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1、电工电子技术与技能,温风燕 主编,任务一 学习变压器基本知识 一、基本结构 二、工作原理 任务二 认识整流电路 一、单相半波整流电路 二、单相桥式整流电路,课题七 直流稳压电源,任务三 认识滤波电路 一、电容滤波 二、电感滤波 任务四 认识稳压电路 一、稳压二极管及其稳压电路 二、晶体管串联型稳压电路 三、三端集成稳压器,图7-1 直流稳压电源框图,图7-2 三端可调稳压器的实际电路,一、基本结构,图7-3 变压器的铁心,变压器主要由铁心和绕在铁心上的线圈(又称绕组)两部分组成。铁心的构造形式可分为心式和壳式两种，其中心式铁心呈“口”字形，线圈包着铁心，如图7-3a所示；壳式铁心呈“日”字形，
2、铁心包着线圈，如图7-3b所示。,一、基本结构,图7-4 变压器的示意图和符号,图7-4所示为变压器的示意图和符号。,二、工作原理,图7-5 变压器的工作原理,理想变压器为忽略一、二次绕组的直流电阻和各种电磁能量损失的变压器，如图7-5所示。图中一、二次绕组的匝数分别用N1和N2表示，一、二次绕组两端的交流电压分别用u1(有效值为U1)和u2(有效值为U2)表示。,二、工作原理,1.变电压原理 变压器一、二次绕组的端电压比等于它的匝数比。当变压器的一、二次绕组采用不同的匝数比时，就可达到升高或降低电压的目的。 2.变电流原理 变压器工作时一、二次绕组中的电流跟绕组匝数成反比。,图7-6 阻抗变
3、换原理,3.变阻抗原理,二、工作原理,由于理想变压器本身无功率损耗，所以一、二次回路的功率相同，设变压器二次阻抗为ZL，一次等效阻抗为ZL，依据图7-6所示，可推出,接在二次绕组侧的负载阻抗通过变压器接电源时，在变压器一次侧相当 于阻抗增加到k2倍(阻抗性质不变)，这就是变压器变换阻抗的原理。,一、单相半波整流电路,1.电路结构与整流原理 2.负载电压和电流,任务二 认识整流电路,1.电路结构与整流原理,(1)电路结构 该电路由整流二极管VD、负载电阻RL和电源变压器T的二次绕组串联组成，如图7-9所示。其中电源变压器将电网供给的交流电压变换成符合整流电路所需要的交流电压；二极管VD是整流器件
4、，将交流电变成单向脉动电流；负载RL是耗能元件。,图7-9 单向半波整流电路,1.电路结构与整流原理,图7-10 半波整流波形,(2)整流原理 该变压器二次电压为u2=U2sint，其波形如图7-10a所示。 在交流电压u2的正半周，设变压器二次电压的极性为a正b负，此时二极管正偏导通，电流iV由电源 变压器a端通过二极管VD、负载 RL回到变压器二次侧b端，其波 形如图7-10b所示。由于u2的正 半周电流通过RL，忽略二极管 正向压降时，则负载RL上获得 的电压为uo=u2，如图7-10c所 示。在u2的负半周，电源变压 器二次电压极性变为a负b正， 二极管反偏截止，负载RL上电 流、电压
5、均为零,u2成为二极 管的反偏电压，全部加在VD两 端，如图7-10d所示。,负载得到的半波整流电压虽然方向不变，但大小是随时间不断变化的，一般用平均值表示其大小。数学理论证明，一个周期内，半波整流电压平均值是交流电压峰值的1/倍，即,2.负载电压和电流,式中,U2为交流电压的有效值。在负载上的平均电流为,在交流电压的负半周，二极管所受的最高反向电压为u2的峰值，即,可见，正确选用二极管时，必须满足： 最大整流电流,最高反向工作电压,二、单相桥式整流电路,1.电路结构与整流原理 2.负载电压和电流,1.电路结构与整流原理,(1)电路结构 单相桥式整流电路由电源变压器T、四只整流二极管VD1VD
6、4和负载RL组成。其中四只整流二极管组成桥式电路的四条臂，变压器二次绕组和接负载的输出端分别接在桥式电路的两条对角线顶点，如图7-11所示，其中图7-11a所示为常用画法，图7-11b为变形画法，图7-11c为简单画法。,图7-11 桥式整流电路,1.电路结构与整流原理,图7-12 桥式整流电路整流原理,(2)整流原理 变压器接入交流电源时，二次电压u2=U2sint。 在图7-12a中可以看出单向脉动电流流向为aVD1cRLdVD3b，负载上电流方向从上到下，电压极性为上正下负。从图7-12b中可看出单向脉动电流流向为bVD2cRLdVD4a，负载上电流方向仍然是从上到下，电压极性也仍为上正
7、下负。,1.电路结构与整流原理,图7-13 桥式整流电流波形,在交流电压u2的正负两个半周内，负载上都能获得同方向的脉动电流和同极性的脉动电压。负载电流io和负载电压uo均为两个半波的合成。电源的两个半波都能向负载供电，所以桥式整流属于全波整流范畴，其电流波形如图7-13所示。,2.负载电压和电流,图7-14 截止二极管所受反向电压,在图7-14所示桥式整流电路中，若VD1、VD3两只二极管导通时，u2加到不导通的两只二极管VD2、VD4两端，这两只二极管承受的最高反向电压为变压器二次电压峰值，如图7-13d 所示，即,所以桥式整流电路中，二极管的选择原则为 最大整流电流,最高反向工作电压,一
8、、电容滤波,1.电路组成及工作原理 2.负载上电压的计算 3.元件参数 4.电容滤波的特点,任务三 认识滤波电路,常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等，如图7-19所示。,1.电路组成及工作原理,图7-20 半波整流电容滤波电路及输出电压波形,图7-20a为单相半波整流电容滤波电路，它由电容C和负载RL并联组成。当u2由零逐渐上升时，整流二极管VD正向偏置而导通，对电容C充电。 u2达到峰值时，C两端的电压也充至U2m。随着u2的下降，u2uC时，二极管截止，于是电容C就向负载RL放电，直到第二个周期开始，出现u2uC时，二极管VD又导通，重复上述过程。输出电压波形如图7-20b所示
9、。,1.电路组成及工作原理,图7-21 桥式整流电容滤波电路及输出波形,桥式整流电容滤波电路及输出电压波形如图7-21所示。,3.元件参数,1)电容值按以下原则选取： C（35）T/2RL （桥式、全波） C（35）T/ RL （半波） 2)整流二极管参数如下： IVMIo（ 半波） IVM1/2 Io（ 桥式） URM （ 半波） URM （桥式）,2.负载上电压的计算,4.电容滤波的特点,电容滤波具有电路结构简单、输出电压高、脉动小等优点，一般电容器的容量或RL的阻值越大时，滤波效果越好但只适用于负载电流较小的场合。滤波电容一般采用电解电容，使用时极性不能接错。,二、电感滤波,图7-22
10、桥式整流电感滤波电路及输出电压波形,电感线圈L和负载的串联电路，同样具有滤波作用，如图7-22所示。,一、稳压二极管及其稳压电路,1.稳压二极管 2.稳压二极管稳压电路,任务四 认识稳压电路,1.稳压二极管,(1)工作特性及应用 稳压二极管是以特殊工艺制造的二极管。 稳压二极管的电路符号、应用电路伏安特性如图724所示，由图可知，稳压二极管的正向特性与普通二极管相似，而反向特性比普通二极管更陡峭。稳压二极管工作在反向击穿区。从特性曲线可以看出，反向击穿后特性曲线陡直，电流在很大范围内变化，但电压却基本不变，所以硅稳压二极管在反向 击穿状态时具有稳压特 性。当外加反向电压减 小或撤消后，稳压二极
11、 管能恢复到击穿前的状 态，所以它可以反复使 用。,图7-24 稳压二极管的电路符号、伏安特性曲线和应用电路,1.稳压二极管,(2)主要参数 1)稳定电压UZ 稳定电压是指稳压二极管的反向击穿电压。一般为一个范围值，如2CW15型稳压二极管的稳压值为78.5V。 2)稳定电流IZ 稳定电流是指稳压二极管在稳定电压下的工作电流，其范围为IZminIZmax。当实际反向工作电流小于IZmin时，稳压二极管将失去稳压作用；当实际工作电流大于IZmax时，稳压二极管将因热击穿而损坏。所以稳压二极管正常工作时，必须与限流电阻R串联使用，以限制其电流在IZminIZmax范围内。 3)耗散功率PZ 耗散功
12、率是指稳压管反向击穿后所允许消耗功率的最大值，即PZ=UZIZmax。,2.稳压二极管稳压电路,图7-24c所示为稳压二极管的应用电路。稳压二极管与负载RL并联，R为限流电阻，输出电压Uo=UZ=Ui-RIR。此电路必须接在整流滤波电路之后，上端接高电位、下端接低电位。 图7-24c所示为稳压二极管的应用电路。稳压二极管与负载RL并联，R为限流电阻，输出电压Uo=UZ=Ui-RIR。此电路必须接在整流滤波电路之后，上端接高电位、下端接低电位。,相反地，Ui下降时的稳压过程如下：,通过前面的分析可以看出，在硅稳压二极管稳压电路中，稳压二极管VS负责控制电路的总电流，电阻R负责控制电路的输出电压，
13、整个稳压过程由VS和R共同完成。,二、晶体管串联型稳压电路,1.电路组成 2.工作原理 3.输出电压的调节,图7-25 具有放大环节的串联型稳压电路,1.电路组成,图7-25所示为具有放大环节的串联型稳压电路。,图7-26 串联型稳压电路框图,它由取样电路、基准电路、比较放大和调整电路等部分组成，如图7-26所示。其中R1、R2和RP组成取样电路，称为取样电阻；R3和VT2组成基准电路，R3是VS的限流电阻，VS给VT2发射极提供了一个基准电压；VT2为比较放大管，作用是将稳压电路输出电压的变化量先放大，然后再送到调整 管基极；VT1是调整管， 起调整作用。,1.电路组成,3.输出电压的调节,
14、2.工作原理,当输入电压增加或负载电阻增大而使输出电压Uo增加时，取样电压UB2也随之增加，由于稳压二极管的电压不变，VT2的发射结电压增加，它经VT2比较放大后引起VT2集电极电流增大，因此电压集电极电位降低，即VT1的基极电位降低，造成VT1的发射结电压变小，基极电流减小，集电极电流减小，控制调整管起调整作用，使VT1集射极间的电压增大，从而使输出电压减小。上述稳压过程可以表示为,同理，当输入电压减小或负载电阻减小而使输出电压变小时，可通过类似过程，使调整管集射极间的电压减小，从而使输出电压自动趋于稳定。,需要改变输出电压时，调节电位器RP即可。,三、三端集成稳压器,1.三端固定式集成稳压
15、器 2. 三端可调集成稳压器 3.三端集成稳压器应用电路举例,1.三端固定式集成稳压器,图7-27 三端集成稳压器外形及引脚功能,三端固定式集成稳压器外形及引脚功能如图7-27所示,1.三端固定式集成稳压器,图7-28 三端固定式集成稳压器的电路符号,电路符号如图7-28所示,1.三端固定式集成稳压器,图7-29 三端固定式集成稳压器型号组成及其意义,图7-29所示为三端固定式集成稳压器型号组成及其意义。,2. 三端可调集成稳压器,图7-30 三端可调集成稳 压器外形及引脚功能,三端可调集成稳压器外形及引脚功能如图7-30所示。,2. 三端可调集成稳压器,图7-31 三端可调式集成稳压器型号组
16、成及其意义,图7-31所示为三端可调式集成稳压器型号组成及其意义。,3.三端集成稳压器应用电路举例,(1)三端固定式集成稳压器的稳压电路 如图7-32所示。 滤波后得到的直流电压Ui接在稳压电路的输入端和公共端之间，C1的作用是消除因输入线路较长引起的自激振荡，C2用于消除电路高频噪声。该电路可以输出12V正电压。如果需用负电源，可改用CW79系列稳压器，电路的其他结构不变。,图7-32 三端固定式集成稳压器的稳压电路,3.三端集成稳压器应用电路举例,图7-33 三端可调式集成稳压器应用电路,(2)三端可调式集成稳压器应用电路 如图7-33所示。,电路中的电容C2用来提高纹波抑制比，C3用来抑制容性负载时的阻尼振荡，C1用来消除输入线路较长引起的自激振荡。当输出端外接大电容发生短路时，会产生火花使稳压器损坏，所以用VD1进行保护，VD2则对C2短路放电时起保护作用。 分析电路可知：该电路输出电压Uo为,式中，1.25V是集成稳压器输出端与 调整端之间的固定参考电压UREF， R1一般取
