《電工電子技術(shù)》課件 項(xiàng)目七 直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源目七項(xiàng)直流穩(wěn)壓電源的電路組成直流穩(wěn)壓電源的工作原理任務(wù)1任務(wù)2目錄CONTENTS任務(wù)1直流穩(wěn)壓電源的電路組成直流穩(wěn)壓電源的組成：主要由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。1．電源變壓器的作用是將電網(wǎng)電壓變?yōu)樗枰慕涣麟娫?，并起到直流電源與電網(wǎng)的隔離作用。2．整流電路作用是將交流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓，這樣的過程稱為整流，能實(shí)現(xiàn)整流功能的電路稱為整流電路。3．濾波電路的作用是濾除掉直流電中的交流成分。4．穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)輸入電壓、負(fù)載和環(huán)境溫度變化時(shí)，能自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出直流電壓保持不變。任務(wù)2直流穩(wěn)壓電源的工作原理1.變壓器簡介變壓器，可將某一交變電壓轉(zhuǎn)換成同頻的另一電壓，其專門用于變換交流信號的電壓。主要由鐵心和線圈（又稱繞組）組成。一、變壓器（1）鐵心變壓器鐵心的作用是構(gòu)成磁路。為了減小渦流和磁滯損耗，鐵心用具有絕緣層的硅鋼片疊成。變壓器的鐵心一般分為心式和殼式兩大類。（2）線圈（繞組）接電源的繞組稱為初級繞組，接負(fù)載的繞組稱為次級繞組。2.變壓器的變壓原理當(dāng)初級繞組接上交流電源后，交變電流即在鐵芯中產(chǎn)生交變磁場，磁感線絕大部分都在閉合的鐵芯中通過。磁感線不光在初級繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，而且由于磁感線穿過次級繞組，從而也在次級繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。變壓器是利用電磁感應(yīng)原理，將能量從一個(gè)繞組傳輸?shù)搅硪粋€(gè)繞組而進(jìn)行工作的。二、整流電路將交流電變成脈動(dòng)直流電的過程叫做整流，能實(shí)現(xiàn)整流功能的電路叫做整流電路。利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娦钥梢越M成各種整流電路，既簡單又經(jīng)濟(jì)實(shí)用。1.半波整流電路在u2的正半波期間，變壓器二次側(cè)上端為正，下端為負(fù)，二極管因正向偏置而導(dǎo)通，有電流流過二極管和負(fù)載。若忽略二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降，則有uL=u2。在u2的負(fù)半波期間，變壓器二次側(cè)上端為負(fù)，下端為正，二極管因反向偏置而截止，沒有電流流過負(fù)載，

uL

=0。2.橋式全波整流電路橋式整流電路把4支型號相同的二極管VD1~VD4按圖所示的方法連接在一起從而達(dá)到全波整流的效果。半波整流電路很明顯“浪費(fèi)”了一半的信號，全波整流與它相比最大的特點(diǎn)是充分利用了正、負(fù)半周的信號。把正弦信號的負(fù)半周“對折”到正半周上形成單向脈動(dòng)電壓信號。`當(dāng)正弦信號的負(fù)半周時(shí)，如圖（b）所示，B點(diǎn)相對A點(diǎn)來說電壓為正，于是電流從B點(diǎn)出發(fā)，流經(jīng)二極管D3、負(fù)載電阻Rl、二極管D1，之后回到B點(diǎn)，電流形成一個(gè)回路（如圖中箭頭所示），負(fù)載Rl上正下負(fù)且波形與變壓器次級輸出波形正好相反。當(dāng)正弦信號的正半周時(shí)，如圖（a）所示，A點(diǎn)相對B點(diǎn)來說電壓為正，于是電流從A點(diǎn)出發(fā)，流經(jīng)二極管D2、負(fù)載電阻Rl、二極管D4，之后回到A點(diǎn)，電流形成一個(gè)回路（如圖中箭頭所示），負(fù)載Rl上正下負(fù)且波形與變壓器次級輸出波形接近。三、濾波電路1.儲(chǔ)能電容濾波儲(chǔ)能電容濾波是一種最簡單的電源濾波形式，基本工作原理是基于電容能夠儲(chǔ)存電荷，電容器兩端的電壓不能突變的思想。2.

π型濾波兩個(gè)電容C1、C2與電感L1或電阻R1呈“π”型排列。電容C1實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)能電容濾波，直流電壓信號初步形成。此時(shí)的直流電壓信號中還有一些小的波動(dòng)，而電感L的特性是阻止電流的變化，于是它抑制了這些波動(dòng)。最后電容C2的隔直通交特性把最后少量交流信號導(dǎo)到地線中，最終輸出的直流電壓信號質(zhì)量較使用單純的儲(chǔ)能電容濾波的好。四、穩(wěn)壓電路1.并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路主要利用的是穩(wěn)壓二極管的反向偏置特性。穩(wěn)壓二極管又叫“齊納二極管”，是一種工作在反向擊穿狀態(tài)的二極管。圖為穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線。當(dāng)反向偏置電壓從0開始增加時(shí)，反向電流開始為0。當(dāng)反向偏置電壓繼續(xù)增加達(dá)到擊穿電壓Uz時(shí)，反向電流突然陡增，就好像穩(wěn)壓二極管變成一個(gè)導(dǎo)體，讓電流大量通過。穩(wěn)壓二極管工作原理：穩(wěn)壓二極管的特點(diǎn)就是達(dá)到擊穿電壓Uz后，其兩端的電壓基本保持不變。這樣，當(dāng)把穩(wěn)壓管接入電路以后，若由于電源電壓發(fā)生波動(dòng)，或其它原因造成電路中各點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，負(fù)載兩端的電壓將基本保持不變，這就是“穩(wěn)壓”的由來。無論是負(fù)載變化還是電網(wǎng)電壓變化，穩(wěn)壓電路都能通過一系列調(diào)節(jié)，使負(fù)載兩端電壓UO

保持不變。它的穩(wěn)壓原理通過下列過程來說明。電網(wǎng)電壓升高：UI↑→

UO↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓電網(wǎng)電壓降低：UI↓→

UO↓→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑負(fù)載增加：RL↑→UO↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓負(fù)載減小：RL↓→

UO↓→IZ↓→IR↓→UR↓→UO↑2.簡單的串聯(lián)線性穩(wěn)壓電源為了提高帶負(fù)載能力，在輸出端加一射極跟隨器，可實(shí)現(xiàn)提供更大電流的穩(wěn)壓電路，如圖所示。由于利用的是三極管E極形成一個(gè)跟隨器，所以這種電路也被稱為射極跟隨器穩(wěn)壓電路。3.集成電路穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路可以由分立的電子元件搭建而成，但隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路制成了集成器件。這類器件一般有三個(gè)引線端，即輸入端、輸出端、公共端，因此也被稱為三端集成電路穩(wěn)壓器。它的內(nèi)部設(shè)置了過流保護(hù)、芯片過熱保護(hù)及調(diào)整管安全工作區(qū)保護(hù)電路，使用起來安全、方便、性能穩(wěn)定且價(jià)格便宜。按照輸出電壓的不同來分，穩(wěn)壓電路可分為固定式穩(wěn)壓電路（78系列、79系列）和可調(diào)式穩(wěn)壓電路（LM317）。78系列三端穩(wěn)壓器的外觀及管腳排布如圖所示，其三個(gè)管腳分別為輸入端IN、輸出端OUT、接地端GND。圖中所示分別為輸出正電壓和負(fù)電壓的電路，各部分作用如下：（1）輸入電壓UO就是整流濾波后的輸出電壓；（2）電容C1在輸入線較長時(shí)用以旁路干擾高頻脈沖；（3）電容C2用以改善輸出的瞬態(tài)特性并具有消振作用。此外，若輸出電壓過高，且C2的容量較大，必須在輸入端和輸出端之間跨接一個(gè)二極管，否則一旦短路C2上的電壓將通過內(nèi)部電路放電，有擊穿集成塊的可能性