第十章直流電源,10.1直流電源的組成,10.2單相整流電路,10.4穩壓管穩壓電路,10.5串聯型穩壓電路,10.3濾波電路,10.1直流電源的組成及各部分的作用,改變電壓值通常為降壓,交流變脈動的直流,減小脈動,1)負載變化輸出電壓基本不變；2)電網電壓變化輸出電壓基本不變。,直流電源是能量轉換電路，將220V、50Hz的交流電轉換為直流電。,半波整流,全波整流,在分析電源電路時要特別考慮的兩個問題：允許電網電壓波動10，且負載有一定的變化范圍。,10.2單相整流電路,一、對整流電路要研究的問題,二、單相半波整流電路,三、單相橋式整流電路,一、對整流電路要研究的問題,1.電路的工作原理：即二極管工作狀態、電路波形的分析2.輸出電壓和輸出電流平均值：即輸出脈動直流電壓和電流平均值的求解方法3.整流二極管的選擇：即二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓的分析,為分析問題簡單起見，設二極管為理想二極管，變壓器內阻為0。,理想二極管的正向導通電壓為0，即正向電阻為0；反向電流為0，即反向電阻為無窮大。,二、單相半波整流電路,1.工作原理,u2的正半周，D導通，ADRLB，uO=u2。,u2的負半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。,2.UO（AV）和IL（AV）的估算已知變壓器副邊電壓有效值為U2,考慮到電網電壓波動范圍為10，二極管的極限參數應滿足：,（3）二極管的選擇,例10.2.1,解：,（1),（2),（3)若不小心將輸出端短路，則二極管的正向電流過大，將有可能現將二極管燒成短路。若不及時斷電，將會造成變壓器永久性損壞。,三、單相橋式整流電路,u2的正半周AD1RLD3B，uO=u2,u2的負半周BD2RLD4A，uO=-u2,1.工作原理,2.輸出電壓和電流平均值的估算,3.二極管的選擇,考慮到電網電壓波動范圍為10，二極管的極限參數應滿足：,與半波整流電路對二極管的要求相同,例10.2.2,解：,（1）,（2）,（3）若D1開路，則電路僅能實現半波整流，因而輸出電壓平均值僅為原來全波整流的一半。若D1短路，則在u2的負半周將變壓器副邊電壓全部加在D2上，D2因電流過大而燒壞，且若D2燒成短路，則有可能燒壞變壓器。,10.3濾波電路,作用：將脈動的直流電壓變為平滑的直流電壓,一、電容濾波電路,1.工作原理,按指數規律下降,濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動變小。,C越大，RL越大，越大，放電越慢，曲線越平滑，脈動越小。,考慮整流電路的內阻,1.基本原理,注：u2的周期小于RLC的大小。,2.電容的選擇及UO（AV）的估算,整流橋的簡化畫法,集成的橋式整流電路稱為整流堆。,例10.3.1,解：,C的取值滿足RLC=(3-5)T/2的條件。,電容的容量,所以，電容的耐壓值為：,再根據UO(AV)1.2U2，可求出U2。,10.4穩壓管穩壓電路,一、穩壓電路的性能指標,二、穩壓管穩壓電路,一、穩壓電路的性能指標,1.輸出電壓2.輸出電流3.穩壓系數表明電網電壓波動時電路的穩壓性能。在負載不變時，輸出電壓相對變化量與輸入電壓變化量之比。,4.輸出電阻表明負載電流變化時電路的穩壓性能。在電網電壓不變時，負載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。,5.紋波電壓測試出輸出電壓的交流分量。,二、穩壓管穩壓電路,穩壓條件：,1.穩壓管的伏安特性,2.穩壓管穩壓電路的工作原理,(1)電網電壓變化時，即UI變。但負載不變。,（2）負載電阻變化。但電網電壓不變，即UI不變。,3.穩壓管穩壓電路的主要指標,（1）輸出電壓UOUZ（2）輸出電流IZmaxIZmin（3）穩壓系數,（4）輸出電阻,簡單易行，穩壓性能好。適用于輸出電壓固定、輸出電流變化范圍較小的場合。,4.特點,穩壓電路的微變等效電路,5.穩壓管穩壓電路的設計,（1）UI的選擇UI（23）UO（2）穩壓管的選擇UZUO（3）限流電阻的選擇保證穩壓管既穩壓又不損壞。,電網電壓最低且負載電流最大時，穩壓管的電流最小。,電網電壓最高且負載電流最小時，穩壓管的電流最大。,注：IZmin即手冊中的IZ；IZmax即手冊中的IZM。,例題10.4,1已知UI=15V,負載電流為10-20mA,穩壓管的穩定電UZ=6V,最小穩定電流IZmin=5mA,最大穩定電流IZmax=40mA,rZ=15.(1)R的取值范圍;(2)若R=250,則穩壓系數和輸出電阻各為多少？,解：,（1）R的取值范圍,（2）穩壓系數和輸出電阻,（3）在允許范圍內，R的取值應當偏大些。Sr愈小，Ro愈接近rz.,例題10.4,2已知UI=12V,電網電壓波動10%，穩壓管的穩定電壓UZ=5V,最小穩定電流IZmin=5mA,最大穩定電流IZmax=30mA,負載電阻RL為250-350.(1)R的取值范圍;(2)若限流電阻短路,則將產生什么現象？,解：,再求R的取值范圍,（1）首先求出負載電流的變化范圍,（2）若限流電阻短路，則UI全部加在穩壓管上，使之因電流過大而燒壞。,10.5串聯型穩壓電路,一、基本調整管穩壓電路,二、具有放大環節的串聯型穩壓電路,三、集成穩壓器（三端穩壓器）,為了使穩壓管穩壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。,穩壓原理：電路引入電壓負反饋，穩定輸出電壓。,一、基本調整管穩壓電路,不管什么原因引起UO變化，都將通過UCE的調節使UO穩定，故稱晶體管為調整管。,若要提高電路的穩壓性能，則應加深電路的負反饋，即提高放大電路的放大倍數。,穩壓原理：當電網電壓波動引起UI增大，或負載電阻RL增大時，,UZ不變，即UB不變。,若同相比例運算電路的輸入電壓為穩定電壓，且比例可調，則其輸出電壓就可調節；,同時，為了擴大輸出電流，集成運放輸出端加晶體管，并保持射級輸出形式。,同相比例運算電路,二、具有放大環節的串聯型穩壓電路,1.穩壓原理：若由于某種原因使UO增大,2.輸出電壓的調節范圍,則UOUNUBUO,3.串聯型穩壓電路的基本組成及其作用,調整管,取樣電阻,調整管：是電路的核心，UCE隨UI和負載產生變化以穩定UO。,比較放大,基準電壓,基準電壓：是UO的參考電壓。,取樣電阻：對UO的取樣，與基準電壓共同決定UO。,比較放大：將UO的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩壓性能。,課程回顧,4.串聯型穩壓電源中調整管的選擇,IEmaxIR1ILmaxILmaxICMUCEmaxUImaxUOminU(BR)CEOPTmaxIEmaxUCEmaxPCM,根據極限參數ICM、U(BR)CEO、PCM選擇調整管！,應考慮電網電壓的波動和負載電流的變化！,1.串聯型穩壓電路的基本組成及其作用,調整管,取樣電阻,調整管：是電路的核心，UCE隨UI和負載產生變化以穩定UO。,比較放大,基準電壓,基準電壓：是UO的參考電壓。,取樣電阻：對UO的取樣，與基準電壓共同決定UO。,比較放大：將UO的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩壓性能。,課程回顧,2.輸出電壓的調節范圍,例題10.5.1已知輸入電壓UI的范圍為10%，調整管的飽和電壓降UCES=2V,輸出電壓的調節范圍為5-20V,R1=R3=200.求（1）UZ和R2;（2）為使調整管正常工作，UI值至少應取多少？,解：,（1）,（2）防止管子工作于飽和區。為使調整管正常工作，是指在輸入電壓波動和輸出電壓改變時，調整管始終工作在放大狀態。,例題10.5.2已知集成運放輸出電流IO最大值為2mA,調整管的電流放大倍數為30。求（1）最大負載電流ILmax約為多少？（2）若要穩壓電路的輸出電流為1A，則應采取什么辦法？,（2）可用復合管作調整管,解：,（1）最大負載電流,10.5.4、集成穩壓器（三端穩壓器）,輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）、0.1A（W78L00）,一.三端穩壓器的外形和方框圖,二、W7800的應用,消除高頻噪聲,一旦輸入端斷開，可使Co不通過穩壓器放電,抵銷長線電感效應，消除自激振蕩,將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負載電阻，構成基本穩壓電路。,1.基本應用電路,2.輸出電流擴展電路,為使負載電流大于三端穩壓器的輸出電流，可采用射極輸出器進行電流放大。,很小,三端穩壓器的輸出電壓,若UBE=UD，則,二極管的作用：消除UBE對UO的影響。,3.輸出電壓擴