电工学下18章

Io
Io 2
Uo = 0.9U
Io 2
2U =1.41 U
1.11Io
2U =1.41 2 2U = 2.83 U U
1.57Io 0.79Io
§18.2 滤波器
直流稳压电 源
整流电路仅将交流电压转换成单向脉动的直流 电压。这种电压对许多电子设备远达不到要求， 电压。这种电压对许多电子设备远达不到要求， 滤波器以改善电压的脉动程度 往往再加接滤波器以改善电压的脉动程度。 往往再加接滤波器以改善电压的脉动程度。
压 流 稳压
交流 电源
负 载
u t t u t u t u t
u
晶体管直流电源的
整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。 整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。 是具有单向导电能力的二极管 18.1.1 单相半波整流电路 电路如图：设变压器副边电压为
Tr
整流电路: 将交流电压变换为单向脉动电压的电路。 整流电路 将交流电压变换为单向脉动电压的电路。
二极管只在半个周期能够导电， 二极管只在半个周期能够导电，而负载上得到的电 压是单一方向，大小随时间而变的(单向脉动电压 单向脉动电压)。 压是单一方向，大小随时间而变的 单向脉动电压 。
整流电路的输出电压： 整流电路的输出电压：常用 一个周期内的平均值表示
U0 = =
u
2U
1 π ∫0 2U sinωt ⋅ d(ωt ) Uo 2π 2 U = 0.45U
直流稳压电 源
18.1.2 单相桥式整流电路
单相半波整流电路只利用了电源的半个周期， 单相半波整流电路只利用了电源的半个周期， 并且整流电压的脉动较大。为此， 并且整流电压的脉动较大。为此，常采用全波整流 电路。最常见的就是单相桥式整流电路 单相桥式整流电路。 电路。最常见的就是单相桥式整流电路。
URM = 2 2U 带电容滤波的桥式整流电路U 不变； 带电容滤波的桥式整流电路 RM不变；
微法， 常用电容器一般在10 常用电容器一般在 1~103微法，由负载电流的 大小而定。其耐压值应大于输出电压的最大值。 大小而定。其耐压值应大于输出电压的最大值。 ※大容量的电解电容具有极性，不可接反。 大容量的电解电容具有极性，不可接反。
直流稳压电 源
L
+
C1 C2 RL
Uo –
π形LC滤波电路 滤波电路
R
+
C1 C2 RL
愈大滤波效果愈好， 愈大滤波效果愈好，但使输 u 出电压下降。 出电压下降。 该电路适用于负载电流较小、 该电路适用于负载电流较小、 电压脉动小的场合。 电压脉动小的场合。
Uo –
π形RC滤波电路 滤波电路
实际电源举例
选择稳压管一般规律：
UZ=UO IZM=(1~5)IOM UI=(2~3)UO
二、 恒压源
+U
R
直流稳压电 源
由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源电路 恒压源电路。 恒压源电路
RF ∞ + RL + UO – +U
R
R1
RF ∞ + RL + UO –
R1 DZ R2 A
− +
R2 DZ
− A +
Tr
L
+ u
C RL
Uo –
电感电容滤波电路
LC滤波器适于电流较大、 输出电压脉动很小的场合， 更适合与高频滤波。
三、π形滤波器
若要输出电压的脉动更小， 若要输出电压的脉动更小， 可再加一个滤波电容。 可再加一个滤波电容。 u 滤波器的效果很好 π形LC滤波器的效果很好， 滤波器的效果很好， 但通过二极管的冲击电流较 大。 由于线圈体大且重，有些 由于线圈体大且重， 情况可用电阻代替电感线 滤波器。 圈，即 π形RC滤波器。R 滤波器
0 T
t
π 如果电路负载已知， 如果电路负载已知，则半波整流输出电流的平均值为
U0 U = 0.45 Io = RL RL
二极管所承受的最大反向电压： 二极管所承受的最大反向电压：
直流稳压电 源 D
Tr
URM = Um = 2U
有一单相半波整流电路， 有一单相半波整流电路，负 例 载电阻为 750Ω,变压器副边 ~ Ω 变压器副边 电压为20V， 电压为 ， 试求Uo，Io及URM,并选用二极管。
W7800系列为正电源 正电源输 正电源 出，典型应用只需在输 入端和输出端与地之间 各并联一个电容即可。 前者抵消较长输入线的 电感效应，防止产生自 激振荡。后者用于吸收 负载突变所产生的电压 抖动杂波。 W7900系列为负电压 负电压输 负电压 出，除功能电极的位置 有差异以外与W7800系 列的应用电路一致。
滤波器) 二、电感电容滤波器(LC滤波器 电感电容滤波器 滤波器
直流稳压电 源
为进一步减小输出电压的脉动程度， 为进一步减小输出电压的脉动程度，可在滤波电 容之前串入铁心电感线圈 铁心电感线圈L——即LC滤波器。 滤波器。 容之前串入铁心电感线圈 即 滤波器 由于电感线圈对整 流电流的交流分量 具有阻抗。因此， 具有阻抗。因此， ~ ωL比RL愈大则滤 比 波效果就愈好。 波效果就愈好。 一般需要线圈的电感量 较大， 较大，但其直流电阻也 较大， 较大，因而会造成输出 电压的下降。 电压的下降。
u
一、电容滤波器(C滤波器 电容滤波器 滤波器) 滤波器
D
Tr
a C b RL uC =uo
0
t
D导通 D截止 D导通 截止
u
~
0
D截止 D导通
t 电容滤波器的作用
电容滤波器输出电压的脉动程度 电容滤波器输出电压的脉动程度 滤波器 有所改善，但带负载能力较差。 有所改善，但带负载能力较差。 在负载不同的情况下， 在负载不同的情况下，取用 愈大， 输出电流 Io愈大，输出平均电压 Uo愈小。其外特性曲线如右图： 0.45U 愈小。其外特性曲线如右图：
Uo = 1.2U (全波)
T RLC ≥ (3 ~ 5) 2
Io
或
1 RL ≥ (10 ~ 15) ωC
电容滤波电路中元件的选择： 电容滤波电路中元件的选择：
直流稳压电 源
由于二极管的导通时间较短， 由于二极管的导通时间较短，因此通过二极管的 的电流峰值较大，应避免冲击电流损坏二极管； 冲击电流损坏二极管 的电流峰值较大，应避免冲击电流损坏二极管； 由于滤波电容保持着电压输出， 由于滤波电容保持着电压输出，应注意二极管截 止时所承受的最高反向电压U 有所不同， 止时所承受的最高反向电压 DRM有所不同，带 电容滤波的半波整流电路
+ Ui –
3 –
W7900 1
2 – Co +
Ui Ci +
+
Uo +
3. 正负电源的实用电路
稳压管稳压电路1831稳压管稳压电路如图采用桥式整流和电容滤波得到直流电压u再经限流电阻r和稳压管d使负载得到一个比较稳定的直流输出电压u稳压管稳压电路电压的稳定过程
第18章
直流稳压电源
直流稳压电 源
电源是生产和实验中的重要能源，许多大功率场合 下需要交流电，但电解、电镀及直流电动机需要直 流电。而在电子线路 自动控制装置 电子线路和自动控制装置 电子线路 自动控制装置中还需要电压 非常稳定的直流电。为了得到直流电，除直流发电 机外，更广泛使用的就是晶体管电路的直流电源。
R3 ∞ + – + R1
IO R1 R1 R2
+ RL UO –
+
UZ
–
+ U DZ f –
R + R2 UO = 1 UZ R′′+ R2 1
或
R′ 1 UO = (1+ )UZ R′′+ R2 1
18.3.3 集成稳压电源
直流稳压电 源
稳压电源的应用场合相当广泛，用分立件构成的串联型 稳压电源及由运放构成的稳压电源结构比较复杂，还要注意 加接保护电路。因此，单片集成稳压电源应运而生并且得到 广泛应用。基本可以做到免调试 免调试，且体积小 可靠性高 使 体积小、可靠性高 免调试 体积小 可靠性高、使 用灵活、价格低廉。 用灵活 目前最普遍应用的单片 稳压电源有W7800系列和 W7900系列。 三根引线：输入端1、 输出端 2 和公共端 3 ——三端集成稳压器
D a u b +
ωt
§18.1 整流电路
直流稳压电 源
iD R
u = 2U sinωt
二极管具有单向导电性， 加正向电压时二极管导通，负 载两端有输出电压； u 在加反向电压时二极管截 止，负载得不到输出电压。 负载的电压波形及电流波 uo io 形见右下曲线图。
~
uo
ωt
整流电压的平均值
直流稳压电 源
N2 C2 N3 2CZ12×4 ×
.047µF µ
直流稳压电 源
N1 FU1 1A
FU2 3A C1
-24V 2000µF µ 50V
交 流 ~220V
直 流 24V
如图电源输出 电压为24V，电流 为1.8A。变压器副 绕组N3的电压约为 20V，C2起抑制高 频干扰作用；副绕 组N2的电压为5.5V， 用。 的 流24V电 。
0
单相桥式整流电路的输出电压： 单相桥式整流电路的输出电压：
直流稳压电 源
1 π 2 2 Uo = ∫ 2U sinωt ⋅ d(ωt ) = U = 0.9U π 0 π
负载电阻中通过的输出电流： 负载电阻中通过的输出电流： 每只二极管中通过的电流仅为输出电流一半： 每只二极管中通过的电流仅为输出电流一半： 1 U ID = I0 = 0.45 2 RL 每只二极管承受的最高反向电压： 每只二极管承受的最高反向电压：
0
L
直流稳压电 源
Uo
电容滤波 无电容滤波
1.4U
电容滤波时 采用电容滤波 采用电容滤波时，输出电压 的脉动程度与电容器的放电时间常数R 有关 有关， 的脉动程度与电容器的放电时间常数 LC有关， 其值愈大则脉动程度就愈小。 其值愈大则脉动程度就愈小。一般认为 即可达到要求，此时输出电压 由下式估算： 即可达到要求，此时输出电压Uo由下式估算： Uo = U (半波)
§18.3 直流稳压电路
18.3.1 稳压管稳压电路 最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。 如图采用桥式整流 桥式整流和 桥式整流 电容滤波，得到直流 电容滤波 电压UI，再经限流电阻 ~ R和稳压管DZ ，使负载 得到一个比较稳定的 直流输出电压UO 。
直流稳压电 源
经整流和滤波后，脉动程度有了最大改善，但直流电压的 幅度还会随电网的波动或负载的变化而变化。
Tr
a u b
RL
~
uo
~
u
Байду номын сангаасRL
uo
~
u
RL
uo
~
RL
uo
桥式整流电路工作原理
变压器副边电压u在正半周： D1、D3导通， ~ D2、D4截止； 副边电压u在负半周： D2、D4导通， D1、D3截止。
u
2U
直流稳压电 源
Tr
a
D4 D1 RL D3 D2
u
uo
b
Tr
a
D4
~
u
RL D2
uo
Uo
b t T
(a) 反相输入
(b) 同相输入
RF UO = − UZ R 1
RF UO = (1+ )UZ R 1
18.3.2 串联型稳压电路
直流稳压电 源
用运算放大器做比较放大环节的串联型稳压电源： ′ R1′+ R2 U− = U f = UO T R1 + R2 晶体管 T 称为调整管。其 基准电压为UZ，反馈电压 为U 为 f，电路的反馈类型为 串联电压负反馈。故称为 串联型稳压电源。 由上式可得输出电压为
U0 U I0 = = 0.9 RL RL
URM = 2U
常见的几种整流电路
电 路 整流电 压波形 整流电压 平均值 二极管平 均电流 二极管反 向电压 副边电流 有效值 0
Io U
直流稳压电 源
Io
U uo
Uo
Io
U uo t 0 t
U Uo
Uo
uo t 0
Uo = 0.45U Uo = 0.9U
1 3 2 1 3 2
W7815
9824
外形示意图
直流稳压电 源
1. 主要参数
型 号 Uo (V) UiMax(V) ∆UMin Iom (A) Ro ( )
W7805 5
W7809 9 35 2~3 2.2 0.03~0.15
W7812 12
W7815 15
2. 典型应用电路
1
直流稳压电 源
W7800 3 Co 2 + + Ci + Uo –
a u b +
iD R
uo
解
Uo=0.45U = 0.45×20 = 9V × U 9 Io= R o=750 =12mA
L
URM = 2U = 2 × 20 = 28.2V
查二极管参数手册，选用 查二极管参数手册，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安 。 全此项参数选择应比计算值大一倍左右， 全此项参数选择应比计算值大一倍左右，为50V。 。
IO
+R C UI DZ –
IZ
+ RL UO –
稳压管稳压电路
电压的稳定过程：
当电源电压升高时
直流稳压电 源
IO
u↑→ UI↑→ UO ↑ → ~ IZ ↑ → UR ↑ →保持
负载电压UO近似不变。
+R C UI DZ –
IZ
+ RL UO –
稳压管稳压电路 当负载增加时 IO↑→ UR↑→ UO ↓ → IZ ↓ → UR ↓ →保持负载电压UO近 似不变。