模拟电子技术基础_10章直流稳压电源[1]

生命中的大石头•时间管理专家为学生上课•做个小测验－－瓶子•在瓶子中放拳头大小的石头，问“瓶子满了吗？”•在瓶子中砾石，问“瓶子满了吗？”•在瓶子中沙子，问“瓶子满了吗？”•在瓶子中水，问“瓶子满了吗？”•同样的空间，放置东西先后顺序不同，结局就大相径庭•同样的时间，工作安排的顺序不同，结果也千差万别。•最重要的大石头一定要排在第一位。第十章直流稳压电源整流电路滤波电路稳压电路•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。10.1直流电源的组成及各部分的作用整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo10.2整流电路1.单相半波整流电路二极管导通，uL=u2二极管截止,uL=0u20时:u20时:10.2.1整流电路的分析方法及其基本参数u2uLuDt2340主要参数：2。输出电流平均值Io：2202)(45.02sin221UUtwtdUUAVO）（1。单相半波整流电路输出电压平均值LLAVOAVORURUI2)()(45.0脉动系数S：整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。)(1AVOMOUUS57.1/22/22)(1UUUUSAVOMO单相半波整流电路查电路书的傅利叶级数的基波二、二极管的选择LLAVOAVOAVDRURUII2)()()(45.0二极管承受的最高反向电压：2max2UUR二极管的正向平均电流：二极管的选择：LAVOFRUII2)(21.11.1221.1UUR单相半波整流电路优缺点：单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是由于它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大（即脉动大），效率低。因此，这种电路仅适用于整流电流较小、对脉动要求不高的场合。例题：如图所示，已知变压器副边电压有效值为30V，负载电阻为100Ω，试问：（1）负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少。（2）电网电压波动范围是±10%，二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少？ARUILAVO135.01005.1345.02)(2。二极管承受的最高反向电压：二极流过的最大平均电流：AIIAVOAVD15.0135.01.11.1)()(VUUR7.4630414.11.121.12max解：1。负载上电压平均值：VUUAVO5.133045.045.02)(负载上电流平均值：全波整流电路U2Uo9.02O(AV)UU2R22UU输出电流平均值IL（AV）二极管的平均电流ID（AV）输出电压平均值UO（AV）L2L(AV)9.0RUI所承受的最大反向电压UR45.0L2DRUI10.2.2单相桥式整流电路一、组成：由四个二极管组成桥路习惯画法简化画法集成硅整流桥：u2uL+–~+~-+–u2负半周时：D2、D4导通，D1、D3截止u2正半周时:D1、D3导通，D2、D4截止二、工作原理：2202)(9.022sin21UUtwtdUUAVO）（三、输出电压平均值和输出电流平均值LLAVOAVORURUI2)()(9.067.0)(1AVOMOUUS四、二极管的选择LAVOAVDRUII2)()(45.02二极管承受的最高反向电压：2max2UUR二极管的正向平均电流：二极管的选择：LAVOFRUII2)(21.121.1221.1UUR•优点：在相同的变压器副边电压下，对二极管的参数要求是一样的，并且还具有输出电压高、脉动小。应用广泛。•缺点：二极管数量，损耗较大。利用桥式整流电路实现正、负电源u2负半周时：D2、D4导通，D1、D3截止u2正半周时:D1、D3导通，D2、D4截止例题：如图所示，已知变压器副边电压有效值为30V，负载电阻为100Ω，试问：（1）负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少。（2）电网电压波动范围是±10%，二极管承受的最大整流平均电压和最高反向工作电压至少为多少？ARUILAVO27.0100279.02)(2。二极管承受的最高反向电压：二极管流过的最大整流平均电流：AIIAVOF15.0227.01.121.1)(VUUR7.4630414.11.121.12max解：1。负载上电压平均值：VUUAVO27309.09.02)(负载上电流平均值：10.7电路如图所示，变压器副边电压有效值U21＝50V，U22＝20V。试问：（1）输出电压平均值UO1（AV）和UO2（AV）各为多少？（2）各二极管承受的最大反向电压为多少？V99)(22221RUUU＞V572222RUU＞解：（1）两路输出电压分别为UO1≈0.45（U21＋U22）＝31.5VUO2≈0.9U22＝18VD2、D3的最大反向电压（2）D1的最大反向电压10.8电路图所示,求：（1）分别标出uO1和uO2对地的极性（2）uO1、uO2分别是半波整流还是全波整流？（3）当U21＝U22＝20V时，UO1（AV）和UO2（AV）各为多少？(4）当U21＝18V，U22＝22V时，画出uO1、uO2的波形；并求出UO1（AV）和UO2（AV）各为多少？(3)UO1（AV）＝－UO2（AV）≈0.9U21＝0.9U22＝18V（4）UO1（AV）＝－UO2（AV）≈0.45U21＋0.45U22＝18V解：（1）均为上“＋”、下“－”。（2）均为全波整流。作业：10.5------10.810.3.1电容滤波电路10.3滤波电路u2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电工作原理:利用电容的充放电,使输出电压平滑.cd段,D1,D3截止.滤波效果:输出电压变得平滑,且输出值提高.取决于放电时间，Ｒ．Ｃ愈大，输出电压愈平滑，平均值愈大．组成:在桥式整流电路与负载间并联电容ab.bc段,D1,D3导通;RLC不同时的uO的波形近似估算:UＯ（ＡＶ）=1.2U2一般取：(T:电源电压的周期)2)53(TCRL主要参数：１．输出电压平均值２．脉动系数141TCRSL为了获得较好的滤波效果，在实际电路中，应选择滤波电容的容量满足RLC=（3～5）T／2的条件。由于采用电解电容，考虑到电网电压的波动范围为±10％，电容的耐压值应大于1.12U2。在半波整流电路中，为获得较好的滤波效果，电容容量应选得更大些。３．二极管的导通角每只二极管的导通角小于π整流管导电时间越短冲激电流越大选用大容量的整流管，一般最大整流平均电流大于负载电流的２－－３倍。，、、：UmAUIV，U，：AV）OAV）LAV）O滤波电容的耐压值范围为考虑到电网电压的波动滤波电容的大小试问负载电流平均值要求输出电压平均值如图设计题%1021.2.1100152(((解：因为：UＯ（ＡＶ）=1.2U22)53(TCRL~≥FCIURAVLAVOL333~2001501250153(150)()(≈)~则VUUVUUAVO5.1921.15.12=2.1=2)(2≈实际可选取容量３００μＦ／２５Ｖ的电容作滤波电容倍压整流电路分析时的两个要点：设①负载开路，②电路进入稳态。22Uu2负半周，u2加C1上电压对C2充电：P→D2→C2→A，最终u2正半周C1充电：A→D1→C1→B，最终212UUCP2222UUC222U二倍压整流电路倍压整流电路多倍压整流电路+–22U+–222U+–222U+–222U+–222U从不同端点可引出所需的多倍压直流输出。++++4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL10.3.2电感滤波电路组成:在桥式整流电路与负载间串联电感L。输出电压平均值:UO(AV)=0.9U2对谐波分量: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上优点:输出电压平滑,脉动小,导通角接近π,二极管寿命增长.复式滤波电路为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。各种滤波电路性能的比较10.4稳压管稳压电路引入:整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动,随着负载电阻的变化而变化,则采取稳压措施.DZO+=IIIRORI=UUU限流电阻R10.4.1稳压电路的组成稳定时OZM，UIIIDZZ(1)当输入电网电压变化时UiUZUoUoURIRIDZ(2)当负载变化时RL变化UoURUoIDZIR10.4.2工作原理电网电压变化时,通过限流电阻R上电压变化来抵消UI的变化，使UO不变。负载变化时,通过限流电阻R上电压不变，即IDZ变化＝IL变化，使UO不变。10.4.3稳压电路的性能指标常用以下参数来说明稳压电源的质量：1、稳压系数：输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比常数常数LLRRUUUUUUUUS//OIIOIIOO稳压管稳压电路的交流等效电路ZIUURrrZZSr表明电网电压波动的影响。其值越小，输出电压变化越小。2、输出电阻)(//IOOoZZZUrRrrRIUR常数RO表明负载电阻对稳压性能的影响。其值越小，输出电压变化越小。稳压管稳压电路的交流等效电路10.4.4电路参数的选择1.稳压电路输入电压的选择:2.稳压管的选择:3.限流电阻的选择:OIUU)3~2(ZLZMLLZZMOZIIIIIIIUUmaxminmaxminImminmaxImmaxLZMZaxLZZinIIUURIIUURmaxminRRR所以：设计时用到限流电阻的计算（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。由此可计算出稳压电阻的最大值。即++++UDziLRz-oU-++RUIZILImaxminmaxLZZLIIUURZLZLIIRUUmaxmaxmin（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即++++UDziLRz-oU-++RUIZILImaxminRRR所以：minmaxminLZMZLIIUURZMLZLIIRUUminminmax360~18018010104061536010205615:3minmaxmin3maxminmax的取值范围则解RIIUURIIUURLZMZLLZZL15//14.06151525015//ZIIIOOZZOZZRrrRRUURrrUUUUSL常数在允许范围内,R的值应当偏大些.当其余参数确定的情况下,R愈大,稳压系数愈小,输出电阻愈接近rZ例题:电路如图,已知UI=15V,负载电流为10~20mＡ，稳压管的稳定电压ＵＺ＝６Ｖ，最小稳定电流ＩＺ＝５mＡ，最大稳定电流ＩＺＭ＝４０mＡ．动态电阻为１５Ω．(1)求解Ｒ的取值范围.(2)若R=250Ω,则稳压系数和输出电阻各为多少?例题:电路如图,已知UI=1２V,电网电压允许波动范围±１０％，稳压管的稳定电压ＵＺ＝５Ｖ，最小稳定电流ＩＺ＝５mＡ，最大稳定电流ＩＺＭ＝3０mＡ．负载电阻为２５０～３５０Ω．(1)求解Ｒ的取值范围.(2)设滤波电容足够大，变压器副边电压有效值为多少?185~2321850143.003.05121.123202.0005.05129.00143.0350502.02505.1minmaxminmaxminmaxmaxminminmax的取值范围则解RIIUURIIUURARUIARUILZMZLLZZLLZLLZLVUUCI102.