数电--第13讲(直流稳压电源).ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电工电子技术,*,第,13,讲,直流稳压电源,一、直流稳压电源的组成和功能,二、单相整流电路,(17.2.1),三、滤波电路,四、稳压电路,(12.8.2),五、集成稳压电源,(12.8.2),1/30/2026,电工电子技术,电源变压器,:,将交流电网电压,u,1,变为合适的交流电压,u,2,。,整流电路,:,将交流电压,u,2,变为脉动的直流电压,u,3,。,滤波电路,:,将脉动直流电压,u,3,转,变为平滑的直流电压,u,4,。,稳,压电路,:,清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压,u,o,的稳定。,一、直流稳压电源的组成和功能,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,u,1,u,2,u,3,u,4,u,o,1/30/2026,电工电子技术,单相,三相,二极管,可控硅,桥式,倍压整流,半波,全波,本课主要介绍：,单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流,把交流电压转变为直流脉动的电压。,整流电路分类：,整流电路的任务：,1/30/2026,电工电子技术,二、单相整流电路,1.,单相半波整流电路,二极管导通，忽略二极管正向压降，,u,o,=,u,2,u,1,u,2,a,T,b,D,R,L,u,o,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,二极管截止,u,o,=0,+,i,o,+,u,2,0,时:,u,2,0,时,D,1,D,4,导通,D,2,D,3,截止,电流通路,:,a,D,1,R,L,D,4,b,u,2,0 时,D,2,D,3,导通,D,1,D,4,截止,电流通路,:,b,D,2,R,L,D,4,a,单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,u,2,D,3,D,2,D,1,D,4,R,L,u,o,a,b,整流输出电压平均值：,U,o,=0.9U,2,负载电流平均值,:,I,o,=,U,o,/R,L,=0.9 U,2,/R,L,二极管平均电流：,I,D,=I,o,/2二极管最大反向电压：,DRM,2,2,U,U,=,u,2,u,D,2,u,D,3,u,D,1,u,D,4,u,o,1/30/2026,电工电子技术,集成硅整流桥：,u,2,u,o,+,+-,+,1/30/2026,电工电子技术,4.,整流电路的主要参数,负载电压,U,o,的平均值为,:,(,),=,o,o,t,d,u,U,2,0,2,1,w,负载上的,(,平均,),电流,:,L,o,R,U,I,o,=,(1),整流输出电压的平均值,u,o,2,0,t,1/30/2026,电工电子技术,S,定义：,整流输出电压的基波峰值,U,o,1,M,与,U,o,平均值之比。,S,越小越好。,2.,脉动系数用傅氏级数对全波整流的输出,u,o,分解后可得,:,u,o,2,0,t,基波,基波峰值,输出电压平均值,1/30/2026,电工电子技术,平均电流,(,I,D,),与反向峰值电压,(,U,DRM,),是选择整流管的主要依据。,o,D,I,I,2,1,=,例如：,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,I,D,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：,(3),二极管平均电流与反向峰值电压,（,选购时：二极管额定电流,2,I,D,),（,选购时：,最大反向电压,2,U,RM,),1/30/2026,电工电子技术,三、滤波电路,滤波电路的结构特点,:,电容与负载,R,L,并联，或电感与负载,R,L,串联。,交流,电压,脉动,直流电压,整流,滤波,直流,电压,R,L,L,R,L,C,1/30/2026,电工电子技术,1.,电容滤波电路,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,(1),电容滤波原理,a,桥式整流电容滤波电路,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,1/30/2026,电工电子技术,R,L,未接入时,(,忽略整流电路内阻,),u,2,t,u,o,t,设,t,1,时刻接通电源,t,1,整流电路为电容充电,充电结束,没有电容时的输出波形,a,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,u,c,1/30/2026,电工电子技术,R,L,接入（且,R,L,C,较大）时,(,忽略整流电路内阻,),u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,u,2,t,u,o,t,无滤波电容,时的波形,加入滤波电容,时的波形,1/30/2026,电工电子技术,u,o,t,u,2,上升，,u,2,大于电容,上的电压,u,c,，,u,2,对电容充电，,u,o,=,u,c,u,2,u,2,下降，,u,2,小于电容上的电压。,二极管承受反向电压而截止。,电容,C,通过,R,L,放电，,u,c,按指数,规律下降，时间常数,=,R,L,C,1/30/2026,电工电子技术,u,2,t,u,o,t,只有整流电路输出电压大于,u,c,时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,1/30/2026,电工电子技术,u,2,t,u,o,t,电容充电时，电容电压滞后于,u,2,。,R,L,C,越小，输出电压越低。,u,1,u,2,u,1,b,D,4,D,2,D,1,D,3,R,L,u,o,S,C,R,L,接入（且,R,L,C,较大）时,(,考虑整流电路内阻,),1/30/2026,电工电子技术,一般取,),10,5,(,T,C,R,L,-,=,(,T,:,电源电压的周期,),近似估算,:,U,o,=1.2,U,2,I,o,=,U,o,/,R,L,(b),流过二极管瞬时电流很大,R,L,C,越大,U,o,越高,负载电流的平均值越大,;,整流管导电时间越短,i,D,的峰值电流越大,(2),电容滤波电路的特点,(a),输出电压 平均值,U,o,与时间常数,R,L,C,有关,R,L,C,愈大,电容器放电愈慢,U,o,(,平均值,),愈大,(c),二极管承受的最高反向电压,1/30/2026,电工电子技术,2.,电感滤波电路,电路结构,:,在桥式整流电路与负载间串入一电感,L,就构成了电感滤波电路。,u,2u,1,R,L,L,u,o,1/30/2026,电工电子技术,电感滤波原理,对谐波分量,:,f,越高，,X,L,越大,电压大部分降在,X,L,上。,因此，,在输出端得到比较平滑的直流电压。,U,o,=0.9,U,2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,u,2,u,1,R,L,L,u,o,对直流分量,:,X,L,=0,相当于短路,电压大部分降在,R,L,上,1/30/2026,电工电子技术,3.,RC,型,滤波器,改善滤波特性的方法：,采取多级滤波,u,o,R,u,2,u,1,C,1,C,2,u,o,1,R,L,RC,型,滤波器,将,RC,型,滤波器中的电阻换为电感，变为,LC,型滤波器,1/30/2026,电工电子技术,四、稳压电路,稳压电路的作用,:,交流,电压,脉动,直流电压,整流,滤波,有波纹的,直流电压,稳压,直流,电压,1/30/2026,电工电子技术,稳压电源类型,:,以下主要讨论线性稳压电路。,稳压管,稳压电路,开关型,稳压电路,线性,稳压电路,常用稳压电路,(,小功率设备,),电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,1/30/2026,电工电子技术,1.,稳压电路的主要性能指标,(1),稳压系数,S,（,越小越好）,稳压系数,S,反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。,(2),输出电阻,R,o,（,越小越好）,输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。,1/30/2026,电工电子技术,2.,串联反馈式稳压电路,(1),电路结构的一般形式,串联式稳压电路的组成：,（,1,）基准电压；（,2,）比较放大；,（,3,）输出电压取样电路；（,4,）调整元件,U,O,T,+,_,U,I,比较放大,基 准电压,Uo,取样,U,R,FU,O,R,L,调整元件,+,+,1/30/2026,电工电子技术,因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为：,串联反馈式稳压电路。,若因输入电压变化或负载变化而使,U,O,加大,比较放大电路使,U,B1,变小,从而使,U,O,降低,.,U,O,T1,+,_,U,I,比较放大,基 准电压,Uo,取样,U,R,FU,O,R,L,调整元件,+,+,U,B1,+U,I,U,o,R,L,R,3,比较放大,1/30/2026,电工电子技术,T,1,调整管,R,3,、,T,2,比较放大,R,1,、,R,W,、,R,2,采样电阻,R,、,U,Z,基准电压,(2),一种实际的串联式稳压电源,R,3,T,1,T,2,U,Z,R,R,W,1,R,W,2,R,1,R,W,R,2,R,L,U,O,+,_,+,_,U,I,U,B,2,1/30/2026,电工电子技术,稳压原理,U,o,U,B,2,U,BE,2,=（,U,B,2,-,U,Z,）,U,C,2,（,U,B,1,）,U,o,当,U,I,增加或输出电流减小使,U,o,升高时,R,3,T,1,T,2,U,Z,R,R,W,1,R,W,2,R,1,R,W,R,2,R,L,U,O,+,_,+,_,U,I,U,B,2,U,C,2,（,U,B,1,）,1/30/2026,电工电子技术,(3),输出电压的确定和调节范围,因为：,O,U,2,BE,Z,U,U,+,2,2,W,R,R,+,2,1,W,R,R,R,+,),2,2,2,2,1,BE,Z,W,W,O,U,U,R,R,R,R,R,U,+,+,+,+,=,所以：,2,2,2,1,Z,W,W,U,R,R,R,R,R,+,+,+,=,忽略,U,BE2,R,3,T,1,T,2,U,Z,R,R,W,1,R,W,2,R,1,R,W,R,2,R,L,U,O,+,_,+,_,U,I,U,B,2,1/30/2026,电工电子技术,例：,U,I,=18V,，,U,Z,=4V,，,R,1,=R,2,=R,W,=4.7k,，,求输出电压的调节范围。,R,3,T,1,T,2,U,Z,R,R,W,1,R,W,2,R,1,R,W,R,2,R,L,U,O,+,_,+U,I,U,B,2,2,2,1,Z,W,W,Omin,U,R,R,R,R,R,U,+,+,+,=,4=6V,4.7,4.7,+,+,=,4.7,4.7,+,4.7,2,2,1,Z,W,Omax,U,R,R,R,R,U,+,+,=,4=12V,4.7,4.7,+,+,=,4.7,4.7,1/30/2026,电工电子技术,(4),实际的稳压电源采取的改进措施,1.,比较放大级采用差动放大器或集成运放,2.,调整管采用复合三极管,3.,采用辅助电源,(,比较放大部分的电源,),4.,用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益,5.,内部加短路和过热保护电路,R,3,T,1,T,2,U,Z,R,R,W1,R,W,2,R,1,R,W,R,2,R,L,U,O,+,_,+,_,U,I,U,B,2,集成化,集成稳压电源,1/30/2026,电工电子技术,五、集成稳压电源,特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉,内部电路：串联型晶体管稳压电路,类型：,W7800,系列,稳定正电压,W7805,输出,+5,V,W7809,输出,+9,V,W7812,输出,+12,V,W7815,输出,+15,V,W7900,系列,稳定负电压,W7905,输出,-5,V,W7909,输出,-9,V,W7912,输出,-12,V,W7915,输出,-15,V,1/30/2026,电工电子技术,1,端,:,输入端,2端,:,公共端,3,端,:,输出端,W7800,系列稳压器外形及接线图,1,2,3,+,_,W7805,U,I,+,_,U,o,1,3,2,C,I,0.11,F,C,o,1,F,+,10,V,+5V,注意：,输入与输出端,之间的电压不,得低于,3,V,！,1/30/2026,电工电子技术,1,端,:,公共端,2,端,:,输入端,3,端,:,输出端,W7900,系列稳压器外形及接线图,1,2,3,+,W7905,U,I,+,U,o,2,3,1,C,I,0.11,F,C,o,1,F,-10,V,-5,V,1/30/2026,电工电子技术,集成稳压电源应用电路,u,2,u,1,C,1,300,F,U,1,=220V,U,2,=8V,U,C1,=1.2 U,2,=9.6V,U,o,=5V,+,_,C,o,W7805,+,_,U,o,1,3,2,1,F,R,L,C,I,1,F,1/30/2026,电工电子技术,