1、電工電子技術(shù)實踐電工電子技術(shù)實踐- -直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源第7單元 直流穩(wěn)壓電源 7.1 7.1 專題專題1 1 整流及濾波電路整流及濾波電路 7.2 7.2 專題專題2 2 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路 7.1 專題1 整流及濾波電路整流電路整流電路按輸入電源相數(shù)按輸入電源相數(shù)按輸出波形按輸出波形單相整流電路單相整流電路三相整流電路三相整流電路半波整流電路半波整流電路全波整流電路全波整流電路 利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將工頻交流電變換為脈動直流電的電路稱為整流電路。 7.1 專題1 整流及濾波電路 單相半波整流電路如圖7-2所示。 7.1.1 半波整流電路 圖7-2 單相半波

2、整流電路 當(dāng)當(dāng)u2u2為正半周時，為正半周時，a a端電壓為正，端電壓為正，b b端為負，端為負，二極管二極管VDVD承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負載和電流流過二極管，并且二者相等。設(shè)二極負載和電流流過二極管，并且二者相等。設(shè)二極管為理想元件，則負載兩端輸出電壓等于變壓器管為理想元件，則負載兩端輸出電壓等于變壓器副邊電壓的正半波。副邊電壓的正半波。 當(dāng)當(dāng)u2u2為負半周時，為負半周時，b b端電壓為正，端電壓為正，a a端為負，端為負，二極管二極管VDVD反向截止，負載上無電流通過，輸出電反向截止，負載上無電流通過，輸出電壓，變壓器二次側(cè)電壓全部加在二極

3、管壓，變壓器二次側(cè)電壓全部加在二極管VDVD上。上。o2220122sind()0.452UUttUU 流過負載電阻流過負載電阻RLRL的電流平均值為的電流平均值為o2oLL0.45UUIRR單相半波整流電壓的平均值為單相半波整流電壓的平均值為 流經(jīng)二極管的電流平均值與負載電流平均值相流經(jīng)二極管的電流平均值與負載電流平均值相等，即等，即 2DoL0.45UIIR 二極管截止時承受的最高反向電壓為二極管截止時承受的最高反向電壓為u2u2的最大的最大值，即值，即 URM=U2m=22U 7.1.2 單相橋式整流電路 如圖7-3所示為單相橋式整流電路。當(dāng)u2為正半周時，a端電壓為正，b端為負，二極管

4、VD1和VD3承受正向電壓而導(dǎo)通，而二極管VD2和VD4承受反向電壓而截止。此時電流沿aVD1RLVD3b的路徑形成回路，負載壓降為上正下負。 圖7-3 單相橋式整流電路單相全波整流電壓的平均值為單相全波整流電壓的平均值為 o2220122sind()20.9UUttUU 當(dāng)當(dāng)u2u2為負半周時，為負半周時，a a端電壓為負，端電壓為負，b b端為正，端為正，二極管二極管VD1VD1和和VD3VD3承受反向電壓而截止，而二極管承受反向電壓而截止，而二極管VD2VD2和和VD4VD4承受正向電壓而導(dǎo)通。此時電流沿承受正向電壓而導(dǎo)通。此時電流沿bVD2RL VD4abVD2RL VD4a的路徑形成

5、回路，負載壓降的路徑形成回路，負載壓降仍然為上正下負。輸出整流波形如圖仍然為上正下負。輸出整流波形如圖7-47-4所示。所示。 流過負載電阻RL的電流平均值為 圖7-4 單相橋式整流電路波形o2oLL0.9UUIRR 流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即 2DoL10.452UIIR 每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為u2的最大值，即 URM=U2m=22U 【例例7-17-1】 試設(shè)計一臺輸出電壓為試設(shè)計一臺輸出電壓為24 V24 V、輸、輸出電流為出電流為1 A1 A的直流電源，電路形式可采的直流電源，電路形式可采 用單相用單相半波整流或單相橋式整流，試確定兩種電路形式半波整

6、流或單相橋式整流，試確定兩種電路形式的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應(yīng)的的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應(yīng)的整流二極管。整流二極管。整流二極管承受的最高反向電壓為整流二極管承受的最高反向電壓為 流過整流二極管的平均電流為流過整流二極管的平均電流為 o22453.30.450.45UU URM= 22U =1.4153.3=75.2 VDoII1 A 解解 : :（1 1）當(dāng)采用單相半波整流電路時，變壓器副）當(dāng)采用單相半波整流電路時，變壓器副邊繞組電壓有效值為邊繞組電壓有效值為 因此可選用 2CZ12B整流二極管，其最大整流電流為3 A，最高反向工作電壓為200 V。 （2）當(dāng)采用單

7、相橋式整流電路時，變壓器副邊繞組電壓有效值為 o22426.70.90.9UU 整流二極管承受的最高反向電壓為 URM =22U=1.4126.7=37.6 V 流過整流二極管的平均電流為 Do12II=0.5 A 因此可選用四只 2CZ11A整流二極管，其最大整流電流為1 A，最高反向工作電壓為100 V。 7.1.3 濾波電路 如圖如圖7-57-5（a a）所示為電容濾波電路。）所示為電容濾波電路。 當(dāng)當(dāng)u2u2為正半周時，二極管為正半周時，二極管VDVD承受正向電壓承受正向電壓而導(dǎo)通，電源而導(dǎo)通，電源u2u2在向負載在向負載RLRL供電的同時又對電供電的同時又對電容容C C充電。如果忽略

8、二極管正向壓降，電容電壓充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓ucuc隨隨u2u2按正弦規(guī)律上升至的最大值按正弦規(guī)律上升至的最大值 。 當(dāng)當(dāng)u2u2從峰值開始下降，其值從峰值開始下降，其值ucuc小于時，小于時，VDVD受受反向電壓而截至，電容反向電壓而截至，電容C C通過負載通過負載RLRL放電。當(dāng)放電。當(dāng)ucuc降至小于降至小于u2u2時，二極管又導(dǎo)電，電容時，二極管又導(dǎo)電，電容C C再次充再次充電電。如此循環(huán)下去，負載上能夠得到較平。如此循環(huán)下去，負載上能夠得到較平滑的直流電壓，如圖滑的直流電壓，如圖7-57-5（b b）。）。22U 如圖如圖10-510-5（ b b）所示。電容）所示

9、。電容C C放電的快慢取放電的快慢取決于時間常數(shù)（決于時間常數(shù)（=R=RC C）的大小，時間常數(shù)越大，）的大小，時間常數(shù)越大，電容電容C C放電越慢，輸出電壓放電越慢，輸出電壓U Uo o就越平坦，平均值就越平坦，平均值也越高。也越高。 單相半波整流電容濾波電路選取原則為：單相半波整流電容濾波電路選取原則為：單相橋式整流電容濾波電路選取原則為：單相橋式整流電容濾波電路選取原則為： 中，中，T T為電網(wǎng)電壓周期。為電網(wǎng)電壓周期。 TCRL)53(2/)53(TCRL7.1 專題1 直流穩(wěn)壓電路 將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定直流電壓將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定直流電壓的電路稱為直流穩(wěn)壓電路。的電路

10、稱為直流穩(wěn)壓電路。 如圖如圖7-77-7所示為一個硅穩(wěn)壓二極管組成所示為一個硅穩(wěn)壓二極管組成的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。該電路由限流電阻的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。該電路由限流電阻R R，硅穩(wěn)，硅穩(wěn)壓二極壓二極 管管VDzVDz及負載電阻及負載電阻R RL L組成。硅穩(wěn)壓二極組成。硅穩(wěn)壓二極管正常工作在反向擊穿區(qū)，當(dāng)電流在一定范圍管正常工作在反向擊穿區(qū)，當(dāng)電流在一定范圍內(nèi)變化時，其端電壓基本保持不變。內(nèi)變化時，其端電壓基本保持不變。其工作原理分兩種情況進行討論：其工作原理分兩種情況進行討論：一、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 圖7-5 電容濾波電路及波形一般常用如下經(jīng)驗公式估算電容濾波時的輸出電壓平均值: 半波:Uo=U2; 全

11、波: Uo =1.2U2（有載）。（1 1）當(dāng)負載電阻）當(dāng)負載電阻R RL L不變時，若輸入電壓不變時，若輸入電壓U Ui i增加，硅增加，硅穩(wěn)壓二極管兩端的電壓穩(wěn)壓二極管兩端的電壓U UO O隨之升高，導(dǎo)致流過穩(wěn)壓隨之升高，導(dǎo)致流過穩(wěn)壓二極管的電流二極管的電流I IZ Z急劇增加，使流過電阻急劇增加，使流過電阻R R的電流的電流I I增增大，電阻大，電阻R R上的壓降上的壓降URUR迅速增大，迅速增大，U UO O相應(yīng)降低，從相應(yīng)降低，從而使而使U UO O基本保持不變。反之，若輸入電壓基本保持不變。反之，若輸入電壓U Ui i減小，減小，流過穩(wěn)壓二極管的電流流過穩(wěn)壓二極管的電流I IZ Z

12、相應(yīng)減小，電阻相應(yīng)減小，電阻R R上的壓上的壓降降U UR R迅速減小，從而達到穩(wěn)定輸出電壓迅速減小，從而達到穩(wěn)定輸出電壓U UO O的目的。的目的。 （2 2）當(dāng)輸入電壓）當(dāng)輸入電壓UiUi不變時，若負載電阻不變時，若負載電阻RLRL增增加，硅穩(wěn)壓二極管兩端的電壓加，硅穩(wěn)壓二極管兩端的電壓UOUO升高，升高，IZIZ和和I I隨之增大，壓降隨之增大，壓降URUR迅速增大使迅速增大使UOUO相應(yīng)降低，相應(yīng)降低，從而使從而使UOUO基本不變。反之亦然?；静蛔?。反之亦然。 圖圖7-7 7-7 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 1. 1.電路的組成及各部分的作用電路的組成及各部分的作用 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

13、如圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7-87-8所示。所示。 （1 1）取樣環(huán)節(jié)）取樣環(huán)節(jié): :由由R R1 1、R RP P、R R2 2組成的分壓電路構(gòu)組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓成，它將輸出電壓UoUo分出一部分作為取樣電壓分出一部分作為取樣電壓U UF F，送，送到比較放大環(huán)節(jié)。到比較放大環(huán)節(jié)。 圖7-8 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 （2 2）基準電壓）基準電壓: :由穩(wěn)壓二極管由穩(wěn)壓二極管 VDVDZ Z和電阻和電阻R R3 3構(gòu)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路，為電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓成的穩(wěn)壓電路，為電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓U UZ Z，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準。，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準。 （3 3）

14、比較放大環(huán)節(jié)）比較放大環(huán)節(jié): :由由 VTVT2 2和和R R4 4構(gòu)成的直流放構(gòu)成的直流放大器，其作用是將取樣電壓大器，其作用是將取樣電壓U UF F與基準電壓與基準電壓U UZ Z比較比較放大后控制調(diào)整管放大后控制調(diào)整管VTVT1 1管壓降管壓降U UCE1CE1。 （4 4）調(diào)整環(huán)節(jié)）調(diào)整環(huán)節(jié): :由工作在線性放大區(qū)的調(diào)整管由工作在線性放大區(qū)的調(diào)整管 VTVT1 1組成，組成，VTVT1 1的基極電流的基極電流I IB1B1受比較放受比較放 大電路輸出的控大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流制，它的改變又可使集電極電流I IC1C1和集、射電壓和集、射電壓U UCE1CE1改變，從

15、而達到自動穩(wěn)定輸出電壓的目的。改變，從而達到自動穩(wěn)定輸出電壓的目的。 （2 2）穩(wěn)壓原理）穩(wěn)壓原理 當(dāng)當(dāng)R RL L不變而不變而U Ui i減小時，輸出電壓減小時，輸出電壓U UO O有下降的趨勢，有下降的趨勢，通過取樣電阻的分壓使比較放大器的基極電位通過取樣電阻的分壓使比較放大器的基極電位U UB2B2下下降，而比較放大管的發(fā)射極電壓不變（降，而比較放大管的發(fā)射極電壓不變（U UE2E2=U=UZ Z），），U UBE2BE2下降，因此比較放大管導(dǎo)通能力減弱，下降，因此比較放大管導(dǎo)通能力減弱，U UCE2CE2增大，增大，U UC2C2升高，調(diào)整管導(dǎo)通能力增強，調(diào)整管升高，調(diào)整管導(dǎo)通能力增強

16、，調(diào)整管VTVT1 1集射極集射極之間的電阻之間的電阻R RCE1CE1減小，管壓降減小，管壓降U UCE1CE1下降，使輸出電壓下降，使輸出電壓U UO O上升，保證上升，保證U UO O基本不變，基本不變， 其穩(wěn)壓過程表示如下：其穩(wěn)壓過程表示如下： U Ui iUUO OUUF F(U(UB2B2)U)UBE2BE2(U(UE2E2不不變變)U)UC2C2UUB1B1RRCE1CE1UUCE1CE1UUO O 反之，若反之，若U Ui i升高，分析方法相同。升高，分析方法相同。 當(dāng)當(dāng)U Ui i不變而不變而R RL L增大時，輸出電壓增大時，輸出電壓U UO O有上升的趨勢，有上升的趨勢，則電路調(diào)整過程為：則電路調(diào)整過程為