模电第十章之直流电源

1、第十章 直流电源,第三版童诗白,本章教学基本要求：,1、了解直流电源的组成，理解半波、全波、桥式整 流电路的工作原理及电路参数。 2、理解滤波电路的原理，理解倍压整流电路原理。 3、掌握稳压电路的工作原理、主要指标、限流电阻 的计算，了解稳压电路中的保护措施。 4、掌握串联型稳压电路的组成、工作原理。 5、掌握集成稳压器W7800、W7900、W117的应用。,应达到的教学目标：,学会直流稳压电源的设计，并且能根据设计的要求制作直流稳压电源电路板。,第三版童诗白,本章重点和难点：,1.重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算 。,2.掌握串联型稳压电路的组成和原理。,本章教学时数： 4学时,

2、3.重点掌握集成稳压器的使用。,10.1 直流电源的组成,图 10.1.1 直流电源的组成,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,负载,整流：将交流变为脉动直流的过程。,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,电源变压器: 将交流电网电压变为合适的交流电压。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。,10.2 单相整流电路,二极管导通，uL=u2,二极管截止, uL=0,u2 0 时:,u20时，电流由+流出，经 VD1、RL、流入-。,2. u2 0时，电流由+流出，经 D1、RL、D2流入-。,2. u2 0时，电流由-流出，经 D3、RL、D

3、4流入+。,图 10.2.6,10.2.4 整流电路的主要参数,一、输出直流电压 (输出电压的平均值)UO(AV),二、脉动系数 S,三、二极管正向平均电流 ID(AV),四、二极管最大反向峰值电压 URM,在桥式整流电路中，,输出直流电压：,脉动系数：,二极管正向平均电流：,二极管最大反向峰值电压：,1.输出电压平均值 UO(AV),输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值,2.负载电流的平均值,3.脉动系数,在半波整流电路中,1.57,1.单相整流电路的主要参数,整流电路小结：,2.整流电路二极管的选择,根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号，如2CZ12。,

4、10.3.1 电容滤波电路,图 10.3.1(a) 滤波电路,滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。,电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。,滤波电路输出电压波形,10.3 滤波电路,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,（电容器的充、放电）,（1）RL未接入时(忽略整流电路内阻)即空载（RL=）时,充电结束,没有电容时的输出波形,uc,（2）RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),无滤波电容 时的波形,加入滤波电容 时的波形,充电,放电,u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2 时间常数 = (RL

5、/ Rint ) C,u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数 规律下降，时间常数 = RL C,电容滤波电路小结,适用于负载电流较小的场合。,滤波电容大，效果好。,输出直流电压为：,脉动系数 S 约为 10% 20%。,图 10.3.1,整流管的导电角,10.3.2 RC - 型滤波电路,输出直流电压为：,脉动系数 S 约为：,适用于负载电流较小的场合。,图 10.3.4,在电容滤波电路的基础上，再加一级RC滤波组成。,存在的问题：电阻R上有电压降；整流管冲击电流大。,10.3.3 电感滤波电路和 LC 滤波电路,一、电感滤波器,适用于

6、负载电流比较大的场合。,二、LC 滤波器,输出直流电压为：,脉动系数 S ：,适用于各种场合。,图 10.3.5,图 10.3.6,输出直流电压为：,脉动系数较小,10.3.4 LC - 型滤波电路,图 10 - 2 各种滤波电路的性能比较,整流管的导电角较大,S较LC更小,10.4 倍压整流电路,10.4.1 二倍压整流电路,iD1,iD2,图 10.4.1 二倍压整流电路,10.4.2 多倍压整流电路,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。,图 10.4.2 多倍压整流电路,10.5 硅稳压管稳压电路,10.5.1 稳压电路的主要指标,整流滤波

7、电路输出电压不稳定的主要原因： 负载变化； 电网电压波动。,一、内阻 Ro,二、稳压系数 Sr,10.5.2 硅稳压管的伏安特性,在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。,10.5.3 硅稳压管稳压电路,一、电路组成和工作原理,稳压原理：,1. UI 不变，RL 减小,RL,IL,UR,UO,IZ,IR=IL+IZ,基本不变,2. RL 不变， UI 升高,UI,UO,IZ,UR,UO=UI - UR,基本不变,UO,UO,图 10.5.2,二、内阻和稳压系数的估算,1. 内阻 Ro,2. 稳压系数 Sr,当 rZ RL ， rZ uA 时，uB = + UOPP，调整管

8、饱和导通，iE 向负载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中；,当 ut uA 时，uB = - UOPP，调整管截止， iE = 0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。,图 10.8.2,结论：调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经 LC 滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压 uO。,脉冲波形的占空比。,图 10.8.3 图 10.8.2 电路的波形图,*10.9 可控整流电路（选讲）,10.9.1 晶闸管的基本特性,一、结构与符号,图 10.9.2 晶闸管的结构和符号,阳极,阴极,控制极,二、工作原理,图 10.9.4,1. 控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加正

9、向或反向电压，晶闸管都不导通。,称为阻断,2. 控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。,IG,1 2IG,1IG,图 10.9.3,结论：,晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时，再在控制极加一个正的触发脉冲； 晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA 。 晶闸管导通后，管压降很小，约为 1 V 左右。,三、伏安特性和主要参数,1. 伏安特性,UBO,A,B,C,IH,IG= 0,正向阻断特性：当 IG= 0 ，而阳极电压不超过一定值时，管子处于阻断状态。,UBO 正向转折电压,正向导通特性：管子导通后，伏安特性与二极管的正向特性相似。,IH

10、维持电流,当控制极电流 IG 0 时， 使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。,IG 增大,反向特性：与二极管的反向特性相似。,UBR,图 10.9.6 晶闸管的伏安特性,2. 主要参数,断态重复峰值电压 UDRM 反向重复峰值电压 URRM 额定通态平均电流 IT 额定通态平均电压 UT 维持电流 IH ： 控制极触发电压 UGT 控制极触发电流 IGT,10.9.2 单相桥式可控整流电路,在 u2 正半周，当控制极加触发脉冲，VT1 和 VD2 导通；,在 u2 负半周，当控制极加触发脉冲，VT2和 VD1 导通；,：控制角； ：导电角,一、电路组成及工作原理,图 10.9.7,图 1

11、0.9.8,二、电路参数的估算,即：,输出电压平均值：,输出电流平均值：,晶闸管承受的最大反向电压：,图 10.9.9,10.9.3 单结管触发电路,对触发电路的要求： (1) 触发时，能提供足够的触发脉冲电压和电流。 (2) 触发电路的漏电压不超过 0.25 V。 (3) 触发脉冲的前沿时间小于 10 s。 (4) 触发脉冲要有足够的宽度。一般要求大于 20 s。 (5) 控制角的范围接近或大于 150。 (6) 触发电路必须与主电路同步。,一、单结管的结构及特性,N 型硅片,P 区,PN 结,e,b1,b2,单结晶体管又称为双基极晶体管。,(a)结构,(b)符号,(C)等效电路,图 10.9.10 单结管的结构及符号,特性：,分压比,A,P,V,B,IP,UP,截止区,负阻区,饱和区,峰点,UP：峰点电压,IP：峰点电流,谷点,UV：谷点电压,IV：谷点电流,图 10.9.11(a),图 10.9.11(b),二、单结管的脉冲发生电路,图 10.9.12 单结管的脉冲发生电路,三、单结管的触发电路,图 10.9.14,图 10.9.15,复习,1.如何将集成功放5G31接成OTL、OCL电路？,2.桥式整流电路的工作原理？,3.桥式整流电路中UO(AV) 、脉动系数 S 、 ID(AV) 和 URM等于多大？,1整流电路（利用二极管的单向导电性） 半波整流：UL=0.