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1、第10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 稳压管稳压电路,10.5 串联型稳压电路,10.6 开关型稳压电路,10.7 Multisim应用举例,10.1 直流电源的组成及各部分的作用,直流电源是能量转换电路，将220V（或380V）50Hz的交流电转换为直流电。,稳压电路,滤波电路,整流电路,电源变压器,220V,半波整流,全波整流,变压器：改变电压值，通常是降压。,整流电路：将交流变为单向脉动的直流。,滤波电路：减小脉动。,稳压电路：使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响。,在分析电源电路时要特别考虑的两个
2、问题：允许电网电压波动10，且负载有一定的变化范围。,10.2 整流电路,整流二极管为理想二极管：导通时正向压降为零，截止时反向电流为零；,变压器无损耗，内部压降为零。,对整流电路要研究清楚以下问题：,1、电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析。,2、输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压。,3、整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压。,10.2.1 整流电路的分析方法及基本参数,一、工作原理,220V,50Hz,RL,D,+,-,+,-,1、u2为正半周时，,二极管D导通，,uo= u2,2、u2为负半周时，,D截止，承受反向电压为u2，,uo= 0,t
3、,u2,O,t,uo,O,t,O,U2m,uD,二、主要参数,1、输出电压平均值UO（AV）,2、输出电流平均值IO（AV）,3、脉动系数S,整流输出电压的脉动系数S：定义为整流输出电压的基波峰值UO1M与输出电压平均值UO（AV）之比，,三、二极管的选择,考虑电网电压的波动，应选择二极管的参数为,【例10.2.1】在半波整流电路中，已知电网电压波动范围是10，变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100，试问：,（1）RL上的UO（AV）和IO（AV）各为多少？,（2）二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少？,（3）若不小心将输出端短路，则会出现什么现象？,解：（1
4、）,（2）二极管承受的最大反向电压,二极管流过的最大平均电流,（3）若不小心将输出端短路，则变压器副边电压全部加在二极管上，二极管会因正向电流过大而烧坏；,若二极管烧成为短路，则会使变压器副边线圈短路，副边电流将很大，如不及时断电，会造成变压器永久性损坏。,10.2.2 单相桥式整流电路,一、电路的组成,220V,50Hz,RL,+,-,+,-,D1,D3,D2,D4,220V,50Hz,RL,D4,D2,D1,D3,220V,50Hz,RL,D1D4,二、工作原理,1、u2为正半周时，,220V,50Hz,RL,D4,D2,D1,D3,D1、D3正偏导通，D2、D4反偏截止。,uo=u2,2
5、、u2为负半周时，,220V,50Hz,RL,D4,D2,D1,D3,D1、D3反偏截止，D2、D4正偏导通。,uo=-u2,三、输出电压平均值UO（AV）和输出电流平均值IO（AV）,四、二极管的选择,考虑电网电压的波动，应选择二极管的参数为,220V,50Hz,D1,D3,D2,D4,RL1,RL2,+,-,+,-,在负载RL1两端得到正电压uo1；,在负载RL2两端得到负电压uo2.,【例10.2.2】在桥式整流电路中，已知变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100，试问：,（1）RL上的UO（AV）和IO（AV）各为多少？,（2）当电网电压波动范围为10，二极管的最大平均电
6、流IF与最高反向工作电压URM至少应选取多少？,（3）若二极管D1开路或短路，则分别产生什么现象？,解：（1）,（2）二极管承受的最大反向电压,二极管流过的最大平均电流,（3）若D1开路，则电路仅能实现半波整流，因而输出电压平均值仅为原来的一半；,若D1短路，则在u2的负半周将变压器副边电压全部加在D2上，D2将因电流过大而烧坏，且若D2烧成为短路，则有可能烧坏变压器。,10.3 滤波电路,10.3.1 电容滤波电路,220V,50Hz,RL,D4,D2,D1,D3,C,一、滤波原理,当变压器副边电压u2处于正半周并且数值大于电容两端电压uC时，二极管D1、D3导通，电流一路流经负载电阻RL，
7、,另一路对电容C充电。,t,uO,O,2,3,当u2下降到一定的数值后，uC的下降速度小于u2的下降速度，使uC大于u2从而导致D1、D3截止，电容C继续通过RL放电。,变压器和二极管是有内阻的，整流电路内阻上是有压降的。,t,uO,O,2,3,由于整流电路的内阻很小，电容充电时间常数很小，充电进行很快,电容放电时间常数为RLC，通常远大于充电时间常数。,因此，滤波效果取决于放电时间。,t,uO,O,2,3,RLC大,RLC大,二、输出电压平均值,滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述。,滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述。,滤波电路输出电压波形难于用解析式来描述。,t,uO,O,斜率等于
8、RLC放电的起始斜率,当负载开路时，,当RLC=（35）T/2时，,电容的耐压值应大于,三、脉动系数,在近似波形（锯齿波）中，交流分量的基波的峰峰值为,基波的峰值为,四、整流二极管的导通角,在未加滤波电容之前，整流二极管的导通时间为半个周期，即二极管的导通角为。,加滤波电容后，只有当电容充电时整流二极管才导通，即整流二极管的导通时间小于半个周期。,即每只二极管的导通角都小于。,t,uO,O,2,t,i,O,2,iO,iD,并且RLC越大，滤波效果越好，导通时间越短，导通角越小。,二极管在短暂的时间内将流过一个很大的冲击电流为电容充电。,二极管的寿命将受影响,在选择整流二极管时，最大整流平均电流
9、IF通常要大于负载电流的23倍。,五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性,当滤波电容C选定后，UO（AV）和IO（AV）的关系称为输出特性。,IO（AV）,O,UO（AV）,C减小,当滤波电容C选定后，S和IO（AV）的关系称为波波特性。,IO（AV）,O,S,C减小,电容滤波电路适用于负载电流较小且变化范围不大的场合。,【例10.3.1】在图10.3.1（a）所示电路（桥式整流、电容滤波）中，,若电网电压的波动范围为10，UO（AV）1.2U2。,要求UO（AV）=15V，IL（AV）=100mA。,试选择合适的滤波电容。,解：由于UO（AV）1.2U2，,C的取值满足RLC=（35）T/2的
10、条件。,电容的耐压值为,可选取容量为330F、耐压为25V的电容作本电路的滤波电容。,讨论一：,在桥式整流、电容滤波电路中，,已知变压器副边电压有效值为10V，电容量足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）？,1、正常工作；,2、C开路；,3、RL开路；,4、D1和C同时开路。,12V,9V,14.1V,4.5V,讨论二：,整流电路如图所示，,220V,50Hz,D1,D2,u22,RL,u21,uO,变压器次级具有中心抽头的全波整流电路,求解变压器副边电压有效值U21U2220V时输出电压的波形和平均值、整流二极管的最大整流电流和最高反向工作电压。,10.3.2 倍压整流电路,利用滤
11、波电容的存储作用，由多个电容和二极管可以获得几倍于变压器副边电压的输出电压，称为倍压整流电路。,1、二倍压整流电路,220V,50Hz,D1,D2,C1,C2,uO,+ -,u2,当u2 为正半周时，,+,-,D1导通、D2截止，C1充电。,当u2 为负半周时，,+,-,D2导通、D1截止，C2充电。,2、多倍压整流电路,220V,50Hz,D1,D6,C1,+ -,u2,C3,C5,C2,C4,C6,在空载情况下，C1上的电压为,C2C6上的电压均为,以C1和C3上的电压相加作为输出，输出电压值为,依次类推，从不同位置输出，其输出电压值为,10.3.3 其它形式的滤波电路,一、电感滤波电路,
12、220V,50Hz,RL,D1D4,电感上感生电动势的方向总是阻止电流的变化。,每当整流二极管的电流变小而趋于截止时，感生电动势将延长这种变化，即增大二极管的导通角。,uD,L,二极管上的冲击电流减小。,线圈的直流电阻,若R很小,RL越小、L越大，滤波效果越好。,电感滤波电路适用于大电流负载的场合。,二、复式滤波电路,RL,L,C,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电
13、压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,5-3 电容电压的连续性质和记忆性质,若uc (0-) 0，即t=0+时电容相当于电压源。,7.1.1 概述,一、电路的组成,
