《第十章直流电源111教学幻灯片》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第十章直流电源111教学幻灯片（100页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模拟电子技术基础,主讲：物理与电子工程学院 周 功 明,(8-2),(1-2),第10章 直流电源,结束,第十章 直流电源,10.1 直流电源的组成及各部分的作用 10.2 整流电路 10.3 滤波电路 10.4 稳压二极管稳压电路 10.5 串联型稳压电路 10.6 集成稳压电源,教学要求,一.重点掌握的内容： 1.单相桥式整流电路的工作原理,直流输出电压Uo(AV)与变压器次级电压U2的关系； 2.串联型直流稳压路的工作原理，输出电压Uo调整范围的估算方法。,二、一般掌握的内容 1.电容滤波的特点，电容C的选择原则，以及滤波电路输出电压与变压器次级电压U2的关系； 2.硅稳压管稳压电路的工
2、作原理，限流电阻的估算； 3.集成三端稳压器的使用方法。,(8-5),(1-5),第10章 直流电源,结束,整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。,10.2 整流电路,常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。,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。,(8-6),(1-6),第10章 直流电源,结束,10.2.1 整流电路的分析方法及其基本参数,u2 0 时，二极管导通。,忽略二极管正向压降： uo=u2,一、工作原理,(8-7),(1-7),第10章 直流电源,结束,u20时，二极管截止,输出电流为0。,uo=0,(
3、8-8),(1-8),第10章 直流电源,结束,图10.2.2 半波整流电路的波形图,输出电压波形：,半波整流仿真,(8-9),(1-9),第10章 直流电源,结束,(1) 输出电压平均值Uo（AV）：,二、主要参数,图10.2.3 单相半波整流电路 输出电压平均值,(8-10),(1-10),第10章 直流电源,结束,(4) 二极管上承受的反向最高电压：,(2) 负载电流的平均值：,(3) 二极管电流的平均值：,(5)脉动系数S：,S定义：整流输出电压的基波峰值UO1M与平均值UO(AV)之比。,(8-11),(1-11),第10章 直流电源,结束,三、二极管的选择,(8-12),(1-12
4、),第10章 直流电源,结束,10.2.2 单相桥式整流电路,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,一、单相桥式整流电路的组成,二、工作原理,(8-13),(1-13),第10章 直流电源,结束,10.2.2 单相桥式整流电路,桥式整流电路,u2正半周时电流通路,一、单相桥式整流电路的组成,二、工作原理,(8-14),(1-14),第10章 直流电源,结束,u20 时,D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: A D1 RLD3B,u20 时,D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: B D2 RLD4A,输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,桥式整流仿真,(8-1
5、5),(1-15),第10章 直流电源,结束,图10.2.5 单相桥式整流电路的习惯画法,(8-16),(1-16),第10章 直流电源,结束,几种常见的硅整流桥外形：,(8-17),(1-17),第10章 直流电源,结束,1. 整流输出电压平均值Uo（AV）,3.二极管电流的平均值ID（AV）,三、主要参数,2. 输出电流平均值Io（AV）,(8-18),(1-18),第10章 直流电源,结束,4.反向峰值电压,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:,5. 脉动系数S,(8-19),(1-19),第10章 直流电源,结束,四、二极管的选择,(8-
6、20),(1-20),第10章 直流电源,结束,10.2.3 单相全波整流电路的工作原理,(4) uo平均值Uo：,Uo=0.9U2,(1) 输出电压波形：,(2) 二极管上承受的最高电压：,(3) 二极管上的平均电流：,(8-21),(1-21),第10章 直流电源,结束,10.3 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,直流 电压,原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。,(8-22),(1-22),第10章 直流
7、电源,结束,10.3.1 电容滤波电路,以单相桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,(8-23),(1-23),第10章 直流电源,结束,10.3.1 电容滤波电路,以单相桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,(8-24),(1-24),第10章 直流电源,结束,2. RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。,仿真,(8-25),(1-25),第10章 直流电源,结束,电容充电时，电容电压滞后于u2。,RLC越小，输出电压越低。,3. RL
8、接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻),(8-26),(1-26),第10章 直流电源,结束,二、输出电压平均值,图10.3.3 电容滤波电路输出电压 平均值的分析,(8-27),(1-27),第10章 直流电源,结束,根据相似三角形可得,(8-28),(1-28),第10章 直流电源,结束,当,当,三、脉动系数,(8-29),(1-29),第10章 直流电源,结束,只有整流电路输出电压大于uo时，才有充电电流iD 。因此整流电路的输出电流是脉冲波。,可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。,四、整流二极管的导通角,(8-30),(1-30),第10章 直流电源,结束,五、电容滤波电路
9、的输出特性和滤波特性,结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 和 S 也随之改变。,如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多, S 增大。,(8-31),(1-31),第10章 直流电源,结束,一、二倍压整流电路,u2的正半周时：D1导通，D2截止，理想情况下，电容C1的电压充到：,u2的负半周时：D2导通，D1截止，理想情况下，电容C2的电压充到：,负载上的电压：,10.3.2 倍压整流电路,图10.3.6 二倍压整流电路,(8-32),(1-32),第10章 直流电源,结束,二、多倍压整流电路,
10、u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1充电到：,u2的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，C2充电到：,(8-33),(1-33),第10章 直流电源,结束,u2的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回路， C1补充电荷，C3充电到：,u2的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构成回路， C2补充电荷， C4充电到：,把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。,(8-34),(1-34),第10章 直流电源,结束,10.3.3 其它形式的滤波电路,一、电感滤波电路,图10.3.8 单相桥式整流电感滤波电路,电路结构: 在桥式
11、整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。,(8-35),(1-35),第10章 直流电源,结束,1、滤波原理,对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。 对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在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：,2、电感滤波的特点,整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。,(8-36),(1-36),第10章 直流电源,结束,电感滤波后的输出电压平均值为,输出电压的交流分
12、量为,(8-37),(1-37),第10章 直流电源,结束,二、复式滤波电路,图10.3.9 复式滤波电路,三、各种滤波电路的比较（见表10.3.1）,(8-38),(1-38),第10章 直流电源,结束,10.4 稳压二极管稳压电路,稳压管,稳压电路,开关型,稳压电路,串联型,稳压电路,常用稳压电路,(小功率设备),线性稳压电路。,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。,(8-39),(1-39),第10章 直流电源,结束,10.4.1 稳压管稳压电路的组成,图10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路,(8-
13、40),(1-40),第10章 直流电源,结束,图10.4.2 稳压管的伏安特性,(8-41),(1-41),第10章 直流电源,结束,10.4.2 稳压原理,电网电压变化时的稳压过程：,电网电压,UO,电网电压,UI,(8-42),(1-42),第10章 直流电源,结束,负载变化,RL,IL,IR,IR基本不变,(8-43),(1-43),第10章 直流电源,结束,10.4.3 稳压管稳压电路的性能指标,一、稳压系数 Sr,稳压系数Sr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。,二、输出电阻Ro,输出电阻用来反映稳压电路受负载变化
14、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。,(8-44),(1-44),第10章 直流电源,结束,图10.4.3 稳压管稳压电路的交流等效电路,(8-45),(1-45),第10章 直流电源,结束,(8-46),(1-46),第10章 直流电源,结束,10.4.4 电路参数的选择,选择元件要求知道：输出电压UO，负载电流IL的最小值ILmin和最大值ILmax(或RLmax和RLmin),输入电压UI的波动范围（一般为10）。,1.稳压电路输入电压UI的选择,2.稳压管的选择,(8-47),(1-47),第10章 直流电源,结束,3
15、.限流电阻R的选择,(8-48),(1-48),第10章 直流电源,结束,10.5串联型稳压电路,10.5.1串联型稳压电路的工作原理,负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+）倍。,实际上是射极输出器，Uo=UZ-UBE 。但带负载的能力比稳压管强。,一、基本调整管电路,(8-49),(1-49),第10章 直流电源,结束,两个主要缺点：,(1) 稳压效果不好。,Uo=UZ UBE,(2) 输出电压不可调。,改进的方法： 在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。,(8-50),(1-50),第10章 直流电源,结束,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
16、成。,二、 具有放大环节的串联型稳压电路,1.电路的构成,(8-51),(1-51),第10章 直流电源,结束,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。,比较放大器：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。,(8-52),(1-52),第10章 直流电源,结束,因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度电压串联负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。,(8-53),(1-53),第10章 直流电源,结束,一种实际的串联型稳压电源,2.稳压原理,当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时,(8-54),(1-54),第10章 直流电源,结束,3.输出电压的可调范围,(8-55),(1-55),第10章 直流电源,结束,4.调整管的选择
