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1、,第八章 直流电源,第一节 整流电路 第二节 滤波电路 第三节 稳压电路 第四节 单相可控整流电路 第五节 单结晶体管触发电路,返回主目录,电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,图8-1 直流稳压电源的组成框图,第一节 整流电路,一、单相半波整流电路,图8-2是单相半波整流电路，该电路由电源变压器T、整流二极管VD及负载电阻RL组成。,图8-2 单相半波整流电路,在u2的负半周，二极管因承受反向电压而截止， uo=0 。,图8-3 单相半波整流波形,1整流原理,u2的正半周，二极管因承受正向电压而导通，忽略二极管正向压降， uo=u2。,设u2= U2sint,2负载电压及电流 直流脉动电
2、压：整流电压方向不变，但大小变化。 平均电压Uo：一个周期的平均值Uo表示直流电压的大小。,电阻性负载的平均电流为Io，即,(8-2),3选用二极管的原则,为了安全地使用二极管，选用二极管必须满足以下原则：,式中，IFM为最大整流电流（A)，URM为最高反向工作电压(V)。,在交流电压的负半周，二极管截止，u2电压全部加在二极管上，二极管所承受的最高反向电压UDM为u2的峰值，即UDM= U2 。 二极管导通时的电流为负载电流，所以二极管平均电流ID=Io。,有一单相半波整流电路，如图8-2所示。已知负载电阻RL=750，变压器二次电压U2=20V，试求Uo、Io及UDM,并选用二极管。,Uo
3、=0.45U2=0.4520V=9V,A=0.012A=12mA,UDM= U2 = 20V=28.2V,ID=Io,查附录B，选用二极管2AP4（IFM =16mA，URM =50V），满足式（8-3）并留有安全余量。,例8-1,解,二、单相桥式整流电路,单相桥式整流电路是由四个二极管接成电桥的形式构成。,图8-4 单相桥式整流电路,常用画法,简化画法,1整流原理,u2 正半周， u2的实际极性为 a 正b 负，二极管 VD1 和VD3 导通，VD2 、VD4截止，uo=u2，如图8-5a所示。波形如图8-6b中的0段。,图8-5 单相桥式整流原理,图8- 5 单相桥式整流原理,u2的负半周
4、，u2实际极性为 a 负b 正，二极管VD2 、VD4导通，VD1 、VD3截止，uo= - u2。如图8-5b所示。波形如图8-6b中的2段。,图8- 6 单相桥式整流波形,2负载电压和电流 全波整流电路的整流电压的平均值Uo比半波整流增加一倍，即,Io=0.9,Uo=20.45U2=0.9U2,(8-4),(8-5),3选用二极管的原则,IFM ID URMUDM,从图8-5可知，每只二极管只在半个周期内导通，所以在一个周期内流过每个管子的平均电流只有负载电流的一半，即 ID=Io/2。,二极管的选择原则：,已知负载电阻RL=80，要求负载电压Uo=110V。现采用单相桥式整流电路，试求变
5、压器二次侧电压有效值U2并选择二极管。,由式（8-4）得,U2 = V=122V,UDM= U2= 122V=172.5V,根据式（8-3）查附录B，可选用2CZ11B（IFM=1A，URM=200V）或2CZ11C（IFM=1A，URM=300V）。,例8-2,解,一、电容滤波器,图8-7和图8-8中与负载并联的电容就是一个最简单的滤波器。,图8-7 单相半波整流电容滤波,第二节 滤波电路,图8-8 单相桥式整流电容滤波,1电容滤波原理,图8-9 电容滤波输出波形,图8-9中的虚线和实线分别表示整流电路不接滤波电容和接滤波电容的波形。,半波整流电容滤波原理分析,当u2由零逐渐增大时，二极管V
6、D导通，一方面供电给负载，同时对电容C充电，电容电压uC 的极性为上正下负，如果忽略二极管的压降，则在VD导通时， uC（= uo）与 u2 同步上升，并达到u2的最大值。 u2到最大值后开始下降，当u2uC时，VD反向截止，电源不再向负载供电，而是电容对负载放电。电容放电使uC以一定的时间常数按指数规律下降，直到下一个正半波u2uC时，VD又导通，电容再次被充电。充电放电的过程周而复始，使得输出电压波形如图8-9a的实线所示。,桥式整流电容滤波的原理与此相同，只不过在一个周期内电容充电、放电两次。由于电容向负载放电的时间缩短了，因此输出电压波形比半波整流电容滤波更加平滑，波形如图8-9b所示
7、。,桥式整流电容滤波的原理,2电容滤波特点,1）输出电压的直流平均值提高了。,2）只适用于负载电流较小且负载不常变化的场合。,如果电容和电阻都比较大，Uo U2。确定电容值的经验公式为,3）电容滤波电路的输出电压随输出电流而变化，经验公式,RLC （35）T/2 （全波） (8-7) 式中，T 是电源交流电压的周期。,4）越大，二极管的导通角越小，因此整流管在短暂的时间内流过较大的冲击电流，常称为浪涌电流，对管子的寿命不利，所以必须选择容量较大的整流二极管。,由半波整流电容滤波电路图8-7可知，uD= u2uC，在u2负半周的极值点处，二极管承受的最高反向电压值UDM2 U2。,由桥式整流电容
8、滤波电路图8-8可知，二极管承受的最高反向电压UDM= U2。,有一单相桥式整流电容滤波电路如图8-8所示，交流电源频率f=50HZ，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容。,（1）选择整流二极管,根据式（8-6），取Uo=1.2U2，,选用二极管2CP11，最大整流电流为100mA，反向工作峰值电压为50V。,例8-3,解,（2）选择滤波电容器,根据式（8-7），取RLC =5T/2，所以,F,查附录A，按系列选用C=270F，耐压为50V的极性电容。,二、 电感滤波器,由于电容滤波带负载能力较差。对于负载电流较大且负载经常变化的场合，采用电感滤波，在负
9、载前串联电感线圈，如图8-10a所示。,图8-10 电感滤波电路,1. 滤波原理,当负载电流增加时，电感将产生与电流方向相反的自感电动势，阻止电流的增加。 当负载电流减小时，电感产生与电流方向相同的自感电动势，阻止电流减小。 负载电流的脉动成分减小，在负载电阻RL上就能获得一个比较平滑的直流输出电压uo，波形如图8-10b实线所示。 显然，电感L值越大，滤波效果越好。,图8-10 电感滤波波形,2输出电压 若忽略电感线圈的电阻，则电感线圈上无直流电压降，无论负载电阻怎样变动,整流输出的直流分量几乎全部落在RL上，因此电感滤波输出电压平均值较稳定，其值为 Uo 0.9U2 （8-8） 3电感滤波
10、器的特点 电感滤波适用于电流较大且负载经常变化的场合，但由于电感体积大、成本高，因此，滤波电感常取几毫亨到几十毫亨，并且在小功率的电子设备中很少采用电感滤波。,三、复式滤波器,电容滤波和电感滤波各有千秋，且优缺点互补。在一些直流用电设备中，既要求电源电压脉动小，又要求电源能适应负载变化，为此，常采用由电容和电感以及电阻组成的复式滤波器，如图8-11a、图8-11b、图8-11c所示。复式滤波进一步提高了滤波效果同时又不降低带负载能力。,图8-11 复式滤波器 a）LC型滤波器,图8-11 复式滤波器 b）LC-型滤波器,图8-11 复式滤波器 c）RC-型滤波器,第三节 稳压电路,一、稳压管并
11、联型稳压电路,图8-12 稳压管并联型稳压电路,不变,Ui不变,RL不变,IZ的减小补偿Io的增大，使IR基本保持不变，输出电压Uo近似稳定不变，电阻R起调节电压的作用。,UR 的增大抵消Ui 的增大，使输出电压基本保持不变。,1. 稳压原理,2. 稳压管的选择 一般取 UZ=Uo IZM=（1.53）IoM Ui=（23）Uo,稳压管的选择,某稳压电路如图8-12所示。负载电阻RL由开路变到3k，整流滤波后的输出电压Ui=45V。今要求输出直流电压Uo=15V，试选择稳压管VS。 由输出电压Uo=15V，负载电流最大值,查附录C，选择稳压管2CW20，其稳压值UZ=13.517V，稳定电流I
12、Z=5mA，最大稳定电流IZM=15mA。,例8-4,解,二、恒压源,由稳压管稳压电路和运算放大器组成的恒压源的输出电压不仅可调而且因引入了电压负反馈而稳定。,图8-13 恒压源,（8-10）,反相输入恒压源,（8-11）,图8-13 恒压源,同相输入恒压源,三、串联型稳压电路,恒压源电路输出电压稳定可调，但运放的输出电流较小，改进电路如图8-14。,基准电压,取样电压,控制电压,被控制电压,电路的组成及各部分的作用,1）R3和VS构成基准电压电路，基准电压为UZ。 2）R1和R2构成取样电路，当输出电压变化时，取样电路将Uo变化量按比例送到放大器。,3）由运算放大器构成比较放大器。 4）晶体
13、管V为调整管，放大器的输出为基极的控制电压，通 过基极电压来控制UCE，达到调整输出电压Uo的目的。 稳压过程： UoUfUBICUCE Uo,（8-12）,由分压公式得,串联型稳压电路：Uf与Uo成正比，Uf使运放的净输入减小，因此是串联电压负反馈，故称为串联型稳压电路。 由U= U，U= UZ和式(8-12)得,（8-13）,四 、集成稳压电源,1三端固定式集成稳压器,三端式：指稳压器只有输入、输出、接地三个接线端子，如图8-15 所示。 W78系列输出固定的正电压，系列电压等级：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V。例如W7815，“15”代表输出电压15V。 W79系列与W
14、78系列对应，它输出固定的负电压。 以上两种系列三端稳压器可以输出0.5A电流，如果加装散热片，可达到1.5A。,图8-15 三端集成稳压器外形和图形符号,1）应用电路之一,如图8-16 所示。W78系列1、2、3脚分别为输入端、输出端、公共端。W79系列1、2、3脚分别为公共端、输入端、输出端。C1旁路高频干扰信号以消除自激振荡。C2起滤波作用，并能改善暂态响应。,图8-16 三端固定式稳压电源,图8-17 正负电压输出电路,2）应用电路之二,如图8-17 所示。由W78系列和W79系列的典型电路共用一个接地端组合而成的正负电压输出电路。,3）应用电路之三,由于功率的限制，W78系列和W79
15、系列稳压器最大输出电流只能达到1.5A，一般采用大功率管或相同型号的稳压器并联的方式扩展输出电流。如图8-18所示。,图8-18a中，V为大功率管，VD为温度补偿二极管。输出电压Uo的数值基本不受温度的影响。,图8-18 扩展输出电流电路,图8-18b为并联稳压器型，以扩大输出电流。,图8-18 扩展输出电流电路,2三端可调式集成稳压器,三端可调式集成稳压器：输出电压可调，且稳压性能优于固定式，被称为第二代三端集成稳压器。 分类：正电压输出和负电压输出两类。 W117、W217、W317系列是正电压输出，W317应用电路如图8-19a所示。电位器RP和电阻R1组成取样分压器，取样电压送到稳压器的调整端1脚，输出电压Uo在1.2537V范围内连续可调。,Uo= (8-14),C的作用：电容C1旁路整流电路输出的高频干扰信号，电容C2可消除RP上的纹波电压，使取样电压稳定，C3 起滤波作用。,图8-19 三端可调式稳压电路,W137 、W237、W337系列是负电压输出，W337应用电路如图8-19b所示。,正电压输出,负电压输出,第四节 单相可控整流电路,整流变压器,同步变压器,图8-21,一、单相半波可控整流电路,1. 电路组成及工作原理,= 0时，流过晶闸管的电流 小于维持电流，晶闸
