电气基础(直流电源)5

1、直流电源 在工农业生产和科学实验中，主要采用交流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。外，目前广泛采用各种半导体直流电源。直流稳压电源组成框图直流电源 （1）整流变

2、压器：将交流电源电压变换为）整流变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。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）整流电路：将交流电压变换为单向脉动电压。动电压。 （3）滤波电路：减小整流电压的脉动程度，）滤波电路：减小整流电压的脉动程度，以适合负载的需要。以适合负载的需要。 （4）稳压电路：在交流电源电压波动或负）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。载变动时，使直流输出电压稳定。直流电源 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，

3、因此二极管是构成整流电路的核心元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，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。等。 为了简单起见，分析计算整流电路时把二为了简单起见，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。向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。直流电源1、单相半波整流电路、单相半波整

4、流电路工作原理：u2为正半周时，上+下-，二极管导通，u0=u2。u2为负半周时，上-下+，二极管截止，u0=0。注注 意意二极管导通时，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2U22直流电源2220o45. 02)(sin221UUttdUU参数计算及元件选择：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： 流过负载电阻流过负载电阻RL的电流平均值为：的电流平均值为：LLoRURUI2o45. 0（l）负载上的电压平均值和电流平均值。）负载上的电压平均值和电流平均值。（2）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压。）整流二极管的电流平均值和承受的最高

5、反向电压。L2oV45.0RUII2VRM2UU直流电源 V92045. 045. 02oUU例例有一单相半波整流电路。已知负载电阻RL=750，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： 负载电阻RL的电流平均值为： 整流二极管的电流平均值为： 二极管承受的最高反向电压为： 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。mA127509ooLRUImA12oV IIV2 .2820222VRMUU直流电源2、单相桥式整流电路、单相桥式整流电路工作原

6、理：2u2为正半周时，上+下-，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止；u0=u2。单相桥式整流电路电路图直流电源U22u2为负半周时，上-下+，二极管VD2、VD4导通，VD1、VD3截止；u0=-u2。注注 意意二极管流过的电流是负载上流过的电流的1/2；二极管截止时，承受的最高反向电压为U22直流电源参数计算及元件选择：单相单相桥式桥式整流电压的平均值为：整流电压的平均值为： 流过负载电阻流过负载电阻RL的电流平均值为：的电流平均值为：（l）负载上的电压平均值和电流平均值。）负载上的电压平均值和电流平均值。（2）整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压。）整流二极管的电流平均值和

7、承受的最高反向电压。2VRM2UU2220o9 .022t)d(sin21UUtUULLRURUI2OO9 . 0L2OV45. 021RUII直流电源 试设计一台输出电压为24V，输出电流为的直流电源，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。例例变压器副边电压有效值为： 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： 因此，可以选用4只型号为2CZ11A整流二极管，其最大整流电流为1A，最高反向工作电压为100V。 7.269.0249.0O2UUV6 .377 .2641. 122VRMUUA5 . 021OVII直流电源 5.2 滤波电路 整流

8、电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可以直接使大，在某些应用中如电镀、蓄电池充电等可以直接使用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电用脉动直流电源。但许多电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需要加滤波电路将源。这种电源中的整流电路后面还需要加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。电容两端的电压不能突变；电容两端的电压不能突变；流过电感的电流不能突

9、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：单相半波整流电容滤波电路图波形图 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。直流电源设整流变压器副边电压为： tUusin222 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

10、 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，可见输出电压输出电压的脉动大为减小，并且电压较高。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 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。适用于负载较轻且变化不大的场合直流电源参数选择：TCR)53(L一般常用如下经验公式估

11、算电容滤波时的输出电压平均值，即：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：2)53(LTCR半波：全波：T为交流电压的周期直流电源U222U22二极管承受的反向电压最高为：半波：UDRM=桥式：UDRM=例例 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=100，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： 变压器副边电压有效值为： 二极管两端承受的最高反向电压为： mA240A24. 0100482121LOVRUIV402 . 1482 . 1O2UUV4 .564041. 122

12、VRMUU直流电源s05. 05021521525LfTCR 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： F500F1050010005. 06LRC则：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。 交流电压U2 经全波整流后变成脉动直流电压，其中既含有各次谐波的交流分量，又含有直流分量。 对于直流分量，电感相当于短路，所以直流分量基本上都降在电阻 RL 上；对于交流分量，谐波频率越高，感抗越大，因而交流分量大部分降在电感L上。这样，在输出端即可得到较平滑的电压波形。适

13、用于负载电流较大的场所直流电源3.复式滤波LC滤波：型滤波：LC型滤波RC型滤波直流电源 5.3 稳压电路1、稳压管并联型稳压电路 稳压管工作在反向击穿稳压管工作在反向击穿区时，即使流过稳压管的电区时，即使流过稳压管的电流有较大的变化，其两端的流有较大的变化，其两端的电压却基本保持不变。电压却基本保持不变。稳压原理稳压原理 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

14、：工作原理：工作原理：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。UIIUIRRZ00U0 可见，这种稳压电路中稳压管起着自动调节的作可见，这种稳压电路中稳压管起着自动调节的作用，电阻用，电阻R一方面保证稳压管的工作电流不超过一方面保证稳压管的工作电流不超过最大稳定电流最大稳定电流 IZM ；另一方面还起到电压补偿作；另一方面还起到电压补偿作用用.直流电源 （2）基准电压。由稳压二极管和电阻R3构成的稳压电路组成。它为电路提供一个稳定的基准电压，作为调整、比较的标准。 （3）比较放大环节。由V2和R4构成的直流放大电路组成

15、。其作用是将取样电压Uf与基准电压Uz之差放大后去控制调整管V1。 （4）调整环节。由工作在线性放大区的功率管V1组成。V1的基极电流IB1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1和集、射电压UCE1改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。稳压过程如下：稳压过程如下：输出电压可以通过RP在一定范围内可调直流电源2、串联型稳压电路 硅稳压管稳压电路虽很简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，负载电流不能太大。另外，输出电压不可调且稳定性也不够理想。若要获得稳定性高且连续可调的输出直流电压，可以采用由三极管或集成运算放大器所组成的串联型直流稳压电路。整个电路由整个电路由4部分组成：部

16、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。 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固定式三端稳压器的基本接法直流电源)1 (100RRUPU 可调式三端稳压器的基本接法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。三端可调式集成稳压器不仅输出电压可调，且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。稳定性优于固定式，被称为第二代集成稳压器。0U是稳压器的标称输出电压目录单击此处添加标题文字单击此处添加标题文字单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容 单击此处添加文字内容单击此处添加文字内容 单