電工學與電工技術63644062

第18章直流穩壓電源18.2濾波器18.3直流穩壓電源18.1整流電路本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數的計算;2.了解穩壓管穩壓電路和串聯型穩壓電路的工作原理;3.了解集成穩壓電路的性能及應用。第18章直流穩壓電源第18章直流穩壓電源小功率直流穩壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓電源變壓器:將交流電網電壓u1變為合適的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變為脈動的直流電壓uR。濾波電路:將脈動直流電壓uR轉變為較平滑的直流電壓uF。穩壓電路:清除電網波動及負載變化的影響,保持輸出直流電壓U0的穩定。直流穩壓電源的組成和功能功能返回18.1

整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉變為脈動的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。分析時可把二極管當作理想元件處理：

二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。整流原理：

利用二極管的單向導電性uDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，二極管D導通；3.工作波形

u負半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結構

–++–aTrDuoubRLio動畫utOuoO4.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓

UDRM(5)變壓器副邊電流有效值I5.整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據。選管時應滿足：

IOM

ID，URWMUDRM

18.1.2單相橋式整流電路單相橋式全波整流電路組成返回單相橋式整流電路工作原理當u2>0

時，二極管

D1、D3導通。返回當u2<0

時，二極管

D2、D4導通。4.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓

UDRM單相橋式整流電路輸出電壓波形

單相橋式整流電路中的整流電橋可由四個整流二極管組成，也可直接用集成的整流橋塊代替。整流橋塊二極管橋返回選擇整流元件的主要指標：1.平均整流電流

2.反向耐壓

選管時應滿足：

IOM

ID，URWMUDRM

整流橋實物照片返回例1：單相橋式整流電路，已知交流電網電壓為220

V，負載電阻RL=50，負載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=134

2.2VA變壓器副邊電壓U

122V可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時負載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導通，負載中有電流過，負載電壓uo=u；負半周時，D1和D3截止，負載中無電流通過，負載兩端無電壓，uo

=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

如果D2或D4接反則正半周(負半周）時，二極管D1、D4（D2、D3）導通，電流經D1、D4（D2、D3）而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4（D2、D3）將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D318.2

濾波器

交流電壓經整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負載RL并聯(或將電感與負載RL串聯)。

18.2.1電容濾波器

1.電路結構2.工作原理

u>uC時，二極管導通，電源在給負載RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時，二極管截止，電容通過負載RL

放電，uC按指數規律下降，uo=uC

。+Cici

–++–aDuoubRLio=

uC

3.

工作波形二極管承受的最高反向電壓為。動畫uoutOtO4.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間常數RLC有關。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）當負載RL開路時，UO

為了得到比較平直的輸出電壓(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45U

UooIO結論

采用電容濾波時，輸出電壓受負載變化影響較大，即帶負載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較小且負載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時電流很大選管時一般?。?/p>

IOM=2ID

RLC

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導通時間越短iD

的峰值電流越大。iDtuotOO例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CP11IOM=100mAUDRM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=50uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器18.2.2電感電容濾波器1.電路結構L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對直流分量:XL=0，L相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f

越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負載上得到比較平滑的直流電壓。當流過電感的電流發生變化時，線圈中產生自感電勢阻礙電流的變化,使負載電流和電壓的脈動減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時更為合適。18.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。18.3

直流穩壓電源

穩壓電路（穩壓器）是為電路或負載提供穩定的輸出電壓的一種電子設備。

穩壓電路的輸出電壓大小基本上與電網電壓、負載及環境溫度的變化無關。理想的穩壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內阻很小的電壓源。其內阻越小，穩壓性能越好。

穩壓電路是整個電子系統的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設UI一定，負載RL變化UO

基本不變IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調壓穩壓電路18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ設負載RL一定，UI變化

UO

基本不變IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.參數的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩壓管安全工作為保證穩壓管正常工作適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負載變動不大的場合。18.3.2恒壓源

由穩壓管穩壓電路和運算放大器可組成恒壓源。UZRFR2R1+–++–RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++–+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調節恒壓源的輸出電壓。UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R118.3.3串聯型穩壓電路1.電路結構串聯型穩壓電路由基準電壓、比較放大、取樣電路和調整元件四部分組成。調整元件比較放大基準電壓取樣電路當由于電源電壓或負載電阻