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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
2、流电路,图 10.2.4,图 10.2.5,图 10.2.6,10.2.4 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 10.3.1,10.3.2 RC - 型滤波电路,输出直流电压为：,脉动系数 S 约
3、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 10.3.6,10.3.4 LC - 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
4、,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
5、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
6、 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：,10.6.4 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
7、,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 1 V 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 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
8、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)、
9、,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脉冲波形，经 LC
10、 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
11、通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA 。 晶闸管导通后，管压降很小，约为 1 V 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
12、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,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 0.25 V。
13、 (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,
