单相交流电路课件

直流稳压电源仿真实训主讲教师：张恩沛教授直流稳压电源仿真实训主讲教师：张恩沛教授1前言在工农业生产、日常生活和科研工作中，主要用交流电源，但是在电解、电镀、直流电机驱动等工业领域，都需要用直流电源。另外，在仪器仪表、计算机和控制装置中，也需要高质量的稳压电源。现在，我们进行直流稳压电源仿真实验研究。前言在工农业生产、日常生活和科研工作中，主要用交2项目5直流稳压电源仿真实训通过仿真实训，加深对直流稳压电源的理解，掌握稳压电源的仿真实验方法，并为制作实用稳压电源打下基础。一、实训目的项目5直流稳压电源仿真实训通过仿真实训，加3二、实训内容1、直流稳压电源基本组成；2、整流电路－半波、全波和单相桥式整流电路；3、滤波电路－电容、电感和复式滤波电路；4、稳压电路－稳压管、并联稳压和集成稳压电路。二、实训内容1、直流稳压电源基本组成；4直流稳压电源通常是由交流电压转变而成的。将交流电压转变成稳定的直流电压，需要经过变压、整流、滤波、稳压四个过程。5.1直流稳压电源的组成直流稳压电源通常是由交流电压转变而成的。将交流电压转5电源变压器：将同频率的交流电压变换为需要的电压。整流电路：利用二极管的单向导电特性，将交流电压变换为单向脉动直流电压。滤波电路：利用电容或电感的储能特性，减小整流电压的脉动程度。稳压电路：在电源电压波动或负载变化时，保持直流输出电压稳定。电源变压器：将同频率的交流电压变换为需要的电压。6整流电路是利用二极管的单向导电特性，将交流电变换成脉动的直流电。常用的整流电路有三种：单相半波整流、全波整流和桥式整流。目前广泛使用的是桥式整流电路。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

5.2整流电路整流电路是利用二极管的单向导电特性，将交流电变换成脉7单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二极管来实现整流功能，如下图所示。5.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二极管来8u2>0:二极管导通，uL＝u2

u2<0：二极管截止，uL＝0u2>0:二极管导通，uL＝u29输出波形在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正半个正弦波。负半周时，二极管D承受反向电压，截止。

uoui输出波形在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正10仿真实验1－单相半波整流电路仿真实验1、启动Multisim7，做单相半波整流电路，如下图所示。仿真实验1－单相半波整流电路仿真实验1、启动Multisim112、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。2、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。12从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2。5.2.2全波整流电路从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2。5.2.213当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。当u2正半周时，D1导通，D2截止。14全波整流电压波形全波整流电压波形15由四个二极管组成桥路5.2.3单相桥式整流电路由四个二极管组成桥路5.2.3单相桥式整流电路16U2正半周时，D1、D3导通；D2、D4截止。U2正半周时，D1、D3导通；D2、D4截止。17U2负半周时，D2、D4导通；D1、D3截止。U2负半周时，D2、D4导通；D1、D3截止。18单相桥式整流电压波形单相桥式整流电压波形19在实际应用中，用“集成硅整流桥”来实现。在实际应用中，用“集成硅整流桥”来实现。20仿真实验2－桥式整流电路仿真实验1、启动Multisim7，做桥式整流电路，如下图所示。仿真实验2－桥式整流电路仿真实验1、启动Multisim7，212、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。2、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。22交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。利用电容两端电压(或电感中的电流)不能突变的特性,滤掉交流成份，保留直流成份，达到平滑输出电压的目的。5.3滤波电路交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又23最简单的电容滤波电路，就是在负载上并联一个电容器，利用电容器充放电时，端电压不能跃变的特性进行滤波。5.3.1电容滤波最简单的电容滤波电路，就是在负载上并联一个电容器，利用24仿真实验3－整流滤波电路仿真实验1、启动Multisim7，做桥式整流滤波电路，如下图所示。仿真实验3－整流滤波电路仿真实验1、启动Multisim7，252、用示波器观察电容充放电的滤波波形。2、用示波器观察电容充放电的滤波波形。263、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。3、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。27电容充放电时间τ=RLC,τ大，充放电时间长，波纹较小，滤波效果好。电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小的场合。电容充放电时间τ=RLC,τ大，充放电时28电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中自感电动势阻碍电流的变化，使负载电流和负载电压的脉动减小。5.3.2电感滤波电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感线圈的29电感滤波的特点优点：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。缺点：电路复杂、电感铁芯体积大。电感滤波的特点优点：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。30为了减小脉动，可采用复式滤波。如Π型RC滤波、Π型LC滤波、CLC滤波、CRC滤波以及T型滤波等。5.3.3复式滤波LC滤波CLC滤波CRC滤波为了减小脉动，可采用复式滤波。如Π型RC滤波、Π型L31稳压电路分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。线性稳压电路制作方便、简单易行，但效率低、体积大。开关稳压电路体积小、效率高，但控制电路复杂。随着电力电子器件和集成电路的发展，开关电源已经得到广泛地应用。线性稳压电路主要分为并联稳压电路和串联稳压电路两种。下面，先介绍并联稳压电路。5.4稳压电路稳压电路分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。线性稳32稳压管稳压电路是由限流电阻R、稳压管VD及负载RL组成。其中稳压管与负载并联，限流电阻串联电路中。5.4.1并联稳压电路稳压管稳压电路是由限流电阻R、稳压管VD及负载RL33稳压原理—利用稳压管的反向击穿特性。稳压管的输出电压，即为稳压管的反向击穿电压Uz。稳压原理—利用稳压管的反向击穿特性。稳压管的输出电压，即为稳34仿真实验4－稳压电路仿真实验通常是由桥式整流、电容滤波、稳压管稳压所组成的稳压电源。仿真实验4－稳压电路仿真实验通常是由桥式整流、电容滤波35用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与稳压后的输出电压这两个波形。用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与稳压后36集成稳压电路是将稳压电路集成在一块硅片上，具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。集成稳压器的种类很多，最普遍的是3端式稳压器，仅有输入端、输出端和公共端3个接线端子。主要有两个系列：W78××和W79××稳压器。5.4.2集成稳压电路集成稳压电路是将稳压电路集成在一块硅片上，具有体积小37常用的集成稳压器W7800系列——输出正电压：

W7809输出+9VW7812输出+12V

W7900系列——输出负电压：

W7909输出-9VW7912输出-12V

常用的集成稳压器W7800系列——输出正电压：38仿真实验5－集成稳压电路仿真实验它是由整流、滤波、三端稳压器所组成的稳压电源。仿真实验5－集成稳压电路仿真实验它是由整流、滤波、三端39整流、滤波和稳压的波形图整流、滤波和稳压的波形图40

1、直流稳压电源是由交流电源经过变换得来的，由变压、整流、滤波和稳压四部分组成。

2、整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电转换成单向脉动直流电。整流电路有多种：半波、全波和桥式。由于单相桥式整流电路的变压器利用率高，输出电压脉动成分小，得到广泛应用。本课小结1、直流稳压电源是由交流电源经过变换得来的，由变压、整流41

3、滤波电路是利用电容、电感等储能元件滤去脉动直流电压中的交流成分，使输出电压平滑。采用电容滤波成本低，输出电压好，但带负载能力差，适用于负载电流较小的场合。采用电感滤波成本高，带负载能力强，适用于负载电流较大的场合。在要求较高的场合，可采用LC、π型、多节RC等复合滤波电路。3、滤波电路是利用电容、电感等储能元件滤去脉动直流电压中42

4、对要求不高的小功率稳压电路，可采用并联型稳压电路。要求较高的场合可采用串联型稳压电路。

5、由于集成稳压器具有通用性强、精度高、成本低、体积小、重量轻、安装调试方便等优点，应用非常广泛。4、对要求不高的小功率稳压电路，可采用并联型稳压电路。要431、做单相半波、桥式整流、电容滤波电路仿真实验，用双踪示波器观察波形。2、在滤波电路中分别改变电容值和电阻值，会出现什么变化？用双踪示波器观察波形。3、分别做稳压管集成稳压电路仿真实验，用双踪示波器观察波形。4、撰写直流稳压电源仿真实训报告。实训作业1、做单相半波、桥式整流、电容滤波电路仿真实验，用双踪示波器44实训项目完实训项目完45再见！再见！46直流稳压电源仿真实训主讲教师：张恩沛教授直流稳压电源仿真实训主讲教师：张恩沛教授47前言在工农业生产、日常生活和科研工作中，主要用交流电源，但是在电解、电镀、直流电机驱动等工业领域，都需要用直流电源。另外，在仪器仪表、计算机和控制装置中，也需要高质量的稳压电源。现在，我们进行直流稳压电源仿真实验研究。前言在工农业生产、日常生活和科研工作中，主要用交48项目5直流稳压电源仿真实训通过仿真实训，加深对直流稳压电源的理解，掌握稳压电源的仿真实验方法，并为制作实用稳压电源打下基础。一、实训目的项目5直流稳压电源仿真实训通过仿真实训，加49二、实训内容1、直流稳压电源基本组成；2、整流电路－半波、全波和单相桥式整流电路；3、滤波电路－电容、电感和复式滤波电路；4、稳压电路－稳压管、并联稳压和集成稳压电路。二、实训内容1、直流稳压电源基本组成；50直流稳压电源通常是由交流电压转变而成的。将交流电压转变成稳定的直流电压，需要经过变压、整流、滤波、稳压四个过程。5.1直流稳压电源的组成直流稳压电源通常是由交流电压转变而成的。将交流电压转51电源变压器：将同频率的交流电压变换为需要的电压。整流电路：利用二极管的单向导电特性，将交流电压变换为单向脉动直流电压。滤波电路：利用电容或电感的储能特性，减小整流电压的脉动程度。稳压电路：在电源电压波动或负载变化时，保持直流输出电压稳定。电源变压器：将同频率的交流电压变换为需要的电压。52整流电路是利用二极管的单向导电特性，将交流电变换成脉动的直流电。常用的整流电路有三种：单相半波整流、全波整流和桥式整流。目前广泛使用的是桥式整流电路。为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

5.2整流电路整流电路是利用二极管的单向导电特性，将交流电变换成脉53单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二极管来实现整流功能，如下图所示。5.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路是最简单的整流电路，仅用一个二极管来54u2>0:二极管导通，uL＝u2

u2<0：二极管截止，uL＝0u2>0:二极管导通，uL＝u255输出波形在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正半个正弦波。负半周时，二极管D承受反向电压，截止。

uoui输出波形在一个周期内，只有正半周导电，负载上得到的是正56仿真实验1－单相半波整流电路仿真实验1、启动Multisim7，做单相半波整流电路，如下图所示。仿真实验1－单相半波整流电路仿真实验1、启动Multisim572、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。2、示波器观察半波整流电路输入、输出波形，如下图所示。58从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2。5.2.2全波整流电路从变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2。5.2.259当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。当u2正半周时，D1导通，D2截止。60全波整流电压波形全波整流电压波形61由四个二极管组成桥路5.2.3单相桥式整流电路由四个二极管组成桥路5.2.3单相桥式整流电路62U2正半周时，D1、D3导通；D2、D4截止。U2正半周时，D1、D3导通；D2、D4截止。63U2负半周时，D2、D4导通；D1、D3截止。U2负半周时，D2、D4导通；D1、D3截止。64单相桥式整流电压波形单相桥式整流电压波形65在实际应用中，用“集成硅整流桥”来实现。在实际应用中，用“集成硅整流桥”来实现。66仿真实验2－桥式整流电路仿真实验1、启动Multisim7，做桥式整流电路，如下图所示。仿真实验2－桥式整流电路仿真实验1、启动Multisim7，672、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。2、示波器观察桥式整流电路输入、输出波形，如下图所示。68交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。利用电容两端电压(或电感中的电流)不能突变的特性,滤掉交流成份，保留直流成份，达到平滑输出电压的目的。5.3滤波电路交流电压经整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又69最简单的电容滤波电路，就是在负载上并联一个电容器，利用电容器充放电时，端电压不能跃变的特性进行滤波。5.3.1电容滤波最简单的电容滤波电路，就是在负载上并联一个电容器，利用70仿真实验3－整流滤波电路仿真实验1、启动Multisim7，做桥式整流滤波电路，如下图所示。仿真实验3－整流滤波电路仿真实验1、启动Multisim7，712、用示波器观察电容充放电的滤波波形。2、用示波器观察电容充放电的滤波波形。723、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。3、打开仿真开关，用示波器观察电容器充放电波形。73电容充放电时间τ=RLC,τ大，充放电时间长，波纹较小，滤波效果好。电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小的场合。电容充放电时间τ=RLC,τ大，充放电时74电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中自感电动势阻碍电流的变化，使负载电流和负载电压的脉动减小。5.3.2电感滤波电感滤波是在负载上串联一个电感线圈，当通过电感线圈的75电感滤波的特点优点：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。缺点：电路复杂、电感铁芯体积大。电感滤波的特点优点：输出比较平坦，适用于低电压大电流的场合。76为了减小脉动，可采用复式滤波。如Π型RC滤波、Π型LC滤波、CLC滤波、CRC滤波以及T型滤波等。5.3.3复式滤波LC滤波CLC滤波CRC滤波为了减小脉动，可采用复式滤波。如Π型RC滤波、Π型L77稳压电路分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。线性稳压电路制作方便、简单易行，但效率低、体积大。开关稳压电路体积小、效率高，但控制电路复杂。随着电力电子器件和集成电路的发展，开关电源已经得到广泛地应用。线性稳压电路主要分为并联稳压电路和串联稳压电路两种。下面，先介绍并联稳压电路。5.4稳压电路稳压电路分为线性稳压电路和开关稳压电路两大类。线性稳78稳压管稳压电路是由限流电阻R、稳压管VD及负载RL组成。其中稳压管与负载并联，限流电阻串联电路中。5.4.1并联稳压电路稳压管稳压电路是由限流电阻R、稳压管VD及负载RL79稳压原理—利用稳压管的反向击穿特性。稳压管的输出电压，即为稳压管的反向击穿电压Uz。稳压原理—利用稳压管的反向击穿特性。稳压管的输出电压，即为稳80仿真实验4－稳压电路仿真实验通常是由桥式整流、电容滤波、稳压管稳压所组成的稳压电源。仿真实验4－稳压电路仿真实验通常是由桥式整流、电容滤波81用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与稳压后的输出电压这两个波形。用示波器可以很清晰的观察到滤波后的输出电压与稳压后82集成稳压电路是将稳压电路集成在一块硅片上，具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。集成稳压器的种类很多，最普遍的是3端式稳压器，仅有输入端、输出端和公共端3个接线端子。主要有两个系列：W78××和W79××稳压器。5.4.2集成稳压电路集成稳压电路是将稳压电路集成在一块硅片上，具有体积小83常用的集成稳压器W7800系列——输出正电压：

W7809输出+9VW7812输出+12V

W7900系列——输出负电压：

W7909输出-9V