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1、,直流稳压电源制作与调试,项,目,一,目 录,学习目标,项目要求,项目引导,项目学习,制作指导,项目验收,学习目标,知识目标,了解直流稳压电源的组成及工作过程。 了解直流稳压电源电路中元器件的特点及应用。 能够制作并调试直流稳压电源。 会用仪器、仪表对直流稳压电源进行性能指标的调试和测量。 会编写制作调试报告。,返回,能力目标,会用万用表检测直流稳压电源电路中的元器件。 会用信号发生器产生9V、100Hz的正弦交流信号。 会用示波器观察并测量9V、100Hz的正弦交流信号的峰-峰值和周期。 会用万用表测量整流后的直流电压。 按照工艺要求对元器件进行整形、装配。 按照工艺要求制作、调试直流稳压电
2、源电路。,项目要求,稳压范围：9（110%）V。 纹波系数：10-2。 输出内阻：30。,返回,制作直流稳压电源要求如下：,任务分配表,返回,虚拟工作室,返回,直流稳压电源电路图,任务1 分析电路工作原理,学习目标 1、了解直流稳压电源的组成。 2、能看懂直流稳压电源的电路图。 3、会分析直流稳压电源的工作过程。,工作子任务 1认识元器件符号及实物。 2简述直流稳压电源的工作过程。 3绘制直流稳压电源的焊接草图。,返回,考考你,、将直流稳压电源的电源插入交流电源插座上，就可以得到直流电压。这是什么原因？ 、我们用的手机充电器，将其插入交流电源插座上，就可以得到直流电压给手机的电池充电，这是什么
3、原理？,返回,知识链接1直流稳压电源的组成,一、直流稳压电源电路中的元器件,、电源变压器,电源变压器就是一种利用电磁感应原理，将电网提供的交流电压变换为电路所需要的交流电压的器件。电源变压器主要由铁心和绕组（也称作线圈）两部分组成。铁心是用导磁性好的硅钢片叠装而成，绕组是用铜丝绕制在铁心上。,电源变压器的工作原理,（1）功率关系式 P1 = P2 理想电源变压器：变压器铁心内无漏磁，磁能无损失，一次、二次绕组的内阻不计，不产生焦耳热，电能无损失。 （2）电压关系式 （3）电流关系式,电源变压器的工作原理,一台理想变压器，其一次绕组2200匝，二次绕组440匝，并接一个100的负载电阻，如图1-
4、5所示。 （1）当一次绕组接在44V直流电源上时，电压表示数_V， 电流表示数_A。 （2）当一次绕组接在220V交流电源上时，电压表示数_V， 电流表示数_A。此时输入功率为_W，变压器的效率为_。,例1-1,图 1-5,【解析】（1）当一次绕组接在直流电源上时，由于一次绕组中的电流恒定，穿过原二次绕组的磁通量不发生变化，二次绕组两端不产生感应电动势，故电压表、电流表示数均为零。 ( 2) 加入交流电时：由 得 P1=P2= U 2I2= 0.4444W=19.36W 效率： =100 %,【评注】变压器只能改变交流电压，不能改变直流电压。理想变压器无能量损耗，效率为100。,图1-6所示为
5、一理想变压器，S为单刀双掷开关，P为滑动变阻器的滑动 触头，U1为加在一次绕组两端的电压，I1为一次绕组中的电流强度，则 （ ）。 A保持U1及P的位置不变，S由a合到b时，I1将增大。 B保持U1及P的位置不变，S由b合到a时，R消耗的功率减小。 C保持U1不变，S合在a处，使P上滑，I1将增大。 D保持P的位置不变，S合在a处时，若U1增大，则I1将增大。,例1-2,图1-6 例1-2电路图,电路如图1-7所示，一理想变压器一次绕组、二次绕组的匝数比为3：1， 二次绕组接三个相同的灯泡，均能正常发光，若在一次绕组再串一相同 的灯泡EL，设电源有效值不变，则（ ）。 A.灯EL与三灯亮度相同
6、 B.灯EL比三灯都暗 C.灯EL将会被烧坏 D.无法判断其亮度情况,例1-3,电路如图1-8所示，理想变压器三个线圈的匝数之比为n1 ：n2 ：n3=10：5：1，其中n1接到220V的交流电源上，n2 和n3分别与电阻R2、R3组成闭合回路。已知通过电阻R3的电流I32A，电阻R2 110，求通过电阻R2的电流和通过一次绕组的电流。,例1-4,整流是通过二极管的单向导通原理来完成的，用两只管组成 的是半波整流电路，用四只二极管组成的是全波整流电路。,2、整流桥,a)半桥,b)全桥,图1-9常见整流桥封装,3、滤波电容器,交流电经过整流得到的脉动直流电还不是理想的直流电，还 存在交流成分，滤
7、波电路能够滤掉脉动直流电中的交流成分 ，使输出波形更加平滑，更接近于理想的直流电压。最常用 的滤波电路是电容滤波。,图1-10 滤波电容外形封装,、稳压二极管,交流电压经过整流滤波后所得到的直流电压虽然比较平滑， 但是很不稳定，当电网电压波动、负载或温度变化时，输出 直流电压的大小也将发生变化。这种变化会引起负载工作不 稳定，甚至不能正常工作。因此，为了使输出的直流电压保 持恒定，应在滤波电路之后增加稳定压电路。,图1-11 稳压管外形封装,稳压二极管 （Voltage Stabilizing Diode）又称齐纳二极 管，是工作在反向击 穿区的特殊二极管。,图1-12 稳压管的反向击穿特性,
8、思考与练习,1电源变压器有何特点？能否变换直流电压？ 2整流桥输出的电压是什么电压？画出其波形。 3滤波电容器后输出的电压是什么电压？画出其波形。 4稳压电路输出的是什么电压？画出其波形。,5正弦交流电经过变压器变换后得到的是 ，经过整流电路后得到的是 ， 经过电容器滤波后得到的是 ，经过稳压电路后得到的是 。 A.交流电压 B.脉动直流电压 C.较平滑的直流电压 D.理想直流电压 6根据稳压二极管的特性曲线可知，当稳压二极管工作在反向击穿区时，它的电压 ，而电流 。 A.基本不变 B.变化很大,知识链接2直流稳压电源的工作过程,返回,直流稳压电源的工作过程分为变压、整流、滤波、稳压 四个环节
9、。,图1-13 直流稳压电源各部分波形,变压是通过电源变压器来现的，其作用是将电网提供的单相220V交流电压变换为幅度较小的交流电压。 整流是通过整流电路实现的，其作用是将经过变压器变换后的幅度较小的交流电压变换为单向脉动直流电压。 滤波是通过滤波电路实现的，其作用是把经整流后的单向脉动直流电压变换为较平滑的直流电压。 稳压是通过稳压电路实现的，其作用是把经过滤波后较平稳的直流电压变换为理想的直流电压输出，使输出电压更加稳定。,单相半波整流电路,1、电路结构 单相半波整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图（a）所示。整流后的波形如图（b）所示,单相半波整流电路,2、工作原理,输入
10、整流电路的交流电压来自于电源变压器T的二次绕组输出端。分析整流电路的工作原理需要将交流电压分成正、负半周两种情况。 （1）当交流电压为正半周期间，即u2为正半周时，交流输入电压使二极管正极上的电压高于地线电压，二极管负极通过RL与地端相连而为0V，二极管V1的正向电压高于负向电压，由于交流输入电压幅度足够大，使二极管V1正偏导通，回路中有电流通过，负载电阻RL两端的电压为UR。,单相半波整流电路,T的次线圈上端,V1 正极,V1 负极,电阻RL,地线,T次线线圈下端,T 次级线圈构成回路。,回路中的电流为：,单相半波整流电路,负载电阻上的直流电压指一个周期内的电压平均值，即： U。=0.45
11、U2,3负载电阻上的直流电压,4整流二极管的选用要求,对于半波整流电路而言，二极管的选择主要要考虑两个因素，一是最大正向电流IF，另一个是最高反向工作电压URM。 正向电流IF应大于负载实际工作电流Io 最高反向工作电压 应大于,URM,单相半波整流电路,单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。单相半波整流电路如图 (a)所示，波形图如图 (b)所示。,(a)电路图 (b)波形图,根据图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为,流过负载和二极管的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,单相全波整流电路如图15.05(a)
12、所示，波形图如图15.05(b)所示。,单相全波整流电路,(a)电路图 (b)波形图,根据图（b）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为,流过负载的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。,注意：整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）用有效值或最大值； 输出（交直流）用平均值； 整流管正向电流用平均值； 整流管反向电压用最大值。,单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容
13、量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。,单相桥式整流电路,1、电路结构 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图（a）所示。整流后的波形如图（b)所示。,（a）桥式整流电路 （b）波形图,单相桥式整流电路,2、 工作原理 在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。,（1）当交流电正半周时：二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。,在负载电阻上正负半周经过合成，得到的 是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流 电路的波形图见图 (b)。,（2）当负半周时二极管D
14、2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。,单相桥式整流电路,(1) 工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图（a）所示。,（a）桥式整流电路 （b）波形图,根据图（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为,（2）参数计算,流过负载的平均电流为,流过二极管的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,滤波电路,1. 电容滤波电路 2. 电感滤波电路,电容滤波电路,(1)滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流
15、阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。,电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。,电容滤波电路,当v2到达90时，v2开始下 降。先假设二极管关断，电容C 就要以指数规律向负载L放电。 指数放电起始点的放电速率很大。,滤波原理,若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。,电容滤波波形图,所以，在t1到t2时刻，二极管导电
16、，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。,在刚过90时，正弦曲线下降的 速率很慢。所以刚过90时二极管仍然 导通。在超过90后的某个点，正弦曲线 下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线 起始放电速率时，二极管关断。,当放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断时间加长， 导通角减小，见曲线3； 反之，RLC减少时，导通 角增加。显然，当L很 小，即IL很大时，电容滤 波的效果不好，见滤波曲线中的2。 反之，当L很大，即IL很小 时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤 波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小
