电气基础(直流电源)5

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直流电源
例
有一单相半波整流电路。已知负载电阻RL=750Ω，变压器副边电压 U2=20V,试求U0、,并选用二极管。 输出电压的平均值为：
U o 0.45 U 2 0.45 20 9V
负载电阻RL的电流平均值为： I o U o 9 12mA RL 750 整流二极管的电流平均值为：
假设电路接通时恰恰在u2 由负到正过零的时刻，这时二极管V开 始导通，电源u2 在向负载供电的同时又对电容C充电。如果忽略 二极管正向压降，电容电压 uc 紧随输入电压 u2按正弦规律上升至 的最大值。 随后u2 和uc 都开始下降，u2 按正弦规律下降当 u2 <uc 时，二 极管V因承受反向电压而截止，而电容则对负载电阻 按指数规律 放电，负载中仍有电流。 在 u2 的下一个正半周内，当uc 降至 u2 大于uc 时，二极管又导 通，电容C再次充电。这样循环下去， 周期性地变化，电容周而 复始地充电和放电。 电容两端的电压 uc 即为输出电压 如波形所示，可见输出电压
U2
U O 1 48 0.24A 240mA 2 RL 2 100
U O 48 40V 1.2 1.2
二极管两端承受的最高反向电压为：
U VRM 2U 2 1.41 40 56.4V
直流电源
因此，可以选择型号为2CZ11B的整流二极管，其最 大整流电流为1A，最高反向工作电压为200V。取：
T 1 1 RL C 5 5 5 0.05s 2 2f 2 50
则：
0.05 C 500 106 F 500F RL 100

注意：电容是电解 电容
直流电源
2.电感滤波
电感滤波电路如图所示，即在整流电路与负载电阻RL 之间串联一个电感器L。
的脉动大为减小，并且电压较高。
直流电源
桥式整流电容滤波电路及波形
适用于负载较轻且变 化不大的场合
桥式整流电容滤波电路与半波整流电容滤波电 路的工作原理一样，不同之处在于，在 u2 的一个 周期里，电路中总有二极管导通，电容经历两次 充放电过程，因此输出电压更加平滑。
直流电源
参数选择：
一般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值，即：
电容两端的电压不能突变； 流过电感的电流不能突变。
直流电源
1.电容滤波
工作原理：
电容滤波电路是在整流电路的直流输出侧负 载电阻 两端并联一电容器C，利用电容器的端电 压在电路状态改变时不能突变的原理，使输出电 压趋于平滑。
单相半波整流电容滤波电路图
波形图
直流电源
设整流变压器副边电压为：
u2 2U 2 sint
直流电源
3.复式滤波
LC滤波：
π型滤波：
LC—π型滤波
RC—π型滤波
直流电源 • 5.3 稳压电路
1、稳压管并联型稳压电路 稳压原理
稳压管工作在反向击穿 区时，即使流过稳压管的电 流有较大的变化，其两端的 电压却基本保持不变。
工作原理：
当输入电压 Ui 波动时， 会引起输出电压U0 的 波动。 如Ui升高将引起 U0 随之升高，这会导致稳压管的电流IZ 急剧增加，因此电阻R上的电流IR 和电压UR 也跟着迅速 增大，UR 的增大抵消了UI 的增加，从而使输出电压U0 基本上保持不变。这一自动调压过程可表示如下：
I V I o 12mA
二极管承受的最高反向电压为： U VRM
2U 2 2 20 28.2V
查半导体手册，可以选用型号为2AP4的整流二极管，其最大整流电流 为16mA,最高反向工作电压为50V为了使用安全，二极管的反向工作峰 值电压要选得比大一倍左右。
直流电源
2、单相桥式整流电路 工作原理：
直流电源 集成三端稳压器可分为固定式和可调式两种。固定式有 78XX和79XX系列。W78XX系列输出正电压有5V，6V， 8V，9V，10V，12V，15V，18V和24V等多种。若要获 得负输出电压选79XX系列即可。例如7805输出+5V电压， 7905则输出－5V电压。
固定式三端稳压器的基本接法
直流稳压电源组成框图
直流电源
图中各环节的功能 （1）整流变压器：将交流电源电压变换为 符合整流需要的电压。 （2）整流电路：将交流电压变换为单向 脉动电压。 （3）滤波电路：减小整流电压的脉动程 度，以适合负载的需要。 （4）稳压电路：在交流电源电压波动或 负载变动时，使直流输出电压稳定。
直流电源
直流电源
当负载电流 I0 变化引起输出电压U0 发生变化时， 同样会引起IZ 的相应变化，使得 U0 保持基本稳定。
I
0
U 0 I Z I R U R
U
0

可见，这种稳压电路中稳压管起着自动调节的作 用，电阻R一方面保证稳压管的工作电流不超过 最大稳定电流 IZM ；另一方面还起到电压补偿作 用.
2
直流电源
参数计算及元件选择： （l）负载上的电压平均值和电流平均值。
单相桥式整流电压的平均值为：
Uo

1

0
2U 2 sin td(t)
2 2

U 2 0.9U 2
流过负载电阻RL的电流平均值为：
UO U2 IO 0.9 RL RL
（2）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电 压。
半波：U0=U2
全波：U0=1.2U2
为了获得较平滑的输出电压，选择电容时一般要求： 半波：
RL C (3 ~ 5)T
T RL C (3 ~ 5) 2
T为交流电 压的周期
全波：
直流电源
二极管承受的反向电压最高为：
半波：UDRM=
2 2U 2
桥式：UDRM=
2U 2
例
设计一单相桥式整流电容滤波电路。要求输出电压=48V， 己知负载电阻RL=100Ω，交流电源频率为50HZ，试选择整流 二极管和滤波电容器。 流过整流二极管的平均电流为：I V 1 变压器副边电压有效值为：
直流电源
1、单相半波整流电路 工作原理： u2为正半周时，上+下-，二极 管导通，u0=u2。
2
u2为负半周时，上-下+，二极 管截止，u0=0。
注 意
二极管导通时，流过的电 流与负载上流过的电流相 同；二极管截止时，承受 的最高反向电压为 2 U 2
直流电源
参数计算及元件选择： （l）负载上的电压平均值和电流平均值。
电气基础
——制造大类各专业
直流电源
丁薇
直流电源
在工农业生产和科学实验中，主要采用交流 电，但是在某些场合，例如电解、电镀蓄电池 的充电、直流电动机等，都需要用直流电源供 电。此外，在电子电路和自动控制置中，还需 要用电压非常稳定的直流电源。为了得到直流 电，除了采用直流发电机、干电池等直流电源 外，目前广泛采用各种半导体直流电源。
IV U 1 I O 0.45 2 2 RL
U VRM 2U 2
直流电源
例
试设计一台输出电压为24V，输出电流为１Ａ的直流电源， 电路形式采用桥式整流，试确定变压器副边电压有效值，并选 定整流二极管。
变压器副边电压有效值为： U 2
UO 24 26.7 0.9 0.9
整流二极管承受的最高反向电压为：
直流电源 三端可调式集成稳压器：W117、W217、W317系列 是正电压输出；W137、W237、W337是负电压输出。
可调式三端稳压器的基本接法
' R P U ( 1 ) U0 0
R
1
' U0
是稳压器的标称输出电压
三端可调式集成稳压器不仅输出电压可调，且 稳定性优于固定式，被称为第二代集成稳压器。
The end,thank you!
• 5.1 整流电路
整流电路的任务是将交流电变换为直流电。完成这一任务主要 是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的核心元 件。 整流电路按输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路， 按输出波形又可分为半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路 等。
理想化问题
为了简单起见，分析计算整流电路时把二 极管当作理想元件来处理，即认为二极管的 正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。
单相半波整流电压的平均值为：
1 Uo 2


0
2U 2 sin td (t )
2

U 2 0.45U 2
流过负载电阻RL的电流平均值为：
Uo U2 Io 0.45 RL RL
（2）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电 压。
IV Io U2 0.45 RL
U VRM 2U 2
整个电路由4部分组成： （1）取样环节。由R1，RP，R2组成的分压电路构成。 它将输出电压分出一部分作为取样电压送到比较放大环节。
直流电源 3、集成三端稳压器
集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电 源，应用最为普遍的是三端式串联型集成稳压器。三端 式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端3个接线端 子。
2
单相桥式整流电路电路图
u2为正半周时，上+下-，二极 管VD1、VD3导通，VD2、VD4 截止；u0=u2。
u2为负半周时，上-下+，二极 管VD2、VD4导通，VD1、VD3截 止；u0=-u2。