制作简易直流电源

1、模模 拟拟 电电 子子 技技 术术制作简易直流稳压电源制作简易直流稳压电源会识别检测整流、稳压、发光二极管；会识别检测整流、稳压、发光二极管；会设计稳压管直流稳压电源；会设计稳压管直流稳压电源；会组装、调试稳压管直流稳压电源。会组装、调试稳压管直流稳压电源。稳压管直流稳压电源制作与调试稳压管直流稳压电源制作与调试稳压管稳压电路的分析与设计稳压管稳压电路的分析与设计第第5 5讲讲教学目标教学目标教学重点教学重点教学难点教学难点模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一

2、般直流电源由如下部分组成： 整流电路整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。的脉动直流电。 滤波电路滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。少交流成分，增加直流成分。 稳压电路稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。进一步稳定直流电压。 直流电源的方框图如图直流电源的方框图如图8.1所示。所示。直流稳压电源的构成直流稳压电源的构成模模 拟拟 电电 子子 技技 术术一、单相桥式整流电路二、电容滤波电路三、稳压管稳压电路四、发光指示电路稳压管稳

3、压电路的组成及原理模模 拟拟 电电 子子 技技 术术一、单相桥式整流电路 1 1、工作原理、工作原理 单相桥式整流电路是最基本单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，的将交流转换为直流的电路，其电路如图其电路如图5.1（a）所示。）所示。（a）桥式整流电路 （b）波形图图5.1单相桥式整流电路模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 在分析整流电路工作原理时，整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路 中的二极管是作为中的二极管是作为开关运用，具有单向导电开关运用，具有单向导电性。性。根据图根据图8.2(a)的电路图可知：的电路图可知： 当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，在负

4、载导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。电阻上得到正弦波的正半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图电路的波形图见图5.1(b)。 当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。电阻上得到正弦波的负半周。模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 根据图根据图5.1（b）可知，输出电压是单相脉动电压。）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压为为

5、2 2、参数计算、参数计算2202LO9 . 022dsin21UUttUUU 流过负载的平均电流为L2L2L9 . 022RURUIL2L2LD45. 022RURUII流过二极管的平均电流为2Rmax2UU二极管所承受的最大反向电压模模 拟拟 电电 子子 技技 术术注意：注意： 整流电路中的二极管是作为开关运整流电路中的二极管是作为开关运 用的。整流电路既有交流量，又有直流量，用的。整流电路既有交流量，又有直流量， 通常通常: 输入（交流）输入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值； 输出（交直流）输出（交直流）用平均值；用平均值； 整流管正向电流整流管正向电流用平均值；用平均值； 整

6、流管反向电压整流管反向电压用最大值。用最大值。模模 拟拟 电电 子子 技技 术术二、电容滤波电路二、电容滤波电路 1、滤波的基本概念、滤波的基本概念 滤波电路滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。实现滤波。电容器电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，

7、改变了交直改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。压的质量。 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 2 2、电容滤波电路、电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图电容滤波电路如图5.2所示，在负载电阻上并联了所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容一个滤波电容C。图5.2电容滤波电路 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。3 3、滤波原理、滤波原理

8、 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压u2给电容器C充电。此时C相当于并联在u2上，所以输出波形同u2 ，是正弦形。 图5.3电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，uC=uL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，uC=uL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图5.3。 在刚过90时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移， t2点要左移，二

9、极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当L很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图5.4滤波曲线中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。问题：问题：有有无无L即空载，此时即空载，此时UC=UL=？图5.4 电容滤波的效果模模 拟拟 电电 子子 技技 术术4 4、电容滤波的计算、电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般的因素较多。工程上有详细的曲线可供查

10、阅。一般常采用以下近似估算法：常采用以下近似估算法： 一种是用锯齿波近似表示，即一种是用锯齿波近似表示，即)41 (2L2OLCRTUUU 另一种是在另一种是在RLC=(3 5)T/ 2的条件下，近似认的条件下，近似认为为UL=UO=1.2U2。（。（或者，电容滤波要获得较好的或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足效果，工程上也通常应满足 RLC610。）。）模模 拟拟 电电 子子 技技 术术1 1、硅稳压二极管稳压电路的原理、硅稳压二极管稳压电路的原理 硅稳压二极管稳压电路的电路图如硅稳压二极管稳压电路的电路图如图图5.55.5所示。所示。 它是利用稳压二极管它是利用稳压二极管的

11、反向击穿特性稳压的，的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较的电流变化，只会引起较小的电压变化。小的电压变化。 图图5.5 5.5 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路三、稳压管稳压电路稳压管稳压电路模模 拟拟 电电 子子 技技 术术(1) (1) 当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO= 输入电压UI的增加，必然引起UO的增加，即UZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使UR增加，从而使输出电压IO减小。这一稳压过程可概括如下： 这里UO减小应理解为，由于输入电压U

12、I的增加，在稳压二极管的调节下，使UO的增加没有那么大而已。UO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。UIUOUZIZIRURUO图图5.65.6硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路模模 拟拟 电电 子子 技技 术术(2) (2) 当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，从而使UZ=UO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，UR减小，从而使输出电压UO增加。这一稳压过程可概括如下： ILIRURUZ（UO）IZIRURUO模模 拟拟 电电 子子 技技 术术2 2、稳压电阻的作用、稳压电阻的作用稳压二极管的动态电阻越小，稳稳

13、压二极管的动态电阻越小，稳压电阻压电阻R越大越大，稳压性能越好。，稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用 将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流电阻。 显然显然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的的变化就可引起足够大的UR变化，就可达到足够的稳压效果。但变化，就可达到足够的稳压效果。但R 的数值越大，就的数值越大，就需要较大的输入电压需要较大的输入电压UI值，损耗就要加大。值，损耗就要加大。 稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿稳压二极管稳压电

14、路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。的阻值大小有关。模模 拟拟 电电 子子 技技 术术3、稳压电阻的计算、稳压电阻的计算 （1 1）当当输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压时，流过稳压二极管的电流最小。此时二极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算，由此可计算出出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即值。即LmaxZminZIminmax=IIVVR （2 2）当当输入电压最大，负载电流最小输入电

15、压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR 稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！模模 拟拟 电电 子子 技技 术术一、分析题意，画出电路框图，设计整机电路；二、设计稳压电路（计算选择稳压管极限流电阻）；三、设计滤波电路（计算选择滤波电容）四、设计单相桥式整流电路（计算选择整流二极管）；五、选择电源变压器（功率及输出电压）；六、设计发光指示电路（计算选择限流电阻）简易直流稳压电源的制作与调试步骤模模 拟拟 电电 子子 技技 术术一