直流稳压电路课件.ppt
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1、第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 1.直流电源的组成直流电源的组成 小功率直流电源一般由交流电源、变压器、整流、滤波和稳压电路几部分组成,如图7.1所示。在电路中,变压器将常规的交流电压(220V、380V)变换成所需要的交流电压;整流电路将交流电压变换成单方向脉动的直流电;滤波电路再将单方向脉动的直流电中所含的大部分交流成分滤掉,得到一个较平滑的直流电;稳压电路用来消除由于电网电压波动、负载改变对其产生的影响,从而使输出电压稳定。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 u1变压器u2整 电流 路u3滤 电波 路u4稳 电压 路Uo图7.1 直流电源电路
2、的组成框图 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 2.直流电源演示直流电源演示 演示电路如图7.2所示,在图7.2(a)电路中,变压器的初级接220V交流电源,用示波器观察ab间的波形如图7.3(a)所示,观察10间的波形如图7.3(b)所示,合上开关S,再用示波器观察10间的波形如图7.3(c)所示,如果加上稳压部分,如图7.2(b)所示,用示波器观察20间的波形如图7.3(d)所示。通过各点波形的测量,我们看到稳压电源是将交流电逐步改变成一个平滑的直流电。那么,直流电源各部分电路是如何工作的呢?下面将分析其工作原理。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 220 V15 VabIN40014
3、S1000 FRL470(a)C10.33 FW7809220 V15 VCo0.1 FUo(b)10IN4001420 图7.2直流电源演示(a)简易直流电源;(b)直流电源 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 Ot(a)Otu1(b)OtUoOtu2(c)(d)图7.3 各点电压波形 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 7.1整流及滤波电路整流及滤波电路 7.2 直流稳压电路直流稳压电路 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 7.1 整流及滤波电路整流及滤波电路 7.1.1 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 图7.4是单相半波整流电路,它由整流变压器T、整流二极管V及负载RL组成。
4、单相半波整流电路及电压、电流的波形如图7.5所示,即)2(0)0(sin22tuttUuoo第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 ab+u2u1uViVuoRLTV 图7.4 单相半波整流电路 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 Otu2OtuoOtiVOtuVU22图7.5单相半波整流电路电压与 电流的波形第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 7.1.2 整流电路的主要技术指标整流电路的主要技术指标 1.输出电压平均值输出电压平均值 在图7.5所示波形电路中,负载上得到的整流电压是单方向的,但其大小是变化的,是一个单向脉动的电压,由此可求出其平均电压值为222045.02)(sin221U
5、UttdUUo (72)2.流过二极管的平均电流流过二极管的平均电流iV 由于流过负载的电流就等于流过二极管的电流,所以第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 3.二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压URM 在二极管不导通期间,承受反压的最大值就是变压器次级电压u2的最大值,即 LLooVRURUIi245.0(73)22UURM (74)第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 4.脉动系数脉动系数S 脉动系数S是衡量整流电路输出电压平滑程度的指标。由于负载上得到的电压Uo是一个非正弦周期信号,可用付氏级数展开为)cos32sin211(22 ttUUo 脉动系数的定义为最低次谐波的峰
6、值与输出电压 平均值之比,即57.122222UUUUSooiM(75)(76)单相半波整流电路的特点是结构简单,但输出电压的平均值低、脉动系数大。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 7.1.3 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 为了克服半波整流电路电源利用率低,整流电压脉动程度大的缺点,常采用全波整流电路,最常用形式是桥式整流电路。它由四个二极管接成电桥形式,如图7.6所示。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理 在图7.6(a)所示电路中,当变压器次级电压u2为上正下负时,二极管V1和V3导通,V2和V4截止,电流i1的通路为aV1RLV3b,这时
7、负载电阻RL上得到一个正弦半波电压如图7.7中(0)段所示。当变压器次级电压u2为上负下正时,二极管V1和V3反向截止,V2和V4导通,电流i2的通路为bV2RLV4a,同样,在负载电阻上得到一个正弦半波电压,如图7.7中(2)段所示。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 图7.6 单相桥式整流电路组成 b+u2uoRLTV1V2V3V4(a)ai1i2第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 图7.6 单相桥式整流电路组成 TRLV1V2V4V3(b)第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 图7.6 单相桥式整流电路组成 T(c)第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 图7.6 单相桥式整流电路组成
8、 T(d)第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 Otu2OtuoOtiVtuV(V1、V2)O图7.7 单相桥式整流电路 电压与电流波形 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 2.技术指标计算及分析技术指标计算及分析 (1)输出电压平均值Uo。由以上分析可知,桥式整流电路的整流电压平均值Uo比半波整流时增加一倍,即 229.045.02UUUo(77)(2)直流电流Io。桥式整流电路通过负载电阻的直 流电流也增加一倍,即 LLooRURUI29.0(78)第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 (3)二极管的平均电流iV。因为每两个二极管串联轮换导通半个周期,因此,每个二极管中流过的平均电流只有
9、负载电流的一半,即 LooVRUIi45.021(79)(4)二极管承受的最高反向电压URM。由图7.6(a)可以看出,当V1和V3导通时,如果忽略二极管正向压降,此时,V2和V4的阴极接近于a点,阳极接近于b点,二极管由于承受反压而截止,其最高反压为u2的峰值,即 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 (5)脉动系数S。全波桥式整流输出电压uo的付氏级数展开式为67.022324)4cos1542cos342(2222 UUUUStUUooiMo(710)即 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 由以上分析可知,单相桥式整流电路,在变压器次级电压相同的情况下,输出电压平均值高、脉动系数小,管
10、子承受的反向电压和半波整流电路一样。虽然二极管用了四只,但小功率二极管体积小,价格低廉,因此全波桥式整流电路得到了广泛的应用。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 7.1.4 滤波电路滤波电路 整流输出的电压是一个单方向脉动电压,虽然是直流,但脉动较大,在有些设备中不能适应(如电镀和蓄电池充电等设备)。为了改善电压的脉动程度,需在整流后再加入滤波电路。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 1.电容滤波电路电容滤波电路 图7.8所示为一单相半波整流电容滤波电路,由于电容两端电压不能突变,因而负载两端的电压也不会突变,使输出电压得以平滑,达到滤波目的
11、。;滤波过程及波形如图7.9所示。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 Tu1u2i充CUCRLi放uoVio图7.8 单相半波整流电容滤波电路第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 u1u2RLuoLIo 图7.9 电容滤波原理及输出波形 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 在u2的正半周时,二极管V导通,忽略二极管正向压降,则uo=u2,这个电压一方面给电容充电,一方面产生负载电流Io,电容C上的电压与u2同步增长,当u2达到峰值后,开始下降,UCu2,二极管截止,如图7.9中的A点。之后,电容C以指数规律经RL放电,UC下降。当放电到B点时,u2经负半周后又开始上升,当u2UC时,电容再
12、次被充电到峰值。UC降到C点以后,电容C再次经RL放电,通过这种周期性充放电,以达到滤波效果。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 由于电容的不断充放电,使得输出电压的脉动性减小,而且输出电压的平均值有所提高。输出电压平均值Uo的大小,显然与RL、C的大小有关,RL愈大,C愈大,电容放电愈慢,Uo愈高。在极限情况下,当RL=时,Uo=UC=U2,不再放电。当RL很小时,C放电很快,甚至与u2同步下降,则Uo=0.9U2,RL、C对输出电压的影响如图7.9中虚线所示。可见电容滤波电路适用于负载较小的场合。当满足RLC(35)T/2时,则输出电压的平均值为 2全波)半波)(2.1(22UUUUoo
13、(712)(711)其中T为交流电源电压的周期。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 利用电容滤波时应注意下列问题:(1)滤波电容容量较大,一般用电解电容,应注意电容的正极性接高电位,负极性接低电位。如果接反则容易击穿、爆裂。(2)开始时,电容C上的电压为零,通电后电源经整流二极管给C充电。通电瞬间二极管流过短路电流,称浪涌电流。一般是正常工作电流Io的(57)倍,所以选二极管参数时,正向平均电流的参数应选大一些。同时在整流电路的输出端应串一个阻值约为(0.020.01)R的电阻,以保护整流二极管。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 2.电感滤波及复式滤波电路电感滤波及复式滤波电路 (1)电
14、感滤波电路。由于通过电感的电流不能突变,用一个大电感与负载串联,流过负载的电流也就不能突变,电流平滑,输出电压的波形也就平稳了。其实质是因为电感对交流呈现很大的阻抗,频率愈高,感抗越大,则交流成分绝大部分降到了电感上,若忽略导线电阻,电感对直流没有压降,即直流均落在负载上,达到了滤波目的。电感滤波电路如图7.10所示。在这种电路中,输出电压的交流成分是整流电路输出电压的交流成分经XL和RL分压的结果,只有LRL时,滤波效果才好。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 u1u2RLuoLIo图7.10 带电感滤波器的桥式整流电路图 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 (2)输出电压平均值Uo。一
15、般小于全波整流电路输出电压的平均值,如果忽略电感线圈的铜阻,则Uo0.9U2。虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击,但为了使L值大,多用铁芯电感,但体积大、笨重,且输出电压的平均值Uo较低。(3)复式滤波电路。为了进一步减小输出电压的脉动程度,可以用电容和铁芯电感组成各种形式的复式滤波电路。电感型LC滤波电路如图7.11所示。整流输出电压中的交流成分绝大部分降落在电感上,电容C又对交流接近于短路,故输出电压中交流成分很少,几乎是一个平滑第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 u1u2RLuoLC图 7.11 桥式整流电感型LC滤波电路 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 的直流电压。由于整
16、流后先经电感L滤波,总特性与电感滤波电路相近,故称为电感型LC滤波电路,若将电容C平移到电感L之前,则为电容型LC滤波电路。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 (4)型滤波电路。图7.12所示为LC型滤波电路。整流输出电压先经电容C1,滤除了交流成分后,再经电感L上滤波电容C2上的交流成分极少,因此输出电路几乎是平直的直流电压。但由于铁芯电感体积大、笨重、成本高、使用不便。因此,在负载电流不太大而要求输出脉动很小的场合,可将铁芯电感换成电阻,即RC型滤波电路。电阻R对交流和直流成分均产生压降,故会使输出电压下降,但只要RL1/(C2),电容C1滤波后的输出电压绝大多数降在电阻RL上。RL愈大
17、,C2愈大,滤波效果愈好。第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 u1u2RLuoLC2(a)C1 图7.12 型滤波电路(a)LC型滤波电路;(b)RC型滤波电路 第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 图7.12 型滤波电路(a)LC型滤波电路;(b)RC型滤波电路 C1C2RLR(b)第第7章章 直流稳压电路直流稳压电路 7.2 直流稳压电路直流稳压电路 通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的,当电网电压波动或负载电流变化时,输出电压会随之改变。电子设备一般都需要稳定的电源电压。如果电源电压不稳定,将会引起直流放大器的零点漂移,交流噪声增大,测量仪表的测量精度降低等。因此必须进行稳
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