电工电子技术(电子技术)——专题1-2-2012

1、直流稳压电源直流稳压电源第2讲电工电子学电工电子学()教学基本要求教学基本要求 了解直流稳压电源的基本组成及工作原理；了解直流稳压电源的基本组成及工作原理； 理解解二极管结构、工作原理、特性及整流作用；理解解二极管结构、工作原理、特性及整流作用； 了解了解RCRC滤波电路的工作原理；滤波电路的工作原理； 理解稳压管的特性及其稳压电路的工作原理；理解稳压管的特性及其稳压电路的工作原理； 了解线性集成稳压电源的工作原理；了解线性集成稳压电源的工作原理； 本章讲授：本章讲授： 4 4学时学时 自学自学1212学时学时电工电子学电工电子学()直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 半导体直流电源的原理方

2、框图半导体直流电源的原理方框图交流电源负载 变压变压整流整流滤波滤波稳压稳压ututututut220220v6V6V电工电子学电工电子学()主要内容主要内容 1.1 1.1 整流电路整流电路 1.2 RC1.2 RC滤波电路滤波电路 1.3 1.3 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路 1.4 1.4 集成三端稳压器稳压电路集成三端稳压器稳压电路 小结小结电工电子学电工电子学()整流电路整流电路 单相桥式整流电路RLuoRLuuoaTrRLbuuoRLuuo电工电子学电工电子学()整流电路整流电路 几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+ A C -+- + - 电工电子学电工电子

3、学()整流电路整流电路 单相桥式整流电路+-u2正半周时正半周时电流通路电流通路u1u2TD4D2D1D3RLuo电工电子学电工电子学()整流电路整流电路 单相桥式整流电路u1u2TD4D2D1D3RLuo-+u2负半周时负半周时电流通路电流通路电工电子学电工电子学()整流电路整流电路 单相桥式整流电路u2ttuD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLuoABu20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！电工电子学电工电子学()Uo整流电路整流电路

4、单相桥式整流电路u2D4D2D1D3RLuoABt0uU2TUUtdtUUo9 . 022)(sin210(2) (2) 二极管上承受的最高二极管上承受的最高反向电压反向电压22UUDRM (1)(1)二极管上的平均电流二极管上的平均电流LDII21(3) (3) uo平均值：平均值：iLiLiD电工电子学电工电子学()整流电路整流电路1.1.整流输出电压平均值整流输出电压平均值（Uo）负载上的负载上的( (平均平均) )电流电流IL: :LLRUI0 S定义定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值与平均值Uo之比之比2. 2. 脉动系数脉动系数67032U22324

5、221.UUUSomo电工电子学电工电子学()整流电路整流电路3.3.整流二极管的平均电流整流二极管的平均电流( (ID) )与反向峰值电压与反向峰值电压( (UDRM) )LoDRU.II24502122UUDRM 电工电子学电工电子学()1.2 RC1.2 RC滤波电路滤波电路 RCRC电路的频率特性电路的频率特性 RCRC滤波电路滤波电路 其他滤波电路其他滤波电路电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路 滤波原理滤波原理桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+1. RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)电工电子学电工

6、电子学()电容滤波电路电容滤波电路 RL未接入时未接入时(忽略忽略整流电路内阻整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot 电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小于电在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐

7、渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路u2tuotau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+ 只有整流电路输出电只有整流电路输出电压大于压大于uo时，才有充电电时，才有充电电流流iD 。因此整流电路的。因此整流电路的输出电流是脉冲波。输出电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流iD电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路 电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点一般取一般取2)53(TCRLd(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。(2) (2) 流过二极管瞬时电流很大。流过二极管

8、瞬时电流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; ; 整流管整流管导电时间越短导电时间越短iD的峰值电流越大的峰值电流越大故一般选管时，取故一般选管时，取LoLDFRUII21)32(2)32( (1) 输出电压输出电压Uo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 有关有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值) )愈大愈大电工电子学电工电子学()电容滤波电路电容滤波电路 电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点 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

9、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。载电流较小且负载变动不大的场合。(3) (3) 输出特性输出特性( (外特性外特性) )uo电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL电工电子学电工电子学()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就就构成了电感滤波电路。构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo电工电子学电工电子学()

10、电感滤波电路电感滤波电路 滤波原理滤波原理u2u1RLLuo对直流分量对直流分量: :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。对谐波分量对谐波分量: : f 越高，越高，XL 越大越大, ,电压大部分降在电压大部分降在XL上。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。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：输出平均电压约为：电工电子学电工电子学()电感滤波电路电感滤波电路 电感滤波的特点电感滤波的特点u2u1RLLuo整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比整流管导电

11、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较平坦，适用于低电压大电流( (RL较小较小) )的场合。缺点的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。电工电子学电工电子学()其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路 改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。采取多级滤波。L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感

12、滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。电工电子学电工电子学()其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路 电感电容滤波器电感电容滤波器(LC滤波器滤波器)TrRLuCL电感电容滤波电路电感电容滤波电路 由于电感线圈对由于电感线圈对整流电流的交流分量整流电流的交流分量具有阻抗，具有阻抗， L比比RL大得愈多则滤波效果大得愈多则滤波效果就愈好。就愈好。 一般需要线圈的电一般需要线圈的电感量较大，但其直流电感量较大，但其直流电阻也较大，因而会造成阻也较大，因而会造成输出电压的下降。输出电压的下降。 LC滤波器适于电流较滤波器适于电流较大

13、、输出电压脉动很小的场大、输出电压脉动很小的场合，更适合与高频滤波合，更适合与高频滤波电工电子学电工电子学()其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路 形形滤波器滤波器 形形LC滤波电路滤波电路 如果需要输出电压的脉如果需要输出电压的脉动更小，可以再加一个滤波动更小，可以再加一个滤波电容。电容。 形形LC滤波器滤波器的效果的效果跟好，但整流二极管的冲击跟好，但整流二极管的冲击电流较大。电流较大。RLuC2LC1 由于线圈体大且重，有由于线圈体大且重，有些情况可用电阻代替电感线些情况可用电阻代替电感线圈以构成圈以构成 形形RC滤波器滤波器。R愈大滤波效果愈好，但将愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降

14、，所以适用使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动于负载电流较小、电压脉动很小的场合。很小的场合。 形形RC滤波电路滤波电路RLuC2RC1电工电子学电工电子学()稳压电路与稳压电源稳压电路与稳压电源 分类分类稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因

15、学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路 稳压管稳压管uDiD0UBR电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路1、稳压二极管的电路符号、稳压二极管的电路符号DZ+-uzizDZ+-uziz2、稳压二极管的特性、稳压二极管的特性izuz0UZ1）PN结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。结易于击穿（击穿电压比普通二极管低很多）。2）PN结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。结面积大，散热条件好，使反向击穿是可逆的。特点特点电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路 稳压二极管的主要

16、参数稳压二极管的主要参数izuz0UZIZIZMUZIZ1）稳定电压）稳定电压UZ2）稳定电流）稳定电流 IZ （保证稳压管稳（保证稳压管稳压性能的最小工作电流）。压性能的最小工作电流）。 3）最大稳定电流）最大稳定电流 IZM 4）最大允许耗散功率）最大允许耗散功率PZM5）动态电阻）动态电阻6）电压温度系数）电压温度系数 UZMZzmIUP稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。zzZIUr动态电阻越小稳压管稳压效果越好动态电阻越小稳压管稳压效果越好稳压管受温度变化的影响系数。稳压管受温度变化的影响系数。DZ+-uziz电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路

17、稳压管及其稳压电路 稳压电路构成稳压电路构成1）电源电压波动）电源电压波动000()()iiZiUUUUIRIIIRUUIR 2）负载变化）负载变化00()LZiIUIIRUUIR 电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路 工作过程与参数选取工作过程与参数选取 电路工作时，稳压管处于反向击穿电路工作时，稳压管处于反向击穿状态，电阻状态，电阻R中流过的电流一部分流中流过的电流一部分流入稳压二极管形成稳压管电流入稳压二极管形成稳压管电流Iz，另，另一部分则提供给负载电阻一部分则提供给负载电阻RL，,iOiZZLZLLUUUUUIIIIIRRR 如果电阻如果电阻R取值太小，则稳压

18、管中的电流将可能太大而损坏取值太小，则稳压管中的电流将可能太大而损坏器件，所以，该电阻又称为限流电阻。器件，所以，该电阻又称为限流电阻。 1.5 32 3ZOZMOMiOUUIIUU电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路 工作过程与参数选取工作过程与参数选取maxzminziiZMLmZLMUUUURIIIIR 承受的最大可承受的最大可能电压能电压R 承受的最小可承受的最小可能电压能电压R 允许流过的最允许流过的最大电流大电流R 必须流过的最必须流过的最小电流小电流如果负载电流的变化范围为如果负载电流的变化范围为ILm ILM，电源电压波动使滤波输出电源电压波动使滤波输出

19、电压电压 Ui的变化范围为的变化范围为Ui min Ui max电工电子学电工电子学()稳压管及其稳压电路稳压管及其稳压电路 存在的问题存在的问题稳压管稳压电路虽然简单，但存在以下问题稳压管稳压电路虽然简单，但存在以下问题 稳压值只能由稳压管的型号决定，不能调节；稳压值只能由稳压管的型号决定，不能调节； 输出电流受输出电流受I IZMZM的限制，调节范围和数值都较小；的限制，调节范围和数值都较小； 输出电阻输出电阻R RO O比较大，输出电压的稳定性较差。比较大，输出电压的稳定性较差。稳压管稳压电路只能用在输出直流电压固定且负载稳压管稳压电路只能用在输出直流电压固定且负载电流不大的场合。在电子

20、系统中，应用较为广泛电流不大的场合。在电子系统中，应用较为广泛的是串联型稳压器和开关型稳压器。的是串联型稳压器和开关型稳压器。电工电子学电工电子学()线性集成稳压电源线性集成稳压电源 单片集成稳压电源单片集成稳压电源 目前最普遍应用的单片稳压电源是目前最普遍应用的单片稳压电源是W7800W7800系列和系列和W7900W7900系列。只有三个引出端：输入端系列。只有三个引出端：输入端1 1、输出端、输出端 2 2 和公共端和公共端 3 (3 (俗称三端集成稳压器俗称三端集成稳压器) )。123123W78159824型 号 W7805 W7809 W7812 W7815Uo (V)591215UiMax(V)35UMin23Iom (A)2.2Ro ()0.030.15外形图和主