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(1-0)第十八章直流稳压电源(18-1)第十八章直流稳压电源§18.1整流电路§18.2滤波器§18.3直流稳压电源(18-2)整流变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo整流电路滤波电路稳压电路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。概述(18-3)整流电路任务：把交流电压转变为直流脉动电压。常见的小功率整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。为分析方便起见，常将二极管作理想元件处理，即认为二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。§18.1整流电路(18-4)§18.1.1单相半波整流电路u20时，二极管导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正向压降：uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u20时，二极管截止,输出电流为0。uo=0(18-5)u1u2aTbDRLuoiL202245.02d21UUtuUoo(4)输出电压平均值Uo：(1)输出电压波形：(2)二极管上承受的最高电压：22UURM(3)二极管上的平均电流：LDIItuo(18-6)(5)整流二极管的选择平均电流ID与最高反向电压URM是选择整流二极管的主要依据。选管时应满足：IOMID，URWMURM优点：结构简单，使用的元件少。缺点：仅利用了电源的半个周期，输出的直流成分比较低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成分，容易饱和。应用：只用在要求不高，输出电流较小的场合。最大整流电流反向工作峰值电压(18-7)§18.1.2单相桥式整流电路桥式整流电路+-u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo(18-8)桥式整流电路-+u0u1u2TD4D2D1D3RLu2负半周时电流通路(18-9)u20时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:AD1RLD3Bu20时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoAB(18-10)(4)uo平均值Uo：Uo=0.9U2(1)输出电压波形：(2)二极管上承受的最高电压：22UURMtuo(3)二极管上的平均电流：2/LDIIu1u2TD4D2D1D3RLuo(18-11)输出直流电压高；脉动较小；二极管承受的最大反向电压较低；电源变压器得到充分利用。由于单相桥式整流电路应用普遍，现已生产出集成硅桥堆，只有输入交流和输出直流引线。减少了接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。(5)桥式整流电路的优点：u2uL+–(18-12)整流电路的主要参数1.整流输出电压平均值（Uo）：例：全波整流输出电压Uo的平均值为:0.9U2πootuπU20d21一、整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数S是衡量整流电路性能的两个主要指标。(18-13)S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比。2.脉动系数Ｓ6703222324221.πUπUUUSomo用傅氏级数对全波整流的输出uo分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo(18-14)平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。LLDRU.II24502122UURM例：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二、平均电流与反向峰值电压(18-15)例：已知：电路采用单相桥式整流。U1=380V，UO=110V，RL=80Ω。试问：1.如何选用二极管？2.整流变压器的变比及容量。P152：例18.1.2解答，请上课仔细听！(18-16)几种常见的整流电路小结请见书：P156~157重点：单相半波、单相桥式(18-17)滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压原理：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。§18.2滤波电路(18-18)§18.2.1电容滤波器以单向半波整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。一、滤波原理单相半波整流电容滤波电路+C–++–aDuoubRLio(18-19)ici=uCuoU2U2utOtOiDtO+C–++–aDuoubRLiouuC：D管截止，电容通过负载RL放电，uC按指数规律下降。uo=uC二极管承受的最高反向电压。uuC：D管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电，uC增加。uo=uCUU22DRM(18-20)2)53(TCRL(T:电源电压的周期)估算:Uo=U2（半波）Uo=1.2U2（全波）二、电容滤波电路的特点(1)RLC越大输出电压Uo越大(2)流过二极管瞬时电流很大。RLC越大输出电压Uo越高负载电流平均值越大;整流管导电时间越短整流管iD的峰值电流越大选管：IOM=（2~3）ID(18-21)输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,Uo和S也随之改变。如:RL愈小→IL越大,Uo下降多,S增大。结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。(3)输出特性(外特性)Uo电容滤波纯电阻负载1.4U20.9U20Io(18-22)例：已知：一单相桥式电容滤波整流电路。f=50Hz，Uo=30V，RL=200Ω。试问：如何选用整流二极管及滤波电容器？P161：例18.2.1解答，请上课仔细听！(18-23)u2u1LuoCRLuo1§18.2.2电感电容滤波器(LC滤波器)一、滤波原理对直流分量:XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量:f越高，XL越大,电压大部分降在XL上。在输出端得到比较平滑的直流电压。(18-24)二、适用范围适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场合，高频时更合适。在电流较大、负载变动较大、且对输出电压脉动要求不太高的场合，可去除电容，采用电感滤波。缺点：电感铁芯笨重，体积大，易造成输出电压下降。u2u1LuoCRLuo1(18-25)一、型LC滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1如果要求输出电压的脉动更小，可采用型LC滤波器。其滤波效果比LC滤波器好，输出电压也有提高，但整流管的冲击电流较大。§18.2.3π型滤波器(18-26)uoRu2u1C1C2uo1´RL二、型RC滤波电路为经济起见，L可用R替代，从而构成型RC滤波器。R越大，C2越大，滤波效果越好。此电路主要适用于负载电流较小、要求输出电压脉动很小的场合。(18-27)§18.3直流稳压电源由于经整流、滤波以后的输出电压往往还会随交流电源电压的波动、负载的波动而变化，因此在要求高的场合还需进行稳压。(18-28)稳压管稳压电路讨论重点电路最简单，但是带负载能力差，一般只用于提供基准电压，不作电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。线性稳压电路开关型稳压电路常用稳压电路(小功率设备)(18-29)原理：因稳压管电流在较大范围内变化时，其端电压基本保持不变，故它可起到电流调节作用。1.U变，RL不变:Ui↑→UO↑→IZ↑↑→UR↑→UO↓2.RL变，U不变:RL↑→UO↑→IZ↑↑→IO↓→UO↓选管原则：UZ=UO，IZM=(1.5~5)IOMUI=(2~3)UOCDRRUoUi+-+-ZLIIoZ~§18.3.1稳压管稳压电路(18-30)+-++URRDRUR+-R12ZLOFZU+-+-++URRDRUR+-R12ZLOFZU+-反相输入同相输入ZFOURRU1ZFOURRU)1(1§18.3.2恒压源(18-31)+-+++++++------RRRRRRUUUUUUDCEIZZ3111212OOLfIB§18.3.3串联型稳压电路为扩大运放输出电流范围，可将同相输入恒压源的输出端接至大电流晶体管的基极，并从发射极输出，如此构成了串联型稳压电路。(18-32)原理：UO↑→Uf↑→UB↓→IC↓→UCE↑→UO↓+-+++++++------RRRRRRUUUUUUDCEIZZ3111212OOLfIBO21211221ZURRRRRU调整管：UO变化量经运放放大后可调整晶体管的UCE，以达稳压目的。引入负反馈分析关键引入负反馈(18-33)随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路，且附有短路和过热保护环节。§18.3.4集成稳压源(18-34)1端:输入端2端:公共端3端:输出端W7800系列稳压器外形1231端:公共端2端:输入端3端:输出端W7900系列稳压器外形123(18-35)注：型号后XX两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等。三端集成稳压器固定式可调式正稳压W78XX负稳压W79XX集成稳压电源的分类(18-36)一、输出为固定电压的电路应用电路注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1320.1~1F1µFCI：可抵消输入线较长时的电感效应，防止自激。CO：可减小瞬时增减负载电流时所引起的输出电压波动。(18-37)二、输出正负电压的电路正负电压同时输出电路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO(18-38)COW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX:为W78XX固定输出电压UO=UXX+UZ三、提高输出电压的电路(18-39)OW78XX32CRB1IOI--++UUCCIIIIIICBEBRIRUIIII12电阻的取值应使功率管只能在输出电流较大时才导通四、扩大输出电流电路(18-40)OXXURRRURRR211433W78XX+-+12134OOXXUUUCCRRRRI+++---五、输出电压可调电路分析关键引入负反馈41P178：18.1.10----整流电路分析P181：18.3.5----直流稳压源的整体认识，电路连接18.3.6----直流稳压源，电路分析18.3.8----集成稳压源的应用，输出电压分析P182:18.3.10----拓宽题，直流稳压电源设计(选做)第十八章课后习题(1-42)结束