均值 输出电流平均值 晶闸管承受的最大反向电压 图10 9 9 10 9 3单结管触发电路 对触发电路的要求 1 触发时 能提供足够的触发脉冲电压和电流 2 触发电路的漏电压不超过0 25V 3 触发脉冲的前沿时间小于10 s 4 触发脉冲要有足够的宽度 一般要求大于20 s 5 控制角的范围接近或大于150 6 触发电路必须与主电路同步 一 单结管的结构及特性 N型硅片 P区 PN结 e b1 b2 单结晶体管又称为双基极晶体管 a 结构 b 符号 等效电路 图10 9 10单结管的结构及符号 特性 分压比 A P V B IP UP 截止区 负阻区 饱和区 峰点 UP 峰点电压 IP 峰点电流 谷点 UV 谷点电压 IV 谷点电流 图10 9 11 a 图10 9 11 b 二 单结管的脉冲发生电路 图10 9 12单结管的脉冲发生电路 三 单结管的触发电路 图10 9 14 图10 9 15
