电工电子技术实践-直流稳压电源

1、电工电子技术实践电工电子技术实践- -直流稳压电源直流稳压电源第7单元 直流稳压电源 7.1 7.1 专题专题1 1 整流及滤波电路整流及滤波电路 7.2 7.2 专题专题2 2 直流稳压电路直流稳压电路 7.1 专题1 整流及滤波电路整流电路整流电路按输入电源相数按输入电源相数按输出波形按输出波形单相整流电路单相整流电路三相整流电路三相整流电路半波整流电路半波整流电路全波整流电路全波整流电路 利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将工频交流电变换为脉动直流电的电路称为整流电路。 7.1 专题1 整流及滤波电路 单相半波整流电路如图7-2所示。 7.1.1 半波整流电路 图7-2 单相半波

2、整流电路 当当u2u2为正半周时，为正半周时，a a端电压为正，端电压为正，b b端为负，端为负，二极管二极管VDVD承受正向电压而导通，此时有电流流过承受正向电压而导通，此时有电流流过负载和电流流过二极管，并且二者相等。设二极负载和电流流过二极管，并且二者相等。设二极管为理想元件，则负载两端输出电压等于变压器管为理想元件，则负载两端输出电压等于变压器副边电压的正半波。副边电压的正半波。 当当u2u2为负半周时，为负半周时，b b端电压为正，端电压为正，a a端为负，端为负，二极管二极管VDVD反向截止，负载上无电流通过，输出电反向截止，负载上无电流通过，输出电压，变压器二次侧电压全部加在二极

3、管压，变压器二次侧电压全部加在二极管VDVD上。上。o2220122sind()0.452UUttUU 流过负载电阻流过负载电阻RLRL的电流平均值为的电流平均值为o2oLL0.45UUIRR单相半波整流电压的平均值为单相半波整流电压的平均值为 流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即等，即 2DoL0.45UIIR 二极管截止时承受的最高反向电压为二极管截止时承受的最高反向电压为u2u2的最大的最大值，即值，即 URM=U2m=22U 7.1.2 单相桥式整流电路 如图7-3所示为单相桥式整流电路。当u2为正半周时，a端电压为正，b端为负，二极管

4、VD1和VD3承受正向电压而导通，而二极管VD2和VD4承受反向电压而截止。此时电流沿aVD1RLVD3b的路径形成回路，负载压降为上正下负。 图7-3 单相桥式整流电路单相全波整流电压的平均值为单相全波整流电压的平均值为 o2220122sind()20.9UUttUU 当当u2u2为负半周时，为负半周时，a a端电压为负，端电压为负，b b端为正，端为正，二极管二极管VD1VD1和和VD3VD3承受反向电压而截止，而二极管承受反向电压而截止，而二极管VD2VD2和和VD4VD4承受正向电压而导通。此时电流沿承受正向电压而导通。此时电流沿bVD2RL VD4abVD2RL VD4a的路径形成

5、回路，负载压降的路径形成回路，负载压降仍然为上正下负。输出整流波形如图仍然为上正下负。输出整流波形如图7-47-4所示。所示。 流过负载电阻RL的电流平均值为 图7-4 单相桥式整流电路波形o2oLL0.9UUIRR 流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即 2DoL10.452UIIR 每个二极管在截止时承受的最高反向电压为u2的最大值，即 URM=U2m=22U 【例例7-17-1】 试设计一台输出电压为试设计一台输出电压为24 V24 V、输、输出电流为出电流为1 A1 A的直流电源，电路形式可采的直流电源，电路形式可采 用单相用单相半波整流或单相桥式整流，试确定两种电路形式半波整

6、流或单相桥式整流，试确定两种电路形式的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。整流二极管。整流二极管承受的最高反向电压为整流二极管承受的最高反向电压为 流过整流二极管的平均电流为流过整流二极管的平均电流为 o22453.30.450.45UU URM= 22U =1.4153.3=75.2 VDoII1 A 解解 : :（1 1）当采用单相半波整流电路时，变压器副）当采用单相半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为边绕组电压有效值为 因此可选用 2CZ12B整流二极管，其最大整流电流为3 A，最高反向工作电压为200 V。 （2）当采用单

7、相桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为 o22426.70.90.9UU 整流二极管承受的最高反向电压为 URM =22U=1.4126.7=37.6 V 流过整流二极管的平均电流为 Do12II=0.5 A 因此可选用四只 2CZ11A整流二极管，其最大整流电流为1 A，最高反向工作电压为100 V。 7.1.3 滤波电路 如图如图7-57-5（a a）所示为电容滤波电路。）所示为电容滤波电路。 当当u2u2为正半周时，二极管为正半周时，二极管VDVD承受正向电压承受正向电压而导通，电源而导通，电源u2u2在向负载在向负载RLRL供电的同时又对电供电的同时又对电容容C C充电。如果忽略

8、二极管正向压降，电容电压充电。如果忽略二极管正向压降，电容电压ucuc随随u2u2按正弦规律上升至的最大值按正弦规律上升至的最大值 。 当当u2u2从峰值开始下降，其值从峰值开始下降，其值ucuc小于时，小于时，VDVD受受反向电压而截至，电容反向电压而截至，电容C C通过负载通过负载RLRL放电。当放电。当ucuc降至小于降至小于u2u2时，二极管又导电，电容时，二极管又导电，电容C C再次充再次充电电。如此循环下去，负载上能够得到较平。如此循环下去，负载上能够得到较平滑的直流电压，如图滑的直流电压，如图7-57-5（b b）。）。22U 如图如图10-510-5（ b b）所示。电容）所示

9、。电容C C放电的快慢取放电的快慢取决于时间常数（决于时间常数（=R=RC C）的大小，时间常数越大，）的大小，时间常数越大，电容电容C C放电越慢，输出电压放电越慢，输出电压U Uo o就越平坦，平均值就越平坦，平均值也越高。也越高。 单相半波整流电容滤波电路选取原则为：单相半波整流电容滤波电路选取原则为：单相桥式整流电容滤波电路选取原则为：单相桥式整流电容滤波电路选取原则为： 中，中，T T为电网电压周期。为电网电压周期。 TCRL)53(2/)53(TCRL7.1 专题1 直流稳压电路 将不稳定的直流电压变换成稳定直流电压将不稳定的直流电压变换成稳定直流电压的电路称为直流稳压电路。的电路

10、称为直流稳压电路。 如图如图7-77-7所示为一个硅稳压二极管组成所示为一个硅稳压二极管组成的并联型稳压电路。该电路由限流电阻的并联型稳压电路。该电路由限流电阻R R，硅稳，硅稳压二极压二极 管管VDzVDz及负载电阻及负载电阻R RL L组成。硅稳压二极组成。硅稳压二极管正常工作在反向击穿区，当电流在一定范围管正常工作在反向击穿区，当电流在一定范围内变化时，其端电压基本保持不变。内变化时，其端电压基本保持不变。其工作原理分两种情况进行讨论：其工作原理分两种情况进行讨论：一、并联型稳压电路 图7-5 电容滤波电路及波形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: 半波:Uo=U2; 全

11、波: Uo =1.2U2（有载）。（1 1）当负载电阻）当负载电阻R RL L不变时，若输入电压不变时，若输入电压U Ui i增加，硅增加，硅稳压二极管两端的电压稳压二极管两端的电压U UO O随之升高，导致流过稳压随之升高，导致流过稳压二极管的电流二极管的电流I IZ Z急剧增加，使流过电阻急剧增加，使流过电阻R R的电流的电流I I增增大，电阻大，电阻R R上的压降上的压降URUR迅速增大，迅速增大，U UO O相应降低，从相应降低，从而使而使U UO O基本保持不变。反之，若输入电压基本保持不变。反之，若输入电压U Ui i减小，减小，流过稳压二极管的电流流过稳压二极管的电流I IZ Z

12、相应减小，电阻相应减小，电阻R R上的压上的压降降U UR R迅速减小，从而达到稳定输出电压迅速减小，从而达到稳定输出电压U UO O的目的。的目的。 （2 2）当输入电压）当输入电压UiUi不变时，若负载电阻不变时，若负载电阻RLRL增增加，硅稳压二极管两端的电压加，硅稳压二极管两端的电压UOUO升高，升高，IZIZ和和I I随之增大，压降随之增大，压降URUR迅速增大使迅速增大使UOUO相应降低，相应降低，从而使从而使UOUO基本不变。反之亦然。基本不变。反之亦然。 图图7-7 7-7 并联型稳压电路并联型稳压电路 1. 1.电路的组成及各部分的作用电路的组成及各部分的作用 串联型稳压电路

13、如图串联型稳压电路如图7-87-8所示。所示。 （1 1）取样环节）取样环节: :由由R R1 1、R RP P、R R2 2组成的分压电路构组成的分压电路构成，它将输出电压成，它将输出电压UoUo分出一部分作为取样电压分出一部分作为取样电压U UF F，送，送到比较放大环节。到比较放大环节。 图7-8 串联型稳压电路 二、串联型稳压电路 （2 2）基准电压）基准电压: :由稳压二极管由稳压二极管 VDVDZ Z和电阻和电阻R R3 3构构成的稳压电路，为电路提供一个稳定的基准电压成的稳压电路，为电路提供一个稳定的基准电压U UZ Z，作为调整、比较的标准。，作为调整、比较的标准。 （3 3）

14、比较放大环节）比较放大环节: :由由 VTVT2 2和和R R4 4构成的直流放构成的直流放大器，其作用是将取样电压大器，其作用是将取样电压U UF F与基准电压与基准电压U UZ Z比较比较放大后控制调整管放大后控制调整管VTVT1 1管压降管压降U UCE1CE1。 （4 4）调整环节）调整环节: :由工作在线性放大区的调整管由工作在线性放大区的调整管 VTVT1 1组成，组成，VTVT1 1的基极电流的基极电流I IB1B1受比较放受比较放 大电路输出的控大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流制，它的改变又可使集电极电流I IC1C1和集、射电压和集、射电压U UCE1CE1改变，从

15、而达到自动稳定输出电压的目的。改变，从而达到自动稳定输出电压的目的。 （2 2）稳压原理）稳压原理 当当R RL L不变而不变而U Ui i减小时，输出电压减小时，输出电压U UO O有下降的趋势，有下降的趋势，通过取样电阻的分压使比较放大器的基极电位通过取样电阻的分压使比较放大器的基极电位U UB2B2下下降，而比较放大管的发射极电压不变（降，而比较放大管的发射极电压不变（U UE2E2=U=UZ Z），），U UBE2BE2下降，因此比较放大管导通能力减弱，下降，因此比较放大管导通能力减弱，U UCE2CE2增大，增大，U UC2C2升高，调整管导通能力增强，调整管升高，调整管导通能力增强

16、，调整管VTVT1 1集射极集射极之间的电阻之间的电阻R RCE1CE1减小，管压降减小，管压降U UCE1CE1下降，使输出电压下降，使输出电压U UO O上升，保证上升，保证U UO O基本不变，基本不变， 其稳压过程表示如下：其稳压过程表示如下： U Ui iUUO OUUF F(U(UB2B2)U)UBE2BE2(U(UE2E2不不变变)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。 当当U Ui i不变而不变而R RL L增大时，输出电压增大时，输出电压U UO O有上升的趋势，有上升的趋势，则电路调整过程为：则电路调整过程为