模拟电子技术基础第10章-直流稳压电源课件.ppt
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1、第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源 引言引言 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用10.1 10.1 整流电路整流电路10.2 10.2 滤波电路滤波电路10.3 10.3 稳压管稳压电路稳压管稳压电路10.4 10.4 线性串联型稳压电路线性串联型稳压电路10.5 10.5 串联串联开关型稳压电路开关型稳压电路本章主要内容本章主要内容第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源 交流电变换为直流电的过程引言引言 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用10.1 整流电路整流电路10.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路10.1.2 单相桥式整流电路单相桥
2、式整流电路10.1.3 倍压整流电路倍压整流电路10.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路1.1.电路构成及工作原理电路构成及工作原理 222sinuUt 整流电路如图。设变压器付边电压:2、输出电压的平均值()o avU 即 的直流分量 的傅氏分解为:ou0U21122(sinsin2.)23Uttou 其中的直流分量即为()o avU()2220.45o avUUU()202212sin()220.45o avUUtdtUU或10.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路ou3、输出电流的平均值()o avI()2()0.45o avo avLLUUIRR10.1.1单相半波整流电路单相半
3、波整流电路4、输出电压的脉动系数S定义为整流输出电压的最低次谐波峰值 与输出电压的平均值 之比。oiMU12()2/21.5722/O Mo avUUSUUS()o avU21122(sinsin2.)23oUttu可见半波整流输出的基波峰值为输出平均值的1.57倍,脉动较大。10.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路5、二极管的平均电流()D avI因二极管的电流波形与负载电流相同()2()()0.45o avD avo avLLUUIIRR()FD avIIFI选择时,应使为二极管的最大整流电流。6、二极管的最大反向电压选择时:为最大反向工作电压。()1.1FD avII10.1.1单相
4、半波整流电路单相半波整流电路maxRUmax22RUUmaxRMRUU21.1 2RMUURMU1.电路组成及工作原理10.1.2 10.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路2 波形分析 u2O10.1.210.1.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路22442(cos2cos4.)315ouUtt2()22 20.9o avUUU()2()()0.451122o avD avo avLLUUIIRR3、输出电压和电流10.1.2 10.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路二极管选择时的余量考虑同半波整流max22RUU22442(cos2cos4.)315ouUtt2()22 20.9
5、o avUUU4、脉动系数由于:v210.1.2 10.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路22()24 2/320.6732 2/o Mo avUUSUU可见半波整流输出的最低次谐波峰值为输出平均值0.67倍,脉动较小。5.桥式整流电路实现正、负电源桥式整流电路实现正、负电源6、三相整流v210.1.2 10.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路10.1.3 倍压整流电路倍压整流电路 在将交流电变为直流电的同时,在一定的变压器二次电压之下,取出高出它若干倍的直流电压的电路。基本原理是:利用二极管的单向导电性和对 电流的导引作用,将较低的直流电压分别存在多个电容器上,然后将它们按照相同
6、的极性串联起来,得到较高的直流输出电压。故倍压整流电路的主要组成元件是二极管和电容器。10.1.3 倍压整流电路倍压整流电路1.1.二倍压整流电路二倍压整流电路 时,导通,理想情况下,将充电至20u 1D1C22U时,导通,将充电至22 2U20u 2D2C负载上的电压为C2电容上的电压,理想情况下为22 2U10.1.3 倍压整流电路倍压整流电路2.2.多倍压整流电路多倍压整流电路 依据上述原理,若将多个电容串接起来,并安排相应的二 极管分别给其充电,就可得到多倍的直流输出电压。常见的几种滤波电路如图所示10.2 滤波电路滤波电路(a)电容滤波电路(b)电感电容滤波电路(倒L型)(c)RC
7、型滤波电路滤波电路滤波电路:滤除整流输出电压中的纹波(高次谐波)。一般为滤除整流输出电压中的纹波(高次谐波)。一般为电抗元件组成的低通滤波。电抗元件组成的低通滤波。u2tOiOtO22 UuotO22 U2L2/UR22442(cos2cos4.)315ouUtt10.2.1 电容滤波电容滤波u2tOiOtO22UuotO22U2L2/UR波形如图。二极管的导通角小于1800 输出电压波形输出电压波形t234u222UtO输入电压输入电压C放电放电C充电充电D截止截止D导通导通22UO234uouc10.2.1 电容滤波电容滤波与不含滤波电容的电路相比较,二极管流过电流的时间比不加C时要短。1
8、)当 开路时,电容将被充电到 的最大电压 且保持不变。此时:LR2u22U()2221.4o avUUU2)当 时,即不接电容时:3)一般取 ,为交流电源周期 若为全波整流:若为半波整流:0CRL()20.9o avUU2)52(TCRLT()2(1.11.2)o avUU()2o avUU10.2.1 电容滤波电容滤波+-+:maxD1D2D3D42u22U22U输出电压输出电压波形波形t2 34u222UtO输入电输入电压压C放放电电C充充电电D截截止止D导导通通22UO234uouc 由于加C 滤波后,D 流过电流的时间缩短,且C 越大,D导通的时间越短。在负载要求电流一定的情况下,对二
9、极管的冲击越大,故选用二极管时要考虑之。通常选择通过二极管平均电流为负载电流的1/2:()()12Davo avII10.2.1 电容滤波电容滤波电容滤波时,整流二极管的选择电容滤波时,整流二极管的选择输出电压输出电压波形波形t23 4u222UtO输入电输入电压压C放放电电C充充电电D截截止止D导导通通22UO2 3 4uouc开路时,LR对全波而言:当对半波而言:10.2.1 电容滤波电容滤波max22RUUmax22 2RUUO23tOtuCu2iDiD1iD3iD2iD4IDMuCu2整流二极管的最大反向电压:整流二极管的最大反向电压:外特性:随负载变化较大。故:电容滤波电路适用于负载
10、电流比较小或负载基本不变的场合。UoioO22U0.9U2C小小C大大变压器付边电流的有效值:无电容滤波时:无电容滤波时:有电容滤波时:有电容滤波时:2()1.11o avII2()(1.52)o avII10.2.1 电容滤波电容滤波 LC1.滤波 2.型滤波:LCRC型10.2.2 其他形式的滤波其他形式的滤波型10.1 整流电路整流电路 1.单相半波整流电路单相半波整流电路 2.单相桥式整流电路单相桥式整流电路 3.倍压整流电路倍压整流电路10.1 滤波电路滤波电路 1.电容滤波 2.其他形式的滤波其他形式的滤波(LC 滤波,型滤波)整流滤波电路整流滤波电路-小结小结10.3.1 10.
11、3.1 稳压电路的功能和性能指标稳压电路的功能和性能指标 10.3.2 10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路10.3 10.3 稳压管稳压电稳压管稳压电路路1.1.功能功能 使直流输出电压基本上不随交流电网电压的波动和负交流电网电压的波动和负载的变化载的变化而变化,一般级联在滤波电路之后。2.2.性能指标性能指标 稳压电路的输出是其输入电压,负载电流和环境温度的函数。输出电压OO(,)Iuf uiT输出电压变化量 10.3.1 稳压电路的功能和性能指标稳压电路的功能和性能指标 ooooIoIouuuuuiTuiT稳压系数:负载一定时,稳压电路输出电压相对变化量和输入电压相对变化量的比值。
12、LLOOIOIIOI/rRRuUUuSuUUu一定一定输出电阻:稳压电路输入电压一定时,输出电压和输出电流的比值。10.3.1 稳压电路的功能和性能指标稳压电路的功能和性能指标 OIIuouuR一定ooooIoIouuuuuiTuiT其他指标:电压调整率,电流调整率1.1.稳压管稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的工作原理10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路ZU)(mAIminZImaxZI1)不变,负载电阻 ,时 ,0ZIRUUURI稳压原理如下:IULR0IRI RU 0U 使 维持不变(),使得 保持不变。zURIoU2)不变,电网电压升高,而使 2ZUozRRuUIIU LR抵消
13、的增加,使 保持不变。IUoURzoIII 10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路ZU)(mAIminZImaxZI稳压电路的等效电路及性能指标:LZZRrRr 10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路通常:/oZZRRrr/OOzLzzIzIrIzLzIOZuurRrrur uSuRrRRrRu UR U输出电阻:2.2.电路参数的选择电路参数的选择 1)稳压电路输入电压的选择(23)IoUU2)稳压管的选择稳压管电压:稳压管电流:当负载变化时,稳压管的电流也要变化,且其变化量与负载电流变化量相当,选择时要满足:maxminmaxminzZooIIII10.3.2 稳压管稳压电路稳压管
14、稳压电路稳压管的最大稳定电流:maxminZMoZIIIZOUU+-+-C+-IOIZDZR2uIURI1u+-oULR3)限流电阻的选择 R 的选择应使电网波动或负载变化时,能始终使DZ 工作在稳压区,即 。minmmaxzzzIIIa)当电网电压最高 ,而负载电流又最小 流过稳压管的电流 最大,此时应使 由此可确定R 的最小值。ImIaxUUminooIImaxzzIIzI10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路ImmaxmaxminminminImminmaxminaxZzRooaxZzoUUIIIIRUURIIb)当电网电压最低 ,而负载电流又最大时 最小,此时 ,由此可决定R的最大
15、值:IIminUUmaxooIIzIminzzII则:minmaxRRR上述电路的缺点:1)输出电压由稳压管的型号决定,不可随意调节。2)电网或负载变化太大时,电路将不能适应。10.3.2 稳压管稳压电路ImminminmaxmaxmaxImmaxminmaxinZzRooinZzoUUIIIIRUURII10.3.1 10.3.1 稳压电路的功能和性能指标稳压电路的功能和性能指标 10.3.2 10.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路 1.稳压管稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的工作原理 2.2.电路参数的选择电路参数的选择10.3 10.3 稳压管稳压电稳压管稳压电路路-小结小结举例:举
16、例:图示稳压电路中,已知稳压管的稳定电压图示稳压电路中,已知稳压管的稳定电压U UZ Z为为6V6V,最小稳定,最小稳定电流电流I IZminZmin为为5mA5mA,最大稳定电流,最大稳定电流I IZmaxZmax为为40mA40mA;输入电压;输入电压U UI I为为15V15V,波动,波动范围为范围为1010;限流电阻;限流电阻R R为为200200。(1 1)电路是否能空载?为什么?)电路是否能空载?为什么?(2 2)求保证求保证输出电压稳定的输出电压稳定的负载电流范围?负载电流范围?解解(1)由于空载时稳压管流过最大电流:)由于空载时稳压管流过最大电流:(2)根据:)根据:负载电流的
17、最大值:负载电流的最大值:根据:根据:负载电流的最小值:负载电流的最小值:所以,负载电流的范围为所以,负载电流的范围为12.532.5mA。Immaxmaxmax52.540ZaxZDRZUUIImAImARImminmaxZinZDoUUIIRImmaxmin32.5ZinZoDUUIImARImmaxminZaxZDoUUIIRImminmax12.5ZaxZoDUUIImAR所以电路不能空载。所以电路不能空载。串联型:调整管和负载串联 线性串联型:调整管工作在线性放大区 非线性串联型:调整管工作在开关状态,又称开关型并联型:调整管和负载并联10.4 线性串联型稳压电路线性串联型稳压电路
18、反馈式稳压电路:反馈式稳压电路:10.4.1 10.4.1 线性串联型串联型稳压电路的组成及稳压原理线性串联型串联型稳压电路的组成及稳压原理10.4.2 10.4.2 集成稳压器中的基准电压和保护电路集成稳压器中的基准电压和保护电路10.4.3 10.4.3 集成稳压器集成稳压器1.1.线性串联型稳压电路的组成线性串联型稳压电路的组成 调整管的输入是基准电压和采样电压的差,根据该差值对输出电压进行调整,同时向负载提供电流.比较环节可以是分立元件电路,差动放大电路或集成运放。10.4.1 线性串联型串联型稳压电路的组成及稳压原理线性串联型串联型稳压电路的组成及稳压原理2.2.具有放大环节的串联型
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