电工学(下)电子技术A-第18章讲稿.

1第18章直流稳压电源本章要求：1、掌握单相整流电路的工作原理;2、掌握直流稳压电源的工作原理及简单计算。2滤波整流稳压变压交流电源负载直流电源组成框图OtuOtuOtuOtuOtu•电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。•整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。•滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。•稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。318.1.1单相半波整流电路tO23u222UtO23uO22UtO23iD=iOtO23uD22U2RM2UUＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–18.1整流电路u20时:二极管导通，u0=u2u20时:二极管截止,u0=04ＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–tO23uO22U)sin(222tUu02O)(d)sin(221ttUUL2OD45.0RUII245.0U（1）输出电压平均值U0：（2）输出电流平均值Io：主要参数：（3）二极管承受的最高反向电压：(即变压器副边电压u2的最大值）2RM2UU5(4)变压器副边电流有效值Ioπο57.1d)sin(π212mIttII整流二极管的选择:平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：IOMID，URWMUDRM220V1212R2+Luuu·2L··－1DD2单相全波整流电路+–+–原理：+–+–变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。6全波整流电压波形u2uLuD1t2340uD2V22012122·uuDD22·1·+u－LLR7uL20tIL=UL/RL=0.9u2/RL主要参数：（2）输出电流平均值IL：）（tduULL2021（1）输出电压平均值UL：）（ttdusin210229.0uV22012122·uuDD22·1·+u－LLRIL8uD20t（3）流过二极管的平均电流：ID=IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：V22012122·uuDD22·1·+u－LLR222uURM910V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uou2u1输入正半周1.工作原理输入负半周+uo18.1.2单相桥式整流电路112.波形tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO22U22UU2123.参数估算1)整流输出电压平均值)(d)sin(210OttUUUL229.022UU3)二极管平均电流LOOD221RUIIL245.0RU4)二极管最大反向电压2RM2UU++++41232+43DuuDDL21LDR-u2ttuL2）输出电流平均值:IL=UL/RL=0.9u2/RL134.简化画法+uoRLio~+u25.整流桥把四只二极管封装在一起称为整流桥~~14例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。V172122*2DRMU可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。解：因为IO=UO/RL=100/50=2A所以ID=1/2IO=1A变压器副边电压U2’=UO/0.9=100/0.9=111V考虑到变压器绕组及管子上的损耗，通常设计变压器副边电压U2=1.1*U2’=1.1*111=122V则：15变压器副边电流有效值I=1.11Io=21.11=2.2A变压器容量S=UI=1222.2=207.8VA变压器副边电压U2122V81122220.K变比16例2：试分析图示桥式整流电路中的二极管D2或D4断开时负载电压的波形。如果D2或D4接反，后果如何？如果D2或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？uo+_~u+_RLD2D4D1D3uouπ2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，uo=0。17uo+_~u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。如果D2或D4因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。18交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。18.2滤波器19io+uo=ucRLV1V4V3V2+u18.2.1电容滤波器(C滤波器)1.电路和工作原理CV导通时给C充电，V截止时C向RL放电；滤波后uo的波形变得平缓，平均值提高。电容充电电容放电（1）空载（RL=∞）时：u2tuLtuc=uL++++41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。22uuuCL2.波形及输出电压20（2）接入RL（且RLC较大）时u2tiDtu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。二极管中的电流uc=uL++++412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc2122近似估算:Uo=1.2U2(全波,桥式）(b)流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短iD的峰值电流越大电容滤波电路的特点：(a)Uo与RLC的关系：RLC愈大C放电愈慢UL(平均值)愈大RLC较大一般取：(T:电源电压的周期)2)53(TLCRu2tiDtuc=uo单相半波整流:Uo=U223单相桥式整流单相半波整流有电容滤波无电容滤波电路22U22U22U222U截止二极管的最高反向电压24单相桥式电容滤波整流，交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=40，要求直流输出电压UO=20V，选择整流二极管及滤波电容。[解]1.选二极管V172.1202.1O2UU电流平均值：A0.254020212121LOODRUII承受最高反压：V2422RMUU例:252RM2UU选二极管应满足：IF(23)ID可选：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1A、100V整流桥2.选滤波电容s02.05011fTs05.025取LTCRF250140s0.05C可选：1250F，耐压50V的电解电容。26例:有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。uRLuo++––~+C解：1.选择整流二极管流过二极管的电流A075020030212121LOOD.RUII变压器副边电压的有效值二极管承受的最高反向电压可选用二极管2CP1125V1.23021O.UUV352522DRMUUIOM=100mAUDRM=50V27例:有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。uRLuo++––~+C解：2.选择滤波电容器取RLC=5T/2S05.025015LCR已知RL=50F250F102502000.050506LR.C可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器28++++4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值:Uo=0.9U2对交流分量:f越高，XL越大,电压大部分降在电感上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量:XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上18.2.2电感电容滤波器(LC滤波器)o频率越高，电感越大，滤波效果越好29LC1RL~+u2C2C1、C2对交流容抗小L对交流感抗很大负载电流小时18.2.3型滤波器R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。3018.3直流稳压电源稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。31稳压电路的作用:交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压321.稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。++++UDziLRz-oU-++RUIZILIiuUZ△I△UIzminIzmax18.3.1稳压管稳压电路33稳压原理：ZL+=IIIRiZO==UUUU++++UDziLRz-oU-++RUIZILI(1)当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZIRUi由图知：34(2)当负载电流变化时稳压过程：ILUoURUoIZIR++++UDziLRz-oU-++RUIZILI352、稳压管的选择OIOMZMOZUUIIUU)().(32351++++UDziLRz-oU-++RUIZILI3618.3.2恒压源uu+－A∞+RiiRuu－+ffoi110RRLRDZUZ+-U+2反相输入：UO=-（RF/R1）*UZ37RLRDZUZ+-U+2同相输入：UO=（1+RF/R1）*UZuu+－A∞+o－uu+fiRf1iR1Ri恒压源的输出电压是可调的，并引入电压负反馈使输出电压更为稳定。388Uo+UIRLV1+UCE并联型稳压电路—调整管与负载并联串联型稳压电路—调整管与负载串联+UI取样电路调整管比较放大电路基准电压UZUF一、结构和稳压原理18.3.3串联型稳压电路39稳压的实质：UCE的自动调节使输出电压恒定8+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RPUOUfUBICUCEUOQvCE/ViC/mAQ`UCE+-UB+-40Zp212OFURRRRUUZ2p21O'URRRRUZp2p21minOURRRRRUZ2p21maxOURRRRU二、输出电压的调节范围8+Uo+UIR2RLR1R1UFUZR2RP41W7800系列(正电源)W7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V78、79系列的型号命名输出电流78L××/79L××—输出电流100mA78M××/9M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压18.3.4集成稳压电源一、三端集成稳压器421端:输入端2端:公共端3端:输出端123W7805输出5V，最大电流1.5AW78M05输出5V，最大电流0.5AW78L05输出5V，最大电流0.1A例如：W7905输出-5V，最大电流1.5A43封装W7805123UIUOGNDW7905123UIUOGND符号W7800++213W790013_2_塑料封装金属封装44二、W7800的内部结构和基本应用电路内部结构+UI取样电路调整电路保护电路基准电压比较放大启动电路+UO45++UOW781522C311CU