第4章-直流电源G

第4章直流电源4.2稳压电路﹡4.3开关型稳压电源4.4可控整流电路4.1桥式整流、滤波电路

生产和生活中常用到直流电源，而电网提供的交流电，因此须将交流电转换为直流电，完成此项功能的电子设备称为直流稳压电源。原理框图

将电网提供的交流电压变换为电路所需的交流电压。将交流电压变换为单向脉动直流电压。减小整流后电压的脉动程度，以适应负载的需要。在电网交流电压波动或负载变动时，使输出的直流电压稳定。第4章直流电源一、单相半波整流电路1.电路组成uo

to

to

to

to

2

3

uou2u2u1uDioioRLT

2

3

2U22U22U2Im

2

2

3

3

uD2.工作原理VDu2正半周负4.1桥式整流、滤波电路

I2=Im2,I2=1.57IO

半波信号平均值、有效值、峰值关系整流电路如图所示，二极管为理想元件，已知负载电阻，负载两端直流电压为100V。试求:(1)直流电流表的读数。(2)交流电压表(V)、交流电流表的读数(设电流表内阻为零，电压表的内阻为无穷大);(3)在下表中选出合适型号的二极管。例1VD1和VD3导通,VD2和VD4截止(相当于开路)u2Tu1RLuoio2.整流工作原理+–+–+–—u2正半周二、单相桥式整流电路1.桥式整流工作的组成由变压器T和二极管VD1VD4及负载RL组成。VD4VD3VD2VD1u2Tu1RLVD4VD3VD2uoio2.整流工作原理—u2负半周VD1+–+–+–VD2和VD4导通，VD1和VD3截止思考：通过二极管的电流？u2Tu1RLuoio+–+–+–—u2正半周VD4VD3VD2VD1u2Tu1RLVD4VD3VD2uoio—u2负半周VD1+–+–+–

to

to

to

to

2

3

2

3

2U22U22U2Im

2

2

3

3

uD1uD2uOuDiOuD3uD4思考：通过二极管的电流？桥式电路画法u2uo+

–

~+~-

+–集成硅整流桥：设直流电源采用单相桥式整流电路，输入电压为交流380V，负载要求输出直流电压UO=110V，直流电流IO=3A。试求（1）如何选取整流二极管？（2）整流变压器的变比及容量。解：（1）流过整流二极管的平均电流为由于变压器绕组及整流二极管均有压降，故取查手册可知2CZ12D满足电路参数要求。例2（2）变压器变比为变压器副边电流有效值变压器的容量为uou2uDioVDRLTu1C

t0

2

3

2U21.半波整流电容滤波电路估算公式:UO=1.0U2

2UDRM=2U2注意:UDRu2电容充电电容放电二极管导通时给电容充电,二极管截止时电容向负载放电.2.桥式整流电容滤波电路u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uoioCuC2.工作波形u2Tu1RLVD1VD4VD3VD2uOiOCuCtiDuO2U20tt1t4t3t2

'

'

0分析RL未接入时的情况?一般取(T:电源电压的周期)（1）近似估算:半波Uo=U2，全波Uo=1.2U2。(3)流过二极管瞬时电流很大RLC越大

U0越高,负载电流的平均值越大

整流管导电时间越短

iD的峰值电流越大电容滤波电路的特点(2)输出电压U0与时间常数RLC有关，希望C足够大。RLC愈大

电容器放电愈慢

U0(平均值)愈大，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。注意整流、滤波电路小结半波整流、桥式整流、半波电容、桥式电容半波信号平均值、有效值、峰值关系全波信号平均值、有效值、峰值关系I2

=1.11IO

讨论课整流电路如图所示，二极管为理想元件，变压器副边电压有效值为10V，负载电阻RL=2k

，变压器变比k=10。(1)求负载电阻上电流的平均值；(2)求变压器原边电压有效值和变压器副边电流的有效值；(3)变压器副边电压的波形如图所示，试定性画出的波形。图示电路中，二极管为理想元件，ui为正弦交流电压，已知交流电压表的读数为100V，负载电阻RL=1k

，求开关S断开和闭合时直流电压表和电流表（A）的读数及整流电流的最大值。（设各电压表的内阻为无穷大，电流表的内阻为零）整流电路如图所示，二极管为理想元件，已知直流电压表的读数为45V，负载电阻RL=5k

，整流变压器的变比k=10，要求：(1)说明电压表的极性；(2)计算变压器原边电压有效值；(3)计算直流电流表(A)的读数。(设电流表的内阻视为零，电压表的内阻视为无穷大)整流电路如图所示，二极管为理想元件，已知负载电阻RL=200

，负载两端直流电压UO=30V试求：(1)交流电压表和交流电流表(A)的读数(设电压表内阻为无穷大，电流表内阻为零)。(2)在下表中选出合适型号的二极管。整流滤波电路如图，二极管为理想元件，电容C=1000uF负载两端直流电压UO=20V负载电阻RL=250

，试求:变压器副边电压有效值并在下表中选出合适型号的二极管。已知负载电阻RL=100Ω，负载电压为120V，交流电压频率为50Hz，采用单相桥式整流电路，试求：如何选取整流二极管及滤波电容器？解：（a）流过整流二极管的平均电流为

查表可知2CZ11B的最大整流电流为1A，最高反向耐压为200V，满足电路参数要求例24.2稳压电路经过整流滤波后的直流电压会随着输入交流电的波动或负载的变化而改变，有时不能满足负载的要求，因此还需要稳压环节。交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压稳压电源类型:目前应用较多,主要讨论线性稳压电路。稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。一、硅稳压管稳压电路1.稳压电路的工作原理TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1交流输入增加近似不变实现稳压TRLCUiRIRUZIZVZUou2iou1输出电流增加近似不变实现稳压2.稳压管参数的选择（1）稳压电路稳压的实质是靠稳压管的调节作用和电阻的补偿作用。（2）使用稳压管时必须串联电阻。（3）在稳压电路中，稳压管通常为反接；UZ=UO

，IZmax≥1.5~3IOmax3.总结及注意：RLUiUZIZVZUoioRIR对交流电源的要求限流电阻R的选择（1）当，因此（2）当，如图稳压管电路，已知负载电阻由开路变到2KΩ，整流滤波后的电压Ui为30V，设电网电压变化，负载电压Uo=1V,试求：如何选取稳压二极管及限流电阻？解：负载电流最大值取稳压管可选2CW18例3取电网波动时限流电阻取整流滤波电路如图所示，已知

,稳压管的稳定电流与试求：(1)通过负载和稳压管的电流；(2)变压器副边电压的有效值；(3)通过二极管的平均电流和二极管承受的最高反向电压。T1调整管R3

、T2比较放大R1

、RW

、R2采样电阻R、UZ基准电压R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2二、串联型晶体管稳压电路（1）电路的组成（2）稳压原理输出近似不变实现稳压（3）输出电压的调节范围由于IB1为微安级，与IR2相比可以忽略不计，所以有

UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k

，求输出电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+++=

4=6V4.74.7++=4.74.7+4.7221ZWOmaxURRRRU++=

4=12V4.74.7++=4.74.7例4(4)实际的稳压电源采取的改进措施1.比较放大级采用差动放大器或集成运放2.调整管采用复合三极管3.采用辅助电源(比较放大部分的电源)4.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益5.内部加短路和过热保护电路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化

集成稳压电源三、集成稳压器将稳压电路集成在一个器件内，就构成集成稳压器。具有体积小、可靠性高、使用简单等优点。右图为W78、79系列三端集成稳压器的外形图，其中78系列输出电压为正、79系列输出为负。a图为金属封装，b图为塑料封装。1端:输入端2端:公共端3端:输出端W7800系列稳压器外形1231端:公共端2端:输入端3端:输出端W7900系列稳压器外形1231.三端集成稳压器基本稳压电路Uo

=

12VW7812123Co++UiCi可根据需要,选用W78XX,则Uo

=

XX

V。输入与输出端之间的电压一般不得低于3V！2.同时输出正、负电压的稳压电路W7915W7815CO+15V–15VUO1选用不同稳压值的

78XX

和

79XX,可构成同时输出不对称正、负电压的稳压电路。UiUO1CiCOCiCoW78XXCiUi+_+_Uo132UXXUZRDZUXX:为W78XX固定输出电压Uo=UXX+UZ（1）提高输出电压的电路3.扩展应用电路由于运放的输入阻抗很高,输出阻抗很低，此处为电压跟随器作隔离器使用,它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。（2）输出电压可调式电路用W7805组成的6－30V可调式稳压电源。W78051321KCICOUI76234UO1KF0070.33

33V4K0.1µ

R1R2（3）扩大输出电流的电路CW7800123UiUOCiCORLVIoICI2Io=

I2+

IC

>

I2

当负载电流

Io

小于稳压器电流

I2

=

15

时，三极管

V

截止

当负载电流

Io

I2

时,

T

导通,R则有特点：结构框图如图，与串联反馈式（串联晶体管）稳压电路相比，此电路的调整管工作在开关状态，故称为开关电源。效率高、体积小、重量轻，但输出电压纹波较大。﹡4.3开关型稳压电源别名：晶闸管（Thyristor）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。

特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域：

整流（交流

直流）

逆变（直流

交流）

变频（交流

交流）

斩波（直流

直流）此外还可作无触点开关等。一、可控硅（SCR)（SiliconControlledRectifier）4.4可控整流电路1.结构P1P2N1N2四层半导体K（阴极）G（控制极）A（阳极）PNPN四层半导体结构三个

PN结符号AKG阳极阴极控制极APPNNNPGKigß1igß2ß1igKAGT1T2等效为由二个三极管组成UGKUAKT1、T2都导通后，即使去掉UGK，T1、T2仍然导通RL(1)阳极A加反向电压。可控硅导通的条件：（1）阳极A加正电压（2）控制极G加正的触发电压可控硅截止的条件：(2)可控硅正向导通后，若令其关断，必须减小UAK（或使UAK反向），使可控硅中电流小于某一最小电流IH

（IH称为维持电流）AigßigßßigKGT1T2UAKRLUGKAKG（1）晶闸管具有单向导电性。若使其关断，必须降低UAK或加大回路电阻，把阳极电流减小到维持电流以下。正向导通条件：A、K间加正向电压，G、K间加正的触发信号。晶闸管的工作原理小结（2）晶闸管一旦导通，控制极便失去作用。3、伏安特性UIIHIFIG=0时有IG时正向反向U--阳极、阴极间的电压I--阳极电流UBO正向转折电压截止导通导通后管压降约1V额定正向平均电流维持电流UBR反向击穿电压(1)UFRM：正向重复峰值电压晶闸管耐压值。一般取UFRM=80%UBO

（正向转折电压）。普通晶闸管UFRM

为100V---3000V4.主要参数UIIHIF额定正向平均电流UBO正向转折电压UBR反向击穿电压UFRM控制极断路时，可以重复作用在晶闸管上的反向重复电压。一般取URRM=80%UBR反向击穿电压）。普通晶闸管URRM为100V--3000V）(2)URRM：反向峰值电压UIIHIF额定正向平均电流UBO正向转折电压UBR反向击穿电压UFRMURRM(3)IF：正向平均电流通用系列为：1、5、10、 20、30、50、100、200、300、400、500、600、800、1000A等14种规格。UIIHIF额定正向平均电流UBO正向转折电压UBR反向击穿电压UFRMURRM在环境温度小于40度、标准散热和全导通的条件下，可控硅可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。设正弦半波电流的最大值为Im正弦半波电流的有效值为It（4）正向维持电流IH在规定的环境温度和控制极断路时，维持可控硅继续导通的最小电流。二、

可控整流电路1.单相半波可控整流电路(1)电路及工作原理u1u2uTuLAGKRLuG(2)工作波形(设u1为正弦波)tu2tuGtuLtuT

：控制角

：导通角u2>0时，加上触发电压uG

，晶闸管导通。且uL

的大小随uG

加入的早晚而变化；u2<0时，晶闸管不通，uL=0。故称可控整流。u1u2uTuLAGKRLuG(3)输出电压及电流的平均值

tuL

2

(4)承受的最高正反向电压:tuT电感性负载（如直流电动机的激磁线圈）电路及工作原理D由于电感反电动势的存在，晶闸管在一定时间内仍维持导通，失去单向导电作用。解决办法：加续流二极管D,加入D的目的就是消除反电动势的影响，使晶闸管在u2过零时关断GAuLu1u2uTRKL+–u2正半周时晶闸管导通，u2过零后，电感产生反电动势。波形图2.单相全波可控整流电路一、电阻性负载桥式可控整流电路(1)电路及工作原理u2>0的导通路径：u2(A)T1RLD2u2(B)T1、T2--晶闸管D1、D2--二极管T1T2D1D2RLuLu2AB+-T1

、D2导通，T2

、D1截止uGT2RLD1u2(A)u2(B)u2