电工电子技术基础_31422

1、电工电子电工电子机电学院机电学院1电工电子技术基础电工电子技术基础武汉职业技术学院机械工程系武汉职业技术学院机械工程系第第9 9章章 集成运算放大器集成运算放大器电工电子电工电子机电学院机电学院2目目 录录1.1 电路和电路模型电路和电路模型1.2 电路基本物理量电路基本物理量1.3 电阻元件、电感元件和电容元件电阻元件、电感元件和电容元件1.4 电压源、电流源及其等效变换电压源、电流源及其等效变换1.5 基尔霍夫定律基尔霍夫定律1.6 复杂电路的分析和计算复杂电路的分析和计算目目 录录9.1 9.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成9.2 9.2 整流电路整流电路9.3 9.3 滤波电路

2、滤波电路9.4 9.4 稳压电路稳压电路电工电子电工电子机电学院机电学院3电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流变为合适的交流电压电压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流转变为平滑的直流电压电压u4。稳压电路稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持保持输出电

3、压输出电压u0的稳定。的稳定。电工电子电工电子机电学院机电学院4整流电路整流电路是把交流电压转变为直流脉动是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。波、全波、桥式整流等。为分析简单起见，我们把二极管当作理为分析简单起见，我们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，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。反向电阻为无穷大。9.2 9.2 整流电路整流电路电工电子电工电子机电学院机电学院59.2.1 9.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路u20:导通导通i0u1u2aTbDRLu

4、0忽略二极管正向压忽略二极管正向压降：降： u0=u2t uit uoi0=u0 /RL电工电子电工电子机电学院机电学院6u20 0 时时D D1 1,D,D3 3导通导通D D2 2,D,D4 4截止截止电流通路电流通路: :由由+ +经经D D1 1R RL LD D3 3- -u u2 20 0 时时D D2 2,D,D4 4导通导通D D1 1,D,D3 3截止截止电流通路电流通路: :由由- -经经D D2 2R RL LD D4 4+ +输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD

5、3,uD1tuou2D4D2D1D3RLu0+-电工电子电工电子机电学院机电学院13负载电压负载电压 U0的平均值的平均值: 209 . 022t22ooUUdu21U负载上的负载上的(平均平均)电流电流:L2oR0.9UI L2oDRU0.45I21I2RMDU2U每个二极管只有半周导通。流过每只整流每个二极管只有半周导通。流过每只整流二极管的平均电流二极管的平均电流 ID是负载平均电流的一半。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：二极管截止时两端承受的最大反向电压：tuo(io )电工电子电工电子机电学院机电学院14220 V1212R2+Luuu2L1DD2 单向全波

6、整流电路单向全波整流电路+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u u2 2当当u2正半周时，正半周时， D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。电工电子电工电子机电学院机电学院15全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLR电工电子电工电子机电学院机电学院16uL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 U2 / RL （2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值

7、UL：）（ ttdsinU21022U9 . 0V22012122uuDD221+uLLRIL电工电子电工电子机电学院机电学院17 例：例：试设计一台输出电压为 24V，输出电流为 lA 的直流电源，电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。解：解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：3 .5345. 0240.45o2UUV整流二极管承受的最高反向电压为：2 .753 .5341. 122RMUUV流过整流二极管的平均电流为：1oD IIA因此可选用 2CZ12B整流二极管，其最大整流电流为 3 A，最高反向

8、工作电压为 200V。电工电子电工电子机电学院机电学院18（2）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：7 .269 . 0240.9o2UUV整流二极管承受的最高反向电压为：6 .377 .2641. 122RMUUV流过整流二极管的平均电流为：5 . 021oDIIA因此可选用四只 2CZ11A 整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最高反向工作电压为 100V。电工电子电工电子机电学院机电学院199.3 滤波电路滤波电路滤波原理滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是脉交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。动直流，其中既有直流成分又有交流成份

9、。滤波电路利用储能元件滤波电路利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或或通过通过电感电感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 将将电容电容与负载与负载RL并联并联(或将或将电感电感与负载与负载RL串联串联)，滤，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。电工电子电工电子机电学院机电学院20u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入时未接入时u2t设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1充电结束充电结束忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻u0t没有电容时的输没有电容

10、时的输出波形出波形1. 电容滤波电容滤波电工电子电工电子机电学院机电学院21u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 u2tuot电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。电工电子电工电子机电学院机电学院22近似估算近似估算: UL=1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(

11、a) UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 较大较大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)2T)53(CRLu2tuc= uL电工电子电工电子机电学院机电学院23输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变, Uo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多下降多, S 增大。增大。结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。(c) 输

12、出特性输出特性(外特性外特性)uo电容滤波电容滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL电工电子电工电子机电学院机电学院24例：例： 设计一单相桥式整流、电容滤波电路。要求输出电压48oUV，已知负载电阻100LR，交流电源频率为 50Hz，试选择整流二极管和滤波电容器。解：解：流过整流二极管的平均电流：240A24. 010048212121LooDRUIImA变压器副边电压有效值：402 . 1481.2o2UUV整流二极管承受的最高反向电压：4 .564041. 122RMUUV因此可选择 2CZ11B作整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最高反向工作电压为 200V。取05.

13、 0202. 0525LTCRs，则：500F1050010005. 06LRCF电工电子电工电子机电学院机电学院25+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值输出电压平均值: UL=0.9U2谐波分量谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。直流分量直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上电工

14、电子电工电子机电学院机电学院26电感滤波的特点电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。干扰。u2u1RLLuo电工电子电工电子机电学院机电学院27 其它滤波电路其它滤波电路为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。LC滤波电路滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型滤波电路型滤波电路电工电子电工电子机电学院机电学院289.4

15、 稳压电路稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压电工电子电工电子机电学院机电学院299.4.1 9.4.1 稳压二极管稳压电路的工作原理稳压二极管稳压电路的工作原理稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。的电压变化。iuUZIUIzminIzmax+UDziLRz-oU-+RUIZILI电工电子电工电子机电学院机电学院30ZL+=IIIRiZO=U

16、UUU(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZIRU i+UDziLRz-oU-+RUIZILI电工电子电工电子机电学院机电学院31(2)(2)当负载电压变化时当负载电压变化时稳压过程：稳压过程： UoURUoIZI+UDziLRz-oU-+RUIZILI电工电子电工电子机电学院机电学院329.4.2 稳压电路参数确定稳压电路参数确定 （1）限流电阻的计算。稳压电路要输出稳定电压，必须保证稳压管正常工作。因此必须根据电网电压和负载电阻RL的变化范围,正确地选择限流电阻R的大小。从两个极限情况考虑，则有 当Ui为最小值，Io达到最大值时，即 Ui=Uimin，I

17、o=Iomax,这时IR=(Uimin-UZ)/R。 则IZ=IR-Iomax为最小值。为了让稳压管进入稳压区，此时IZ值应大于IZmin， 即IZ=(Uimin-UZ)/R-IomaxIZmin,则 电工电子电工电子机电学院机电学院33 当Ui达最大值，Io达最小值时，Ui=Uimax， Io=Iomin,这时IR=(Uimax-UZ)/R，则IZ=IR-Iomin为最大值。为了保证稳压管安全工作，此时IZ值应小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-IominIZmax，则maxminoZZiIIUURomixZZimanIIUUR所以限流电阻R的取值范围为 omixZZimano

18、ZZiIIUURIIUUmaxmin在此范围内选一个电阻标准系列中的规格电阻。 电工电子电工电子机电学院机电学院34 （2）确立稳压管参数。一般取oioZoZUUIIUU) 32() 35 . 1 (maxmax电工电子电工电子机电学院机电学院35三端集成稳压器三端集成稳压器简介简介随着半导体工艺的发展随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高可靠性高,使用使用灵活灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳故称之为三端集成稳压器。压器。本节主要介绍常用的本节主要介绍常用的W7800系列系列W7900系列系列三三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。电工电子电工电子机电学院机电学院361端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共