电工电子技术教学设计 直流稳压电源电子教案

PAGE17PAGE4第页单元九：直流稳压电源教学目标知识目标：理解直流稳压电源的组成；掌握单相半波整流电路、单相全波整流电路、单相桥式整流电路组成和工作原理；掌握电容滤波电路原理；掌握稳压二极管稳压电路的组成与工作原理，了解串联型稳压电路与工作原理；掌握三端集成稳压电路的应用。能力目标：了解直流电路的基本组成及功能、电路的物理量、电路的基本状态等知识内容，初步认识直流电路中的各类元器件，掌握两种实际电源的互相转换的方法；复杂直流电路的分析方法。素质目标：培养学生接受电工术语能力；自主学习新知识能力；制定学习计划的方法能力；解决实际问题的工作能力。教学重点直流电路的基本组成及功能；电路的基本物理量；电路的基本状态；电路元件的伏安特性复杂电路的分析方法教学难点两种实际电源（电压源与电流源）等效变换，复杂电路的分析方法教学手段实物演示；教学板书；电子课件教学学时10H教学内容与教学过程设计注释任务一整流电路的研究（一）单相半波整流电路纯电阻负载的单相半波整流电路。由于该电路中的二极管只在交流电的半个周期内导通，并有电流流过负载，故称为单相半波整流电路。(a)(b)半波整流电路整流输出电压平均值为（9-1）整流输出的平均电流（9-2）二极管的平均电流二极管承受的最大反向电压（9-3）（二）单相全波整流电路全波整流电路由一个带中间抽头的变压器和两个二极管组成。(a)(b)由输出波形可以看出，全波输出波形面积为半波的两倍，故整流输出电压平均值（9-4）整流输出电流的平均值（9-5）二极管承受的最大反向电压（9-6）流过每个管子的平均电流为输出电流的一半，即（三）单相桥式整流电路单相桥式整流电路是由四个二极管接成的桥式电路。图9-4单相桥式整流电路桥式整流电路的参数与全波电路部分相同，即图9-5桥式整流电路波形图二极管截止时承受的最大反向电压为任务二滤波电路的研究整流电路的输出的电压（电流）都是脉动的，其中既有交流成分又有直流成分。这样的脉动电压在多数电子设备中不能满足要求，因此需要经滤波电路滤掉其中的交流成分，得到较平稳的直流。常用的滤波元件有电容和电感，常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和型滤波。1.工作原理图9-6为单相桥式整流电容滤波电路。在整流电路的输出端，与负载并联一个电容量较大的电容器C，利用电容器C的充放电作用（即二极管导通时电容器C充电，二极管截止时电容器C对负载电阻放电），从而使负载的电压和电流趋于平滑。图9-6单相桥式整流电容滤波电路图9-7是电容滤波波形图，图9-7（a）为变压器二次侧电压的形；图9-7（b）是未接电容C时负载上的电压的波形，电容器两端电压即为输出电压，其波形如图9-7（c）所示。由图可见，与未并联C时相比输出电压的脉动程度大为减小，而且输出电压平均值提高了。愈大，电容放电愈慢，脉动愈小，当负载开路时，，，即。图9-7电容滤波波形图2.电容滤波的特点（1）二极管导电角<，这是由于电容上的电压对二极管来说是反向电压，因此只有>时，才有一对二极管导通。所以通过二极管的电流是周期性的脉冲电流。通常C愈大，冲击电流也愈大。图9-7（d）所示为二极管中电流波形。选择二极管时，其整流电流值应选得大一些，以保证安全。（2）通过二极管的电流虽然是脉冲波形，但由于电容C的放电，使通过负载电阻的电流是较平滑的直流电流，因而输出电压脉动程度减小，平均值提高。负载上直流电压平均值及其平滑程度与放电时间常数有关，愈大，放电愈慢，输出电压平均值愈大，波形愈平滑。一般取（9-7）式中T为交流电的周期。若整流电路的内阻不太大时，通常取（9-8）。其他形式的滤波电路如图9-8所示。其基本原理都是利用电容和电感的储能作用实现的。电容器在电路中与负载接成并联形式，而电感器与负载接成串联形式。（a）L滤波（b）Γ型（c）RC­π型(d)LC­π型图9-8其他形式滤波电路任务三稳压电路的研究（一）稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路由稳压电路由限流电阻和稳压管组成，二者配合起稳压作用。稳压电路接在整流滤波电路之后，稳压电路的输入电压是整流滤波电路的直流输出电压，稳压电路的输出电压是稳压管的稳定电压。图9-9稳压管稳压电路1.电路的工作原理（1）负载电阻不变，当电网电压升高时，将使输入电压增加，输出电压也随之增大。即为稳压管两端的反向电压。由稳压管的特性曲线可知，当稍有增加时，稳压管的电流就显著增加，因此电阻R上的压降增加，以抵偿的增加，从而使输出电压基本上保持不变。（2）输入电压保持不变，当负载电流变化引起输出电压变化时，稳压电路也能起到稳压作用。例如，当负载电流增大时，电阻R上的压降增大，因而下降。只要略有降低，稳压管电流就显著减小，使通过电阻R的电流基本不变，因而输出电压也基本上稳定不变。2.特点稳压管稳压电路中，稳压管主要起自动调节作用，当输出电压有较小变化时，将引起稳压管电流较大的变化，通过电阻R起到补偿作用，从而保持输出电压基本上保持稳定。（二）串联型稳压电路1.电路组成图9-10所示为一种以集成运放为放大环节的串联型稳压电路。它由取样、基准电压、比较放大和调整四个基本环节组成。图9-10采用运算放大器的串联型稳压电路（1）取样电路它是由、组成的分压电路，它将输出电压的一部分电压取出，与的关系为=反馈电压取出后，送到集成运放的反相输入端，调节电位器的滑动端子可以调节输出电压的高低。（2）基准电压环节是由稳压管和限流电阻组成的稳压电路，它的作用是提供一个稳定的基准电压，即稳压管的电压。（3）比较放大电路由集成运放组成，它将取样电压和基准电压比较产生的差值电压放大后，加到调整管VT的基极，控制调整管VT的压降。（4）调整环节它由工作在线性区的调整晶体管VT组成，是稳压电路的核心部分，VT的基极电位UB反映了整个稳压电路的输出电压的变动，控制调整管VT基极的电位UB，就可自动调整的值，使其维持稳定。2.工作原理串联型稳压电路的自动稳压过程按电网波动和负载电阻变动两种情况分述如下：↑→Uo↑→↑→(UZ–)↓→UB↓→IB↓→UCE↑→↓RL↑→↑→↑→(UZ–)↓→UB↓→IB↓→UCE↑→↓当↓或RL↓时的调整过程与上述相反。任务四三端集成稳压器把稳压电路制作在一块硅片上，成为集成稳压器。图9-11集成稳压器电路框图1.三端集成稳压器W7800系列稳压器的外形、管脚和接线图。这种稳压器外部只有三个引线端：输入端1、输出端2和公共接地端3，故称为三端集成稳压器。图9-12W7800系列稳压器（a）外形（b）接线图表9-1是W78、W79系列三端集成稳压器的外引线排列方式，其中系列输出电流为1.5A，W78M00系列输出电流为0.5A，W78L00系列输出电流为0.1A。负输出稳压器也有W7900、W79M00和W79L00三个子系列（合称W79系列），除了输出电压极性为负之外，其他与W78系列均对应相同。表9-1W78、W79系列引线排列W7900系列输出电压是固定的负向电压，其参数与W7800系列相似。几种常用的三端集成稳压器的性能参数列于表9-2。9-2三端集成稳压器性能参数2.三端集成稳压器的应用电路（1）提高输出电压的电路当所需电压高于稳压器的输出电压时，可通过外接电路进行升压，电路如图13-13所示，它能使输出电压高于固定输出电压。图（a）中两端电压为稳压块W78XX的固定输出电压，显然图（b）中集成运放组成电压跟随器，、和组成升压调压取样电路，其输出电压其中。调节电位器即可使输出电压发生改变，但值不可过小，以免影响输出电流，增加损耗。(a)(b)图9-13提高输出电压的电路（a）基本电路（b）含有放大环节的电路（2）扩大输出电流的电路当负载所需电流大于稳压块的最大负载电流时，可用外接功率管VT的方法来扩大输出电流，电路如图9-14所示。由图可知式中为稳压块的输出电流，为PNP型功率管的集电极电流。可见输出电流比扩大了。电路中电阻的阻值要使功率管只能在输出电流较大时才导通，其值由三端稳压器和外接功率管的参数来计算。由于所以式中为流入稳压块的电流，由于，所以≈。本章小结1.电子线路需要直流电源来使其正常工作，一个直流电源电路应包含整流、滤波和稳压三个基本组成部分。2.整流元件为二极管，整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电压变成脉动的直流电压，包括半波、全波、桥式整流电路。由于整流输出脉动较大，因而需要滤波，滤波元件有电容和电感，滤波电容应