《電工電子技術(shù)》課件第8章

第八章直流穩(wěn)壓電源與電子識(shí)圖8.1直流穩(wěn)壓電源

8.2電子識(shí)圖

本章小結(jié)

情境描述：按圖8.1所示搭接電路。檢查無誤后接通電源。用示波器觀察u2、負(fù)載RL兩端波形，并用直流電壓表測(cè)量負(fù)載RL兩端的電壓Uo。

在圖8.1所示整流電路基礎(chǔ)上加上濾波電容C，構(gòu)成圖8.2所示整流濾波電路。用示波器觀察u2、負(fù)載RL兩端波形,并用直流電壓表測(cè)量負(fù)載RL兩端電壓Uo。

情境分析：這兩個(gè)電路輸入的是220Ｖ的交流電，輸出卻變成了直流電，變換過程是怎樣的？電路參數(shù)如何選??？還有哪些電路可以將交流電變?yōu)橹绷麟姡勘菊轮攸c(diǎn)討論如何將交流電變?yōu)榉€(wěn)定的直流電的問題；另外，電子識(shí)圖訓(xùn)練也是本章的重要任務(wù)。圖8.1整流電路實(shí)驗(yàn)電路圖8.2整流濾波電路實(shí)驗(yàn)電路 8.1直流穩(wěn)壓電源

8.1.1整流電路

1.單相半波整流電路

1)工作原理

單相半波整流電路是最基本的整流電路，其電路圖如圖8.3所示。

整流電路工作時(shí)，利用整流二極管的單向?qū)щ娞匦?，將其作為開關(guān)使用。當(dāng)正半周時(shí)，二極管VD導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管VD截止，在負(fù)載電阻上沒有電流通過。因此加在負(fù)載電阻上的電壓僅是半個(gè)正弦波，是同一個(gè)方向的半波脈動(dòng)電壓，其波形見圖8.4。圖8.3單相半波整流電路圖8.4單相半波整流電路的電流與電壓波形

2)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)圖8.4可知，在一個(gè)周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。

設(shè) ，則負(fù)載上的輸出平均電壓為

流過負(fù)載和二極管的平均電流為(8.1)(8.2)二極管所承受的最大反向電壓為

2.單相橋式整流電路

1)工作原理

單相橋式整流電路是工程上最常用的單相整流電路，如圖8.5所示。(8.3)圖8.5單相橋式整流電路整流電路在工作時(shí)，電路中的四只二極管都作為開關(guān)運(yùn)用。根據(jù)圖8.5的電路圖可知：

當(dāng)正半周時(shí)，二極管VD1、VD2導(dǎo)通(VD3、VD4截止)，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周；

當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管VD3、VD4導(dǎo)通(VD1、VD2截止)，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。

在負(fù)載電阻上經(jīng)過正、負(fù)半周合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的電流與電壓波形見圖8.6。圖8.6單相橋式整流電路波形

2)參數(shù)計(jì)算

根據(jù)圖8.6可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。其輸出平均電壓為

流過負(fù)載的平均電流為

流過二極管的平均電流為

(8.4)(8.5)(8.6)二極管所承受的最大反向電壓為

8.1.2濾波電路

1.電容濾波電路

下面以單相橋式整流電容濾波電路為例，分析電容濾波的工作原理，電路如圖8.7所示。顯然，該電路只是在橋式整流的負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。(8.7)圖8.7電容濾波電路

1)工作原理

電容濾波過程見圖8.8。

顯然。當(dāng)RL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。

2)參數(shù)計(jì)算

輸出電壓的平均值一般常采用以下近似估算法計(jì)算：在RLC=(3～5)T/2的條件下，近似認(rèn)為

Uo=1.2U2(橋式)

(8.8)

Uo=U2(半波)

(8.9)圖8.8電容濾波電路波形截止二極管上的最高反向電壓URmax為

2.電感濾波電路

橋式整流電感濾波電路如圖8.9所示。圖8.9電感濾波電路(8.11)(8.10)濾波元件L串在整流輸出與負(fù)載RL之間(電感濾波一般不與半波整流搭配)。其濾波原理可用電磁感應(yīng)原理來解釋。當(dāng)電感中通過交變電流時(shí)，電感兩端便產(chǎn)生出一反電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化：當(dāng)電流增大時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)會(huì)阻礙電流的增大，并將一部分能量以磁場(chǎng)能量?jī)?chǔ)存起來；當(dāng)電流減小時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)會(huì)阻礙電流的減小，電感釋放出儲(chǔ)存的能量。這就大大減小了輸出電流的變化，使其變得平滑，達(dá)到了濾波目的。當(dāng)忽略L的直流電阻時(shí)，RL上的直流電壓Uo與不加濾波時(shí)負(fù)載上的電壓相同，即

Uo＝0.9U2

(8.12)與電容濾波相比，電感濾波有以下特點(diǎn)：

(1)電感濾波的外特性和脈動(dòng)特性比較平坦；

(2)電感濾波電路整流二極管的導(dǎo)通角θ＝π；

(3)電感濾波輸出電壓較電容濾波為低。故一般電感濾波適用于輸出電壓不高，輸出電流較大及負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。

圖8.10是LC濾波電路。具有LC濾波器的整流電路適用于輸出電流較大、輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。圖8.10電感電容濾波電路

3.π型濾波器(CLC濾波器、CRC濾波器)

圖8.11為CLCπ型濾波電路，用于要求輸出電壓脈動(dòng)更小的場(chǎng)合。但此電路對(duì)整流二極管的沖擊電流較大。圖8.12為CRCπ型濾波電路，它適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)小的場(chǎng)合。圖8.11

CLCπ型濾波圖8.12

CRCπ型濾波8.1.3穩(wěn)壓電路

經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓，雖然平滑程度較好，但其穩(wěn)定性是比較差的。其原因主要有以下幾個(gè)方面：

(1)由于輸入電壓(市電)不穩(wěn)定(通常交流電網(wǎng)允許有±10%的波動(dòng))而導(dǎo)致整流濾波電路輸出直流電壓不穩(wěn)定；

(2)當(dāng)負(fù)載RL變化(即負(fù)載電流IL變化)時(shí)，整流濾波電路存在一定的內(nèi)阻，使得輸出直流電壓發(fā)生變化；

(3)當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，引起電路元件(特別是半導(dǎo)體器件)參數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致輸出電壓發(fā)生變化。

所以，經(jīng)整流濾波后的直流電壓，必須采取一定的穩(wěn)壓措施，才能適合電子設(shè)備的需要。常用的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路等。

穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是損耗較大、效率低。

1．串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

1)組成框圖

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成方框圖如圖8.13所示。

它由取樣電路、基準(zhǔn)電壓源、調(diào)整電路(三極管)和比較放大電路(誤差放大器)組成。圖8.13串聯(lián)型穩(wěn)壓電路框圖

2)穩(wěn)壓原理

設(shè)輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變。輸入電壓Ui的增加，必然會(huì)使輸出電壓Uo有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)UF與基準(zhǔn)源電壓UREF比較，獲得誤差信號(hào)ΔU，因UREF恒定不變，故ΔU減小，Uo1減小，用Uo1控制調(diào)整管的管壓降，則UCE增加，Uo下降，從而抵消輸入電壓增加的影響，其穩(wěn)壓過程如圖8.14所示。圖8.14串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程

3)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算

根據(jù)圖8.13可知

4)三端集成穩(wěn)壓電路

將線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源和各種保護(hù)電路集成在一起就得到了集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)外引線：輸入端、輸出端和公共端。它的電路符號(hào)及外形如圖8.15所示。要特別注意，不同型號(hào)、不同封裝的集成穩(wěn)壓器,它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。(8.13)圖8.15集成穩(wěn)壓器符號(hào)及外形三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖8.16所示。三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖8.17所示。圖8.16三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路圖8.17三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié)：

2.開關(guān)穩(wěn)壓電源

1)組成框圖

圖8.18為串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路的基本組成框圖。圖中V1為開關(guān)元件(調(diào)整管)，V2為續(xù)流二極管；L、C構(gòu)成L型濾波電路；R1和R2組成取樣電路，A為誤差放大器，C為電壓比較器，它們與基準(zhǔn)電壓源、三角波發(fā)生器組成開關(guān)調(diào)整管的控制電路。取樣電壓為uF、基準(zhǔn)電壓為UREF、三角波電壓為uT。uT決定著電源開關(guān)的頻率。比較器的輸出uB控制著調(diào)整管的導(dǎo)通和截止。uB、uT、uA的波形如圖8.19為(a)、(b)所示。(8.14)圖8.18串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路框圖

2)原理分析

當(dāng)uB為高電平時(shí)，V1飽和導(dǎo)通，uE=Ui，V2截止，uE通過電感L為負(fù)載RL提供電流。電感L中的電流iL隨時(shí)間線性增長，同時(shí)L將儲(chǔ)能，當(dāng)iL>Io時(shí)，電容C亦被充電，輸出電壓uo略有增大。

當(dāng)uB為低電平時(shí)，V1截止，uE=0，電感L將產(chǎn)生與電流iL同方向的自感電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)V2構(gòu)成回路而續(xù)流。此時(shí)，負(fù)載RL所獲得的電能來自于電感L的儲(chǔ)能,因此電流iL將隨時(shí)間線性下降。當(dāng)iL<Io時(shí)，電容C放電，輸出電壓uo略有下降。uE、iL、uo波形如圖8.19(c)、(d)、(e)所示。圖中的Io、Uo分別為穩(wěn)壓電路輸出電流、電壓的平均值。由此可見，開關(guān)型穩(wěn)壓電源能獲得平穩(wěn)直流電壓輸出的關(guān)鍵在于二極管V2的續(xù)流和L、C的濾波作用。圖8.19開關(guān)穩(wěn)壓電源的電流、電壓波形

3)計(jì)算關(guān)系

在忽略濾波器電感的直流壓降、開關(guān)管的飽和壓降及二極管的導(dǎo)通壓降時(shí)，輸出電壓的平均值將正比于脈沖的占空比：

由于輸出電壓的大小與脈沖的寬度成正比，故而又將此電路稱為脈寬調(diào)制式(PWM)開關(guān)穩(wěn)壓電路。(8.15)

4)集成開關(guān)穩(wěn)壓器及其應(yīng)用

集成開關(guān)穩(wěn)壓器的種類較多,如CW1524/2524/3524、CW4960/4962及CW2575/2576等。在這里，我們著重介紹關(guān)于CW1524系列的特點(diǎn)、性能和應(yīng)用。

CW1524系列是采用雙極型工藝制作的模擬、數(shù)字混合集成電路，其內(nèi)部電路包括基準(zhǔn)電壓源、誤差放大器、振蕩器、脈寬調(diào)制器、觸發(fā)器、兩只輸出功率晶體管及過流過熱保護(hù)電路等。

CW1524的工作結(jié)溫為-55℃～+150℃，CW2524/3524的工作結(jié)溫為0℃～+125℃；最大輸入電壓為40V；最高工作頻率為100kHz；內(nèi)部基準(zhǔn)電壓為5V；能承受的負(fù)載電流為50mA；每路輸出電流為100mA。

CW1524系列采用直插式16腳封裝。管腳排列如圖8.20所示。

圖8.20

CW1524的管腳排列由CW1524構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)例如圖8.21所示。圖8.21

CW1524開關(guān)穩(wěn)壓電源實(shí)例

8.2電子識(shí)圖

8.2.1電子電路識(shí)圖方法簡(jiǎn)介

1.電路圖的認(rèn)識(shí)與分析

要想看懂一張電路圖所能實(shí)現(xiàn)的功能，必須從以下幾方面入手：

(1)了解電路中各元器件的功能，重點(diǎn)是二極管、三極管及各種集成電路，這些元器件是電路的核心。

(2)圍繞主要元器件、集成電路，分析元器件、集成電路在該電路中的作用。

(3)將信號(hào)分為兩大類：電源類和線路信號(hào)類，以此進(jìn)一步分析電路中各元器件的作用。

(4)抓住線路信號(hào)的走向、變化及影響。

(5)將復(fù)雜電路分割成多個(gè)單元電路，先進(jìn)行單元電路的分析，再將各部分綜合。

2.印刷電路圖的作用和特點(diǎn)

(1)印刷電路圖的作用。印刷電路圖是專門為元器件裝配和機(jī)器修理服務(wù)的圖，它與各種電路圖有著本質(zhì)上的不同。印刷電路圖的主要作用如下：

①通過印刷電路圖可以方便地在實(shí)際電路板上找到電原理圖中某個(gè)元器件的具體位置，沒有印刷電路圖時(shí)的查找就不方便。②印刷電路圖起到電原理圖和實(shí)際電路板之間的溝通作用，是方便維修工作不可缺少的資料之一，沒有印刷電路圖將影響維修速度，甚至妨礙正常檢修思路的順利展開。

③印刷電路圖表示了電原理圖中各元器件在電路板上的分布狀況和具體的位置，給出了各元器件管腳之間連線(銅箔線路)的走向。

④印刷電路圖是一種十分重要的修理資料，它通常將電路板上的情況1∶1地畫在印刷電路圖上。

(2)印刷電路圖的特點(diǎn)。印刷電路圖具體有下列一些特點(diǎn)：

①從印刷電路設(shè)計(jì)的效果出發(fā)，電路板上的元器件排列、分布不像電原理圖那么有規(guī)律，這給印刷電路圖的識(shí)圖帶來了諸多不便。

②印刷電路圖表示元器件時(shí)用電路符號(hào)，表示各元器件之間連接關(guān)系時(shí)不用線條而用銅箔線路，有些銅箔線路之間還用跨線連接，有時(shí)又用線條連接，所以印刷電路圖看起來很“亂”，這些都影響識(shí)圖。

③印刷電路圖上畫有各種引線，而且這些引線的繪畫形式?jīng)]有固定的規(guī)律，這給看圖造成不便。

④銅箔線路排布、走向比較“亂”，而且經(jīng)常遇到幾條銅箔線路并行排列，給觀察銅箔線路的走向造成不便。

3.印刷電路圖識(shí)圖方法和技巧

(1)識(shí)圖方法和技巧。由于印刷電路圖比較“亂”，采用下列一些方法和技巧可以提高識(shí)圖速度：

①根據(jù)一些元器件的外形特征可以比較方便地找到這些元器件。外形比較容易辨認(rèn)的元器件有集成電路、功率放大管、開關(guān)件、變壓器等。

②對(duì)于集成電路而言，根據(jù)集成電路上的型號(hào)可以找到某個(gè)具體的集成電路。盡管元器件的分布、排列沒有什么規(guī)律而言，但是同一個(gè)單元電路中的元器件相對(duì)而言還是集中在一起的。③一些單元電路比較有特征，根據(jù)這些特征可以方便地找到。如整流電路中的二極管比較多，功率放大管上有散熱片，濾波電容的容量最大、體積最大等。

④找地線時(shí)，電路板上大面積銅箔線路是地線，一塊電路板上的地線處處相連。另外，一些元器件的金屬外殼接地。找地線時(shí)，上述任何一處都可以作為地線使用。在一些機(jī)器的各塊電路板之間，地線也是相連接的，但是當(dāng)每塊之間的接插件沒有接通時(shí)，各塊電路板之間的地線是不通的，這一點(diǎn)在檢修時(shí)要注意。⑤印刷電路圖與實(shí)際電路板對(duì)照過程中，可在印刷電路圖和電路板上分別標(biāo)出看圖方向，使得印刷電路圖與電路板有相同的看圖方向，省去每次都要對(duì)照看圖方向的麻煩，這樣可以大大方便看圖。

⑥觀察電路板上元器件與銅箔線路連接情況、觀察銅箔線路走向時(shí)，可以用燈照著，如圖8.22所示，將燈放置在有銅箔線路的一面，在裝有元器件的一面可以清晰、方便地觀察到銅箔線路與各元器件的連接情況，這樣可以不用翻轉(zhuǎn)電路板。不斷翻轉(zhuǎn)電路板不但麻煩，而且容易折斷電路板上的引線。圖8.22觀察電路板示意圖

(2)舉例說明。要尋找某個(gè)電阻器或電容器時(shí)，不要直接去找，因?yàn)殡娐分械碾娮杵鳌㈦娙萜骱芏?，尋找不方便，可以采用間接方式尋找，方法是先找到與它們相連的三極管或集成電路，順著線路就可以找到它們了?；蛘吒鶕?jù)電阻器、電容器所在單元電路的特征，先找到該單元電路，再尋找電阻器和電容器。

如圖8.23所示，要尋找電路中的電阻R1，可以先找到集成電路A1，因?yàn)殡娐分械募呻娐份^少，找到集成電路A1比較快捷。然后，利用集成電路的管腳分布規(guī)律找到2腳，2腳與地之間的電阻就是R1。圖8.23尋找元器件示意圖8.2.2超外差式收音機(jī)的識(shí)圖與裝配

1.電路組成

1)收音機(jī)元器件清單

收音機(jī)元器件清單如表8.1所示。表8.1袖珍式六管超外差式收音機(jī)元器件清單

2)收音機(jī)原理圖

收音機(jī)的原理圖如圖8.24所示。由于電路中使用了六個(gè)三極管，所以稱為六管收音機(jī)。圖8.24六管超外差式收音機(jī)原理圖

2.收音機(jī)電路安裝

收音機(jī)的裝配圖如圖8.25所示。圖8.25六管超外差式收音機(jī)裝配圖

3.檢測(cè)

1)前提

安裝正確。元器件無缺焊、錯(cuò)焊，連接無誤，印刷板