第11章 直流电源.ppt

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础电子教案电子教案 V1.0 第第11章章11 直流电源直流电源11.2 串联反馈型稳压电路11.1 单相桥式整流电容滤波11.3 开关型稳压电路 (自学)*11 直流电源直流电源图图11.0.1 直流电源的结构图和转换过程直流电源的结构图和转换过程311.1 单相桥式整流电容滤波单相桥式整流电容滤波11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 11.1.2 电容滤波电路电容滤波电路 11.1.3 倍压整流电路倍压整流电路*4 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路11.1 单相桥式整流电容滤波单相桥式整流电容滤波1.整流电路的基本技术指标整流电路的基本

2、技术指标 整流输出电压平均值整流输出电压平均值VO 纹波系数纹波系数Kr 流过整流二极管的平均电流流过整流二极管的平均电流ID 应小于最大整流电流应小于最大整流电流 IF 整流二极管承受的最大反向电压整流二极管承受的最大反向电压 应小于反向击穿电压应小于反向击穿电压VBR 2 衡量整流电路性能的基本技术指标衡量整流电路性能的基本技术指标 与选择整流二极管有关的参数与选择整流二极管有关的参数 Vor 输出电压交流输出电压交流 有效值（均方根）有效值（均方根）5 2.单相桥式整流电路的组成单相桥式整流电路的组成 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路图图11.1.2 单相桥式整流电路的习惯

3、画法单相桥式整流电路的习惯画法图图11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路(a)习惯画法习惯画法 (b)整流桥形式整流桥形式 桥式整流电路巧妙地使用了四个桥式整流电路巧妙地使用了四个二极管并分成两组，分别在二极管并分成两组，分别在v2的正、的正、负半周内正确引导流向负载的电流负半周内正确引导流向负载的电流 6 3.单相桥式整流电路工作原理单相桥式整流电路工作原理 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路图图11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 图图11.1.3 桥式整流电路波形图桥式整流电路波形图v20 D1和和D3正向导通，正向导通，D2和和D4反偏截止。反偏截止。故故

4、c=,d=:输出电流由上向下输出电流由上向下v20 D1和和D3反偏截止，反偏截止，D2和和D4正向导通。正向导通。仍是仍是c=,d=:输出电流仍由上向下输出电流仍由上向下7 4.单相桥式整流电路性能参数单相桥式整流电路性能参数 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路图图11.1.3 桥式整流电路波形图桥式整流电路波形图l 整流输出电压平均值整流输出电压平均值VO l 纹波系数纹波系数Kr 纹波电压总的有效值纹波电压总的有效值 8 4.单相桥式整流电路性能参数单相桥式整流电路性能参数 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路图图11.1.3 桥式整流电路波形图桥式整流电路波形图l

5、 流过整流管的平均整流电流流过整流管的平均整流电流ID l 整流管承受的最大反向峰值电压整流管承受的最大反向峰值电压VRM 9例例11.1.1解解:根据单相桥式整流电路的工作原理，分析图根据单相桥式整流电路的工作原理，分析图11.1.2a所示所示电路在出现下述故障时会产生什么现象。电路在出现下述故障时会产生什么现象。(a)D1的正负的正负极接反；极接反；(b)D1短路；短路；(c)D1开路。开路。图图11.1.2 (a)(a)如如D1的正负极接反，则在的正负极接反，则在v2的负半周的负半周D2、D1导通，变压器副边处导通，变压器副边处于短路状态，于短路状态，D2、D1及变压器因电流过大会损坏；

6、而在及变压器因电流过大会损坏；而在v2的正半周电路的正半周电路不能形成通路，负载不能形成通路，负载RL上无电流流过，上无电流流过，vO=0。(b)若若D1两端短路，则在两端短路，则在v2的负半周会形成短路，的负半周会形成短路，D2导通时将流过较导通时将流过较大电流，使大电流，使D2和变压器副边线圈损坏。和变压器副边线圈损坏。(c)如如D1开路，电路变成了半波整流电路，输出电压下降为正常情况开路，电路变成了半波整流电路，输出电压下降为正常情况下的下的1/2。10设有四种不同型号的二极管甲、乙、丙、丁，表设有四种不同型号的二极管甲、乙、丙、丁，表11-1列列出了它们的主要参数。对于图出了它们的主要

7、参数。对于图11.1.2a所示的桥式整流电所示的桥式整流电路，若路，若V2=20V（有效值），（有效值），RL=100。你认为应选用其。你认为应选用其中那种型号的二极管合适？并简述理由。中那种型号的二极管合适？并简述理由。甲甲 乙乙丙丙丁丁最大整流最大整流电流流IF（mA）530150500最大反向工作最大反向工作电压VRM（V）255050500表表11-1 四种二极管的参数四种二极管的参数解：根据前面的公式可以计算得：每个二极管流过的平均电流为解：根据前面的公式可以计算得：每个二极管流过的平均电流为二极管承受的最大反向电压为二极管承受的最大反向电压为VRM=V2=28V 因此应选用丙型管。

8、若选用丁型管则过于浪费，是不适宜的。因此应选用丙型管。若选用丁型管则过于浪费，是不适宜的。例例11.1.2图图11.1.2 (a)11例例11.1.3（a）试分析整流原理，画出）试分析整流原理，画出iD1、iD2、vO及整流管电压及整流管电压vD1的波形。的波形。（b）已知）已知V2为为10V，RL为为100。求整流输出电压平均值。求整流输出电压平均值VO，并确定整流管，并确定整流管的极限参数。的极限参数。单相全波整流电路如图单相全波整流电路如图11.1.4所示，变压器副边线圈中所示，变压器副边线圈中心抽头接地，且心抽头接地，且 ，设变压器的，设变压器的线圈电阻和二极管的正向压降可以忽略不计。

9、线圈电阻和二极管的正向压降可以忽略不计。图图11.1.4 单相全波电路单相全波电路解：解：（a）整流原理）整流原理 （b）求整流输出电压平均值）求整流输出电压平均值VO，并确，并确定整流管的极限参数定整流管的极限参数 12例例11.1.4整流电路如图整流电路如图11.1.6所示，变压器副边线圈中心抽头接地。所示，变压器副边线圈中心抽头接地。已知副边输出电压有效值已知副边输出电压有效值V21=V22=100V，RL1=RL2=100。(a)试问整流输出电压波形试问整流输出电压波形vo1和和vo2是全波还是半波？并标出输出电压是全波还是半波？并标出输出电压vo1和和vo2的的实际正负极性。实际正负

10、极性。(b)计算整流输出电压平均值计算整流输出电压平均值VO1和和VO2。(c)求出流过二极管求出流过二极管D1的平均整流电流的平均整流电流ID1。(d)整流管承受的最大反向电压整流管承受的最大反向电压VRM是多少？是多少？图图11.1.6 例例11.1.4的整流电路的整流电路解解:(a)首先分析整流工作原理首先分析整流工作原理 VO1=0.9 100V=90VVO2=0.9 100V=90VVRM=(V21+V22)=282.8V(c)因两组二极管是轮流导通的，因两组二极管是轮流导通的，所以流过所以流过D1的平均整流电流的平均整流电流ID1为为(d)二极管承受的最大反向电压为二极管承受的最大

11、反向电压为(b)整流输出电压平均值整流输出电压平均值VO1和和VO213 11.1.2 电容滤波电路电容滤波电路11.1 单相桥式整流电容滤波单相桥式整流电容滤波1.电容滤波电路电容滤波电路 图图11.1.7 单相桥式整流、电容滤波电路单相桥式整流、电容滤波电路 应用最广泛也是最简单的滤波电路。大容量电容一般采用应用最广泛也是最简单的滤波电路。大容量电容一般采用电解电容，在接线时必须注意电解电容的正、负极。电解电容，在接线时必须注意电解电容的正、负极。14 (1)滤波原理滤波原理 11.1.2 电容滤波电路电容滤波电路1.电容滤波电路电容滤波电路 图图11.1.8 单相桥式整流、电容滤波电路的

12、电压、电流波形单相桥式整流、电容滤波电路的电压、电流波形 图图11.1.7 单相桥式整流、电容滤波电路单相桥式整流、电容滤波电路开关开关S断开断开 开关开关S闭合闭合 无放电回路无放电回路 v2 vC 接入滤波电容后纹波电压明显接入滤波电容后纹波电压明显减小，输出电压平均值增大减小，输出电压平均值增大 15 (2)电容滤波电路的输出特性电容滤波电路的输出特性 11.1.2 电容滤波电路电容滤波电路1.电容滤波电路电容滤波电路 图图11.1.7 单相桥式整流、电容滤波电路单相桥式整流、电容滤波电路图图11.1.9 桥式整流、电容滤波电路桥式整流、电容滤波电路的输出特性的输出特性 由图可见，输出电

13、压随负载电流增加由图可见，输出电压随负载电流增加而减小。这是因为而减小。这是因为RL减小，滤波电路的减小，滤波电路的 放放减小，使输出电压降低，纹波增大减小，使输出电压降低，纹波增大。故电容滤波适用于负载电流基本不变故电容滤波适用于负载电流基本不变或负载电流较小的场合。或负载电流较小的场合。(3)性能参数的工程估算性能参数的工程估算 输出直流电压平均值输出直流电压平均值 VO=(1.1 1.2)V2 流过整流二极管的平均电流流过整流二极管的平均电流 整流管承受的最大反向电压整流管承受的最大反向电压16例例11.1.5单相桥式整流电容滤波电路如图单相桥式整流电容滤波电路如图11.1.7所示。已知

14、交流所示。已知交流电压频率为电压频率为50Hz，要求输出直流电压为，要求输出直流电压为30V，负载电阻，负载电阻RL=120。试确定变压器副边电压有效值，并选择合适的。试确定变压器副边电压有效值，并选择合适的整流二极管和滤波电容。整流二极管和滤波电容。图图11.1.7 单相桥式整流、电容滤波电路单相桥式整流、电容滤波电路 确定变压器副边电压有效值确定变压器副边电压有效值V2 取取VO=1.2V2 选用整流二极管选用整流二极管2CZ55C，其最大整流电流，其最大整流电流IF=1A，最大反向工，最大反向工作电压为作电压为100V。选择滤波电容：选择滤波电容：按标准系列实际可选用容量为按标准系列实际

15、可选用容量为470 F、耐压为、耐压为50V的电解电容的电解电容 选择整流二极管：选择整流二极管：解解:17 *2.其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路 11.1.2 电容滤波电路电容滤波电路11.1 单相桥式整流电容滤波单相桥式整流电容滤波图图11.1.10 单相桥式整流、电感滤波电路单相桥式整流、电感滤波电路 图图11.1.7 单相桥式整流、电容滤波电路单相桥式整流、电容滤波电路 由于通过电感线圈的电流发生变由于通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大大减小，电感越负载电

16、压的脉动大大减小，电感越大，滤波效果越好。大，滤波效果越好。当忽略电感器当忽略电感器L的电阻时，输出的的电阻时，输出的平均电压和纯电阻（不加电感）负平均电压和纯电阻（不加电感）负载相同，即载相同，即VO=0.9V2。在整流电路与负载电阻之间串联在整流电路与负载电阻之间串联一个电感线圈一个电感线圈L就构成电感滤波。就构成电感滤波。18复式滤波电路复式滤波电路 *2.其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路 11.1.2 电容滤波电路电容滤波电路11.1 单相桥式整流电容滤波单相桥式整流电容滤波(a)LC滤波电路滤波电路 (b)LC-型滤波电路型滤波电路 (c)RC-型滤波电路型滤波电路 图图11.1

17、.11 复式滤波电路复式滤波电路 电容和电感均是基本的滤波元件，利用它们对直流量和交流量呈现电容和电感均是基本的滤波元件，利用它们对直流量和交流量呈现不同电抗的特点，只要合理地接入电路都可以达到滤波的目的。不同电抗的特点，只要合理地接入电路都可以达到滤波的目的。19 *11.1.3 倍压整流电路倍压整流电路11.1 单相桥式整流电容滤波单相桥式整流电容滤波图图11.1.12 二倍压整流电路二倍压整流电路 图图11.1.13 多倍压整流电路多倍压整流电路 2011.2 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路11.2.1 稳压电源的质量指标稳压电源的质量指标 11.2.2 稳压电路组成及工作原理稳压

18、电路组成及工作原理 11.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器 21 11.2.1 稳压电源的质量指标稳压电源的质量指标11.2 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路1输入调整因数和稳压系数输入调整因数和稳压系数 2输出电阻输出电阻 3温度系数温度系数 输出直流电压输出直流电压VO受各种因素影响，可表示为受各种因素影响，可表示为VO=f（V1，IO，T）因而输出电压变化量一般可表示为因而输出电压变化量一般可表示为 输入调整因数输入调整因数:稳压系数稳压系数:特性指标特性指标:规定了该稳压电源的适用范规定了该稳压电源的适用范围，包括允许的输入电压、输出电流和围，包括允许的输入电压、输出电流和输出

19、电压（或输出电压可调范围）。输出电压（或输出电压可调范围）。22 11.2.2 稳压电路组成及工作原理稳压电路组成及工作原理11.2 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路 1.电路构成电路构成图图11.2.1 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路(a)原理电路原理电路(b)习惯画法习惯画法23 2.稳压原理稳压原理 11.2.2 稳压电路组成及工作原理稳压电路组成及工作原理11.2 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路图图11.2.1 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路(a)原理电路原理电路 必须说明的是，要想使调整管起必须说明的是，要想使调整管起到调整作用，必须使之工作在放大到调整作用，必

20、须使之工作在放大状态，应满足如下条件：状态，应满足如下条件：VI VO+VCES故这类电路也称为线性稳压电路。故这类电路也称为线性稳压电路。24 3.相关计算输出电压的计算相关计算输出电压的计算 11.2.2 稳压电路组成及工作原理稳压电路组成及工作原理11.2 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路图图11.2.1 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路(b)习惯画法习惯画法根据深度负反馈下的近似估算方法，根据深度负反馈下的近似估算方法，由虚短法则有由虚短法则有 25直流稳压电源电路如图直流稳压电源电路如图11.2.2所示。所示。图图11.2.2 例例11.2.1的稳压电路的稳压电路 例例11.

21、2.1(1)说明整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、说明整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成。比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成。(2)标出集成运放的同相输入端和反相输入端。标出集成运放的同相输入端和反相输入端。(3)写出输出电压的表达式。写出输出电压的表达式。(2)为了使电路引入负反馈，集成运为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端应为上放的输入端应为上“”下下“”。解解:(3)由集成运放两输入端的虚短关系由集成运放两输入端的虚短关系VP VN，可得，可得 当当R2滑动端移到上端时滑动端移到上端时 当当R2动端置下端时动端置下端

22、时 26例例11.2.2图图11.2.3 采用三极管放大器的稳压电路采用三极管放大器的稳压电路 图图11.2.3所示电路为输出负电压的稳压电源。已知稳压管所示电路为输出负电压的稳压电源。已知稳压管Dz的稳定电压的稳定电压Vz=5.3V，三极管的，三极管的VBE=0.7V，电阻，电阻R3=R4=1k。(1)试说明串联型稳压电路的各组成部分由哪些元、器件构成；试说明串联型稳压电路的各组成部分由哪些元、器件构成；(2)若若RP的滑动端在最下端时的滑动端在最下端时VO=15V，求，求RP的值；的值；(3)若若RP的滑动端在最上端，问的滑动端在最上端，问VO=？27 11.2.3 三端集成稳压器三端集成

23、稳压器11.2 串联反馈型稳压电路串联反馈型稳压电路*1.三端稳压器的组成及工作原理三端稳压器的组成及工作原理 2.三端集成稳压器的应用电路三端集成稳压器的应用电路（1）基本应用电路）基本应用电路（2）正、负输出稳压电路）正、负输出稳压电路（3）输出电压可调电路）输出电压可调电路（4）扩大输出电流的电路）扩大输出电流的电路 28 *1.三端稳压器的组成及工作原理三端稳压器的组成及工作原理 11.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器图图11.2.4 78L型三端集成稳压器的原理电路图型三端集成稳压器的原理电路图29 2.三端集成稳压器的应用电路三端集成稳压器的应用电路 11.2.3 三端集成稳压

24、器三端集成稳压器图图11.2.5 三端集成稳压器的外形图三端集成稳压器的外形图 固定式稳压电路固定式稳压电路78系列系列输出为正电压输出为正电压79系列系列输出为负电压输出为负电压 输出电压输出电压 有有5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24V七个档次，型号后面的七个档次，型号后面的两个数宇表示输出电压值。两个数宇表示输出电压值。输出电流输出电流分三个档次分三个档次:1A（78）、）、0.5A（78M）0.1A（78L）30 （1）基本应用电路）基本应用电路 2.三端集成稳压器的应用电路三端集成稳压器的应用电路 11.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器图图11.2.6 三端集成稳压

25、器的典型应用三端集成稳压器的典型应用(a)正电压稳压器正电压稳压器(b)负电压稳压器负电压稳压器 输出电压和最大输出电流取决于所选三端稳压器型号输出电压和最大输出电流取决于所选三端稳压器型号 为了保证稳压器正常工作，输入、输出电压差为为了保证稳压器正常工作，输入、输出电压差为23V且且最大输入电压最大输入电压 35V。31 （2）正、负输出稳压电路）正、负输出稳压电路 2.三端集成稳压器的应用电路三端集成稳压器的应用电路 11.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器图图11.2.7 输出正、负电压的双电源输出正、负电压的双电源 利用利用78和和79三端集成稳压器互相配合，可以很容易地组成三端集成

26、稳压器互相配合，可以很容易地组成正、负电压同时输出的稳压电源，如图正、负电压同时输出的稳压电源，如图11.2.7所示。所示。32 （3）输出电压可调电路）输出电压可调电路 2.三端集成稳压器的应用电路三端集成稳压器的应用电路 11.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器图图11.2.8 输出电压可调的扩展应用电路输出电压可调的扩展应用电路 当所需电压值没有对应的三端稳压器时，可利用三端稳压器加少量元当所需电压值没有对应的三端稳压器时，可利用三端稳压器加少量元件构成输出电压可调的稳压电路。件构成输出电压可调的稳压电路。图示电路为图示电路为730V可调稳压电源。可调稳压电源。由三端稳压器的性能特点可

27、知：由三端稳压器的性能特点可知：V32=V3 V2=5V 集成运放接成电压跟随器，所以集成运放接成电压跟随器，所以 33 （4）扩大输出电流的电路）扩大输出电流的电路 2.三端集成稳压器的应用电路三端集成稳压器的应用电路 11.2.3 三端集成稳压器三端集成稳压器 当所需输出电流超过集成稳压器标定值时，可采用外接功率管的方法当所需输出电流超过集成稳压器标定值时，可采用外接功率管的方法来扩大输出电流。来扩大输出电流。图图11.2.9 带过流保护的扩流电路带过流保护的扩流电路 图中电路加入了三极管图中电路加入了三极管T1，输出电流，输出电流IO增加为增加为IO=IO1+IO2。过流保护原理过流保护原理:正常时，正常时，T2、T3截止，电阻截止，电阻R1上产上产生压降使生压降使T1导通。导通。若若IO过流，过流，IO1增加，限流电阻增加，限流电阻R3上压降增大使上压降增大使T3导通，导致导通，导致T2趋于饱趋于饱和，和，T1管基管基-射间电压射间电压VBE1降低，限降低，限制了功率管制了功率管T1的电流的电流IO1，保护功率，保护功率管不致因过流而损坏。管不致因过流而损坏。34