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1、模拟电子技术 (第2版),第7章 直流稳压电源,第7章 直流稳压电源,第2章 基本放大电路,7.1 二极管整流电路,7.1.1 单相半波整流电路,单相半波整流电路，如图7.1.1所示。,在单相半波整流电路中，流过负载RL的电流为单一方向的脉动电流，在负载两端产生的直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值，有,，,二极管D承受的最大反向电压VDRM是在输入信号的负半周二极管反偏截止时，此时，iD= 0，二极管D承受的反向峰值电压是变压器次级电压的最大值，即,7.1.1 单相半波整流电路,7.1.2 单相全波整流电路,1.电路及工作原理 单相全波整流电路如图7.1.2（a）所示，其中Tr为次级带有
2、中心抽头的电源变压器，故加到D1、D2的次级电压大小相等、相位相反。单向脉动电流iOiD1 iD2；单向脉动电压 vOv2。v2、iO和vD1对应的波形如图7.1.2（b）所示。,2.参数计算 设 有,VO（AV）0.9V2 ID（AV）IO（AV）/2 VO（AV）/2RL0.45V2/RL VDRM2,7.1.2 单相全波整流电路,全波整流电路输出电压的直流成分较高，纹波较小，但变压器利用率不高，且二极管承受的反向电压较大。,7.1.3 单相桥式整流电路,（b） 简化电路,7.1.3 单相桥式整流电路,在v2正半周, D1 、D3正偏导通，D2 、D4反偏截止。负载上得到一个上正下负的半波
3、电压， vOv2 、iOi1 。,7.1.3 单相桥式整流电路,在v2负半周, D2 、D4正偏导通，D1 、D3反偏截止。负载上仍得到一个上正下负的半波电压， vO v2 、iOi2 。,7.1.3 单相桥式整流电路,由此，变压器副边交流电压的极性虽在不停地交替变化，但在负载上的电压总是上正下负的单一极性，故RL上可得到单方向的全波脉动直流电压。单相桥式整流电路工作波形，如图7.1.4所示。,7.1.3 单相桥式整流电路,参照半波整流电路，若忽略二极管的正向导通压降，通过分析、计算，输出电压的平均值为 VO（AV）20.45V20.9V2 每个二极管只有半周导通。每只整流二极管的平均电流 I
4、D 是负载平均电流的一半，即 ID（AV）IO（AV）/2 VO（AV）/2RL0.45V2/RL 每个二极管截止时所承受的最高反向电压就是电源电压的最大值，即,7.1.3 单相桥式整流电路,2. 电路主要参数及二极管的选择,脉动系数,vO的基波峰值电压,桥式整流电路vO的脉动系数,ID（AV）与VDRM，是选择整流二极管的主要依据,工程常取二极管的额定电流2 ID（AV）、二极管的最高反向电压 2VDRM。,动画演示,典型二倍压整流电路,如图7.1.5所示。当v2正半周时， D1导通、D2截止， ；当v2负半周时， D2导通、D1截止， 。,7.1.4 倍压整流电路,7.1.4 倍压整流电路
5、,多倍压整流电路,如图7.1.6所示。可以看出C3、C4等最终都将充电至 ，将它们分上下两组一串联，即可得到整数倍的输出电压。显然上面为偶数倍，下面为奇数倍。,图7.1.6 多倍压整流电路,7.1 课堂提问和讨论,课堂提问和讨论 ：,简述单相半波整流电路的工作原理。画出其负载上的输出电压波形。,简述单相桥式整流电路的工作原理，画出其输出电压的波形。,试说明单相半波、全波和桥式整流电路的区别、联系和特点。,简述二倍压整流电路的基本工作原理。 ？,7.1 课堂提问和讨论,试画出单相桥式整流电路图，并画出其输入、输出电压波形图。,学生演讲和演板：,课堂练习 ：,在图7.1.3所示电路中，设v214.
6、1sint V，RL1k，试求其输出电压的平均值和负载电流的平均值。,7.2 滤波电路,7.2 滤波电路,整流电路可将交流电变换为单一方向的脉动直流电，但含有较大的交流成分（称为纹波电压）。一般还需采用滤波电路，滤除交流成分，将脉动直流电变换成较为平滑的直流电，其波形变换关系如图7.2.1所示。,7.2.1 电容滤波电路,1. 工作原理 利用电容器C充电回路时间常数很小、放电回路时间常数较大的充放电作用，使输出的直流电压趋于平滑的单相桥式整流电容滤波电路，如图7.2.2所示。其对应的输出电压波形，如图7.2.3所示。,7.2.1 电容滤波电路,由于电容器C 不断地重复充放电，因而负载两端电压也
7、不断地重复变化，如图7.2.3.1所示。,当 RL = 时，有,2. 元件选择 为了获得较好的滤波效果，一般取 RLC （35）T/2 若电源频率为50HZ，周期T0.02s，则,7.2.1 电容滤波电路,二极管的选择应留有足够的电流裕量，工程上常取 IF（23）ID（AV）（23）IO（AV）/2 （23）VO（AV）/2RL 二极管承受的最高反向工作电压，半波整流电容滤波电路和全波整流电容滤波电路均为,而桥式整流电容滤波电路，则为,7.2.1 电容滤波电路,整流电路使用电容滤波的优点是轻载时的脉动较小而电压较高，理论上空载电压等于变压器副边电压的最大值。其缺点是负载变化时，对输出电压影响较
8、大，负载电流大时脉动较大，二极管必须具有通过峰值电流的能力。,由于输出电压和纹波电压受负载变化的影响较大，所以电容滤波电路只适用于负载电流较小或负载电流变化较小的场合。,7.2.1 电容滤波电路,动画演示,7.2.2 复式滤波电路,当单独使用电容或电感进行滤波效果不理想时，为进一步减小输出电压中的纹波成分，可采用复式滤波电路。图7.2.4（a）所示为 型LC 滤波电路，由于电容C1、C2对交流的容抗小，电感L 对交流的感抗大，因此，负载电阻RL上的纹波电压很小。若负载电流较小，如图7.2.4（b）所示，也可以用电阻R 代替电感L 组成 型RC 滤波电路，但由于电阻R 要消耗功率，所以电源效率会
9、下降。,7.2.2 复式滤波电路,图7.2.4（a） 型LC 滤波电路,图7.2.4（b） 型RC 滤波电路,7.1.4 滤波电路, 型RC 滤波电路，输出电压vO( 即VO )，先经过C1进行电容滤波，使脉动成分减小，然后再经过R、C2组成的倒L型低通滤波器，使脉动成分进一步减小。RC 值越大，滤波效果越好。工程上常取 VO 1.2V2IO RL1.2V2,7.2 课堂提问和讨论,课堂提问和讨论 ：,简述滤波电路的工作原理。,在滤波电路中，电容器怎么选择？,如图7.2.2所示电路中，在RC设计合理的条件下，已知v214.1sintV，试求输出电压VO（AV）的值。,课堂练习 ：,7.3 稳压
10、电源的主要技术指标与 并联参数稳压电源,2,7.3.1 稳压电源的主要技术指标,式中，输入电压VI为整流滤波后的直流电压，与电网电压基本成正比。因此，Sr反映了电网电压波动对稳压电路输出电压稳定性的影响。,一般电网波动范围为10%。电压调整率SV定义为，在负载电流和温度不变、VI /VI10%时，输出电压VO的变化量VO，单位为mV，即,1. 稳压系数Sr,SI定义为在输入电压不变的条件下，输出电流IO由零变到最大额定值时，输出电压VO的相对变化量，即,Ro定义为输入电压VI不变时，输出电压的变化量与输出电流变化量之比，即,2.电流调整率SI,3.输出电阻Ro,7.3.1 稳压电源的主要技术指
11、标,4.温度系数ST,ST定义为在输入电压VI和输出电流IO不变时，温度变化所引起的输出电压的相对变化量与温度变化量之比，即,温度系数ST越小，表示温度变化时，输出电压越稳定。,7.3.1 稳压电源的主要技术指标,7.3.2 并联参数稳压电源,1. 稳压原理,简单并联型硅稳压管稳压电路如图7.3.1所示。,（1）当负载电阻不变而交流电网电压增加时，有,VIVOVZIZIRVRRIRVO,IZ增加、IR增加、VR增加，致使VO减小。反之， VI减小时，稳压调节过程方向相反。,VI的增加，必引起VO的增加、稳压管两端电压VZ的增加、,（2）当电网电压不变而RL减小时，其稳压过程大致如下,负载电流I
12、L的增加，必引起IR增加，即VR增加，从而使VZ VO减小、IZ减小、IR减小、VR减小，致使输出电压VO增加。反之，当负载电阻增加时，稳压调节过程方向相反。,RLILIRVRVZIZIRVRVO,由此可见，稳压管在电路中起电流调节作用，当输出电压有微小变化时，利用与负载并联的硅稳压管中电流的自动变化这一调整作用和限流电阻R上电压降的补偿作用，来保持输出电压的稳定。,7.3.2 并联参数稳压电源,2. 稳压二极管的选择,选择稳压二极管时，一般取 VZVO IZmax（1.53）IOmax VI（23）VO 这种稳压二极管与负载并联的稳压电路结构简单，但稳压参数基本取决于稳压二极管的参数，受稳压
13、二极管最大稳定电流的限制，负载取用电流较小，而且输出电压不能调节，电压的稳定度也不高，故只适用电压固定，负载电流较小的场合。,7.3.2 并联参数稳压电源,7.3 课堂提问和讨论,课堂提问和讨论 ：,直流稳压电源的主要技术指标有哪些？物理意义是什么？,并联稳压电路中的稳压二极管应工作在什么状态？,7.4 串联型稳压源,7.4.1 电路组成及工作原理,1.电路组成,串联型直流稳压电源，如图7.4.1所示。,7.4.1 串联型稳压电路,图中，RZ和DZ组成稳压管稳定电路，提供基准电压VZ； R1、RP和R2从输出电压VO分取的一部分电压VF，构成采样电路；运算放大器A是比较放大器，将VF同VZ进行
14、比较放大，送到三极管T的基极；三极管T接成射极输出器的形式，主要起电压调整作用，故也称它为调整管。,7.4.1 电路组成及工作原理,2.稳压原理,当电网电压升高或负载电阻RL增大时，均可引起输出电压VO增加，取样电压VF也按比例增加。因基准电压VZ基本不变，它与VF比较放大后，使调整管基极电位降低，因此调整管T的IC减小，VCE增大，从而使输出电压VO基本保持不变。上述过程可表示为： VIVOVF（VZ VF） VBICVCEVO,反之，当电网电压下降或负载电阻RL减小时，引起输出电压降低，其稳压过程与上述过程相反。,7.4.1 电路组成及工作原理,3. 输出电压调节范围,设运算放大器A工作在
15、线性放大区，VZ VF ，有,当电位器RP调至的上端时，RP RP ，有,当电位器调至的下端时，RP 0，有,7.4.1 电路组成及工作原理,【例7.4.1】串联型直流稳压电源，如图7.4.2所示。已知基准电压VZ 6V，三极管VCES2V，试求（1）稳压电路输出电压的调节范围；（2）变压器次级绕组电压的有效值。,7.4.1 电路组成及工作原理,解：（1）输出电压的调节范围,所以，该稳压电路输出电压的调节范围为7.530V。,（2）变压器次级绕组电压的有效值 VIVCESVomax（230）V32V,可见，变压器次级绕组电压的有效值约为26.7V。,动画演示,7.4.2 调整、测试,通电测试前，必须认真进行下列事项的检查。 电源变压器的绝缘电阻。一般采用500伏兆欧表测量各次绕组之间、各绕组与接地屏蔽层之间、以及绕组与铁心之间的绝缘电阻，其值不应小于100M，如用万用表高电阻档检测，则其测量值应为无穷大。 电源变压器引脚装接的正确性。 整流二极管引脚和电容器极性装接的正确性。 调整管和比较放大管装接的正确性。 负载装接的正确性。,7.4.2 调整、测试,1. 空载检查、测试 （以图7.4.2所示电路为例 ） （1）将电路中的A点断开，接通220V交流电，用万用表交流电压档测量变压器二次侧交流电压值，其值应符合设计值。然后检查
