第10章-直-流-電-源

第十章直流電源10.1直流電源的組成及各局部的作用10.2整流電路10.3濾波電路10.4穩(wěn)壓二極管管穩(wěn)壓電路10.1直流電源的組成及各局部的作用電源變壓器：把220V電網(wǎng)電壓降至所需電壓。整流電路：把交流電壓轉(zhuǎn)換成脈動的直流電壓。濾波電路：減小脈動使輸出電壓平滑。穩(wěn)壓電路：在電網(wǎng)電壓波動或負載電流變化時保持輸出電壓基本不變。對整流電路要研究清楚以下問題：1.電路的工作原理：二極管工作狀態(tài)、波形分析2.輸出電壓和輸出電流的平均值：輸出為脈動的直流電壓3.整流二極管的選擇：二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓

為分析問題簡單起見，設(shè)二極管為理想二極管，變壓器內(nèi)阻為0。整流二極管的伏安特性：實際特性理想化特性正向?qū)妷簽?，正向電阻為0。10.2整流電路

利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢越M成整流電路，共有三種根本整流電路，分別為單相半波整流電路、單相全波整流電路和單相橋式整流電路。二、工作原理一、電路組成當(dāng)u2處在正半波時，u2>0：當(dāng)u2處在負半波時，u2<0時+-二極管D導(dǎo)通。二極管D截止。單相半波整流電路三、主要參數(shù)

1、輸出電壓平均值2、輸出電流平均值

三、二極管的選擇

一般根據(jù)流過二極管電流的平均值和它所承受的最大反向電壓來選擇二極管的型號。最大整流電流最大反向工作電壓

一般情況下，允許電網(wǎng)電壓有±10%的波動，因此在選用二極管時，對參數(shù)應(yīng)至少留10%的余地，以保證二極管安全工作。

單相半波整流電路的特點：1.簡單易行，所用二極管數(shù)量少；2.輸出電壓低，交流分量大，效率低。3.因此該電路僅適用于整流電流較小，對脈動要求不高的場合。結(jié)論：10.2.2單相橋式整流電路一、電路組成既有二極管的陰極又有陽極二極管陰極二極管陽極二、工作原理正半周，u2>0:D1.D3導(dǎo)通，D2.D4截止負半周，u2<0:D1.D3截止，D2.D4導(dǎo)通D1.D3D2.D4三、輸出電壓平均值和輸出電流平均值四、二極管的選擇思考：一個二極管虛焊〔斷路〕時的情況。思考！整流橋中一個二極管斷路，變成半波整流。10.3濾波電路1、濾波電路的概念：消除信號中交流成分的電路。2、濾波的目的〔作用〕：進一步平滑輸出信號。3、濾波電路常用元件：電阻R、電容C、電感L。4、電路類型：電容濾波電路電感濾波電路一、概述二、電容濾波電路在u2正半周D導(dǎo)通，給電容C充電，uC=u21、電路組成2、工作原理

在u2正半周變小時，由于電容C放電較慢，使u2<uC，

D截止。2、工作原理D截止到u2下一周期中當(dāng)u2>uC時，

D導(dǎo)通，u2給電容C充電，uC=u2。2、工作原理D導(dǎo)通結(jié)論加濾波電容后輸出電壓平均值增大。2.RL越大，放電越慢，那么UO(AV)值更大。3.整流管導(dǎo)通時間短，沖擊電流大，對整流管要求較高。2、工作原理3、主要參數(shù)當(dāng)負載開路時當(dāng)RLC=(3~5)T/2時:輸出電壓平均值三、倍壓整流電路分析時的兩個要點：設(shè)①負載開路，②電路進入穩(wěn)態(tài)。u2負半周，u2加C1上電壓對C2充電：P→D2→C2→A，最終u2正半周C1充電：A→D1→C1→B，最終P10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管的伏安特性及主要參數(shù)IZ≤IDZ≤IZM穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電流最大穩(wěn)定電流額定功耗動態(tài)電阻rz=ΔUZ/ΔIZΔIZΔUZ穩(wěn)壓工作區(qū)：穩(wěn)壓條件：1、穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿狀態(tài)〔穩(wěn)壓工作區(qū)〕。2、穩(wěn)壓管必須和串連的限流電阻一起使用才能完成穩(wěn)壓。？一、電路組成

二、穩(wěn)壓原理

當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時，穩(wěn)壓電路通過R上的電壓變化來抵消UI的變化，即ΔUR≈ΔUI，從而使UO基本不變。1、從電網(wǎng)電壓波動的角度電網(wǎng)電壓↑→UI↑→UO(Uz)↑→IDz↑→IR↑→UR↑UO↓2、從負載變化的角度RL↓

→UO(Uz)↓→IDz↓→IR↓二、穩(wěn)壓原理

→UR↓UO↑當(dāng)負載電阻變化時，穩(wěn)壓電路通過R上的電壓變化來補償UO的變化，即ΔUR≈ΔUO，從而使UO根本不變。電網(wǎng)電壓↑→UI↑→UO(Uz)↑→IDz↑→IR↑→UR↑UO↓RL↓

→UO(Uz)↓→IDz↓→IR↓UO↑結(jié)論：→UR↓1、穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路中，利用穩(wěn)壓二極管的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻R上的電壓和電流進行補償。2、限流電阻R必不可少。三、性能指標(biāo)1、穩(wěn)壓系數(shù)：2、輸出電阻：衡量電網(wǎng)電壓波動對穩(wěn)壓電路影響的性能指標(biāo)。衡量負載電阻變化對穩(wěn)壓電路影響的性能指標(biāo)。UO，IL的變化范圍,UI的波動范圍。UI=〔2~3〕UO

IZmax-IZmin>ILmax-ILmin

四、電路參數(shù)的選擇1.UI的選擇2.穩(wěn)壓管的選擇UZ=UOIZM≥ILmax+IZmin

3.限流電阻R的選擇

二極管的最小電流二極管的最大電流第10章小結(jié)根本要求：掌握整流、濾波電路的工作原理及其主要參數(shù)；掌握穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理、電路組成。10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

例3如下圖，要求輸出電壓UO〔AV)=15V，負載電流平均值IL〔AV)=100mA,UO〔AV)=1.2U2。試問：〔1〕濾波電容的大小。〔2〕考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為±10%,濾波電容的耐壓值。解：〔1〕由UO〔AV)=1.2U2可知，C的取值應(yīng)滿足RLC=〔3~5〕T/2的條件。〔2〕電容的耐壓值為實際可選取容量為300μF、耐壓為25V的電容。例1電路如下圖,變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(1)輸出電壓平均值與輸出電流平均值各為多少?(2)電網(wǎng)電壓波動范圍為±10%,二極管的最大平均整流電流IF和最高反向工作電壓UR至少應(yīng)選取多少?(3)假設(shè)整流橋中有一只二極管開路,重做(1),(2)。例電路如下圖,變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(1)輸出電壓平均值與輸出電流平均值各為多少?例電路如下圖,變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(2)電網(wǎng)電壓波動范圍為±10%,二極管的最大平均整流電流IF和最高反向工作電壓UR至少應(yīng)選取多少?例電路如下圖,變壓器副邊電壓有效值U2=30V,負載電阻RL=100Ω,試問:(3)假設(shè)整流橋中有一只二極管開路,重做(1),(2)。假設(shè)一只二極管開路，那么成為半波整流電路。對穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路：

(R>>rZ)交流等效電路(RL>>rZ)10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

一、根本調(diào)整管電路1、穩(wěn)壓原理UB不變二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路構(gòu)成基準(zhǔn)電壓電路采樣電路比較放大電路調(diào)整管電路3.輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍2.穩(wěn)壓原理UO↑→UN↑→UB↓→UO↓

UO↓

→UN↓→UB↑→UO↑引入了負反響4.調(diào)整管的選擇參數(shù)確定：調(diào)整管一般為大功率管，選擇時主要考慮三個極限參數(shù)：(1〕電路構(gòu)成5.放大環(huán)節(jié)由分立元件組成基準(zhǔn)電壓電路采樣電路比較放大電路調(diào)整管電路限流保護電路〔T3導(dǎo)通〕(2〕穩(wěn)壓原理UO↑→UB2↑→UC2↓UO↓

引入了負反響(3〕輸出電壓調(diào)節(jié)范圍10.15直流穩(wěn)壓電源如圖P10.15所示?！?〕說明電路的整流電路、濾波電路、調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、比較放大電路、采樣電路等局部各由哪些元件組成?！?〕標(biāo)出集成運放的同相輸入端和反相輸入端。寫出輸出電壓的表達式。10.14電路如圖P10.14所示，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝6V，晶體管的UBE＝0.7V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UI＝24V。判斷出現(xiàn)以下現(xiàn)象時，分別因為電路產(chǎn)生什么故障〔即哪個元件開路或短路〕?！?〕UO≈24V；〔2〕UO≈23.3V；〔3〕UO≈12V且不可調(diào)；〔4〕UO≈6V且不可調(diào)；〔5〕UO可調(diào)范圍變?yōu)?～12V。例5兩只穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值分別為5V和10V，正向?qū)妷簽?.7V,將他們串聯(lián)或者并聯(lián)，可能得到幾種電壓值？15V5.7V10.7V1.4V5V0.7V例6圖所示電路中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝6V，最小穩(wěn)定電流IZmin＝5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax＝25mA?！?〕分別計算UI為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓UO的值；〔2〕假設(shè)UI＝35V時負載開路，那么會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么？解：〔1〕當(dāng)UI＝10V和15V時，假定穩(wěn)壓管未被擊穿，其兩端的電壓為：〔未到達穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓，穩(wěn)壓管不穩(wěn)壓〕（2）29mA＞IZM＝25mA，穩(wěn)壓管將因功耗過大而損壞。當(dāng)UI＝35V時，(穩(wěn)壓管被反向擊穿)〔在穩(wěn)壓工作區(qū)〕例10.5.1電路如下圖，輸入電壓UI的波動范圍為±10%，調(diào)整管的飽和壓降UCES=2V，輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為5~20V，R1＝R3＝200Ω。試問：〔1〕穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ和R2的取值各為多少？〔2〕為使調(diào)整管正常工作，UI的取值至少應(yīng)取多少？解：〔1〕代入數(shù)據(jù)得：

R2＝600Ω，UZ=4V?！?〕為使調(diào)整管正常工作，須在輸入電壓最低且輸出電壓最高時，保證調(diào)整管工作在放大狀態(tài)。故UI至少取25V。例10.5.2電路如下圖，集成運放輸出電流IO最大值為2mA,調(diào)整管的電流放大倍數(shù)為30。試問：〔1〕最大負載電流ILmax約為多少？〔2〕假設(shè)要求穩(wěn)壓電路的輸出電流為1A，應(yīng)采取什么方法？畫出改進局部的電路圖。解：〔1〕〔2〕可以將調(diào)整管采用復(fù)合管。例7電路如下圖，試問：〔1〕調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、取樣電路、比較放大電路、保護電路分別由哪些元件組成；〔2〕簡要說明過流保護電路的工作原理：〔3〕輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的表達式。解：〔1〕調(diào)整管：T1,T2組成的復(fù)合管?；鶞?zhǔn)電壓電路：R3,Dz。取樣電路：R4,RP,R5。比較放大電路：T3,R1。過流保護