第十章直流电源

直流电源第十章第十章

直流电源10.1直流电源的组成及各部分作用10.2整流电路10.3滤波电路10.4稳压二极管稳压电路10.5串联型稳压电路第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：1.重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算。2.掌握串联型稳压电路原理及输出电压的调节范围。本章教学时数：4学时

10.1直流电源的组成及各部分的作用电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载整流：将交流变为直流的过程。滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。稳压：在电网电压和负载发生变化时，输出电压能够稳定。单相半波整流电路10.2整流电路10.2.1整流电路的分析方法及其基本参数优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。一、工作原理二、主要参数1.输出电压平均值UO(AV)输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值2.负载电流的平均值3.脉动系数uL20t三、二极管的选择①电流的平均值②最大反向电压对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。

例电路如图。已知变压器副边电压有效值负载电阻，试问：⑴负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少？

⑵电网电压波动范围是±10%，二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少？解：⑴负载电阻上电压平均值流过负载电阻的电流平均值⑵二极管承受的最大反向电压二极管流过的最大平均电流10.2.2单相桥式整流电路单向桥式整流电路一、单向桥式整流电路的组成在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路u2的正半周A→D1→RL→D3→B,uO=u2u2的负半周B→D2→RL→D4→A,uO=-u2二、工作原理三、估算脉动系数：四、二极管的选择考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：优点：输出电压高、变压器利用率高、脉动小。缺点：二极管数量多，内阻大，损耗也大。桥式整流电路的优缺点：

⑵当电网电压波动范围为，二极管的最大整流平均电流IF与最高反向工作电压UR至少应选取多少？例:

在如图所示电路中，已知变压器副边电压有效值负载电阻，试问：

⑴输出电压与输出电流平均值各为多少？解：滤波电路的结构特点:

电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压RLLRLC10.3滤波电路滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。一、滤波原理au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（电容器的充、放电）空载时(忽略整流电路内阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuLtu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC较大）时

(忽略整流电路内阻)u2tiDtu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。二极管中的电流uc=uL二、二极管的导通角导通角无滤波电容时θ＝π。有滤波电容时θ<πRLC较大u2tiDt考虑变压器和整流电路的内阻内阻使

简单易行，UO（AV）高，C足够大时交流分量较小。三、电容的选择及UO（AV）的估算五、滤波电路的特点四、脉动系数S

约为

10%~20%

例:在图所示电路中,要求输出电压平均值,负载电流平均值试问：⑴滤波电容的大小；

⑵考虑到电网电压的波动范围为滤波电容的耐压值。⑵变压器副边电压有效值为电容的耐压值为：实际可选取容量为，耐压为25V的电容做本电路的滤波电容。解：⑴

根据，可知C的取值满足：的条件。讨论题:已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）≈？1.正常工作；2.C开路；3.RL开路；4.D1和C同时开路。UO（AV）=1.2U2=12VUO（AV）=U2=14VUO（AV）=0.9U2=9VUO（AV）=0.45U2=4.5V10.4稳压二极管稳压电路整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：·负载变化；·电网电压波动稳压电路能够自动维持输出电压的稳定。交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压10.4.1稳压管稳压电路的性能指标一、稳压系数Sr表明电网电压波动对输出电压的影响，其值愈小，电网电压变化时输出电压的变化愈小。一般是10-2-----10-4输出电压：二、输出电阻Ro

表明负载电阻对稳压性能的影响。

RO<1越小越好三、温度系数10.4.2稳压管稳压电路的组成两个基本公式1.RL不变，

UI升高UIUOIZUR基本不变UO10.4.2稳压原理UO2.UI

不变，RL

减小RLILURUOIZ基本不变UOIRIR10.4.3电路参数的选择在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压UO，负载电流IL的最小值ILmin和最大值ILmax，输入电压UI的波动范围。1.稳压电路输入电压UI的选择UI＝（2~3）UO2.稳压管的选择UZ＝UOIZM－IZ>ILmax－ILmin3.限流电阻R的选择（1）当电网电压最高和负载电阻最大时，稳压管IZ的值最大3.限流电阻R的选择（2）当电网电压最低和负载电阻最小时，稳压管IZ的值最小在如图所示电路中，变压器的内阻及二极管的正向电阻均可忽略不计，正常工作时，测得整流、滤波后的电压平均值UI＝36V，UO＝15V，试问在下列情况下是P1～P4点处什么地方开路。（1）UI=

42.4V，这是因为

点开路；（2）UI＝27V，

这是因为

点开路；（3）UI＝13.5V，这是因为

点开路；（4）UO

＝18V，这是因为

点开路。在如图所示电路中，变压器的内阻及二极管的正向电阻均可忽略不计，正常工作时，测得整流、滤波后的电压平均值UI＝36V，UO＝15V，试问在下列情况下是P1～P4点处什么地方开路。（1）UI

=42.4V，这是因为

P3

点开路；（2）UI＝27V，

这是因为

P2

点开路；（3）UI＝13.5V，这是因为

P1和P2

点开路；（4）UO

＝18V，这是因为

P4

点开路。P4一直流稳压电源如图所示：变压器副边电压是20V，稳压管Dz的稳压值Uz＝8V，R＝1KΩ，RL＝1KΩ。

a.开关K1、K2都打开时，Uo＝

伏，UL＝

伏二极管UDRM＝

伏。

b.开关K1闭合、K2打开时，Uo＝

伏，UL＝

伏二极管UDRM＝

伏c.开关K1、K2都闭合时，Uo＝

伏，UL＝

伏18

９

２４

1２

２４

8

在下图所示电路中，参数如图中所标注，变压器内阻与二极管正向电阻均可忽略不计。

⑴若电路正常工作，估算UI的平均值。

⑵若P2点断开，求

UI平均值。

⑶若P1、P2两点均断开，求UI的平均值。

⑷若P3点断开，估算UI平均值。

⑸若P4点断开，求

UO的值。

⑹若P5点断开，求

UO的值。36V27V13.5V42V18V12V稳压管稳压电路的缺点：（1）输出电流小带负载能力差（2）输出电压不可调UI（UO不变）IZURIRRLILIZ（UO不变）10.5串联型稳压电路改进：（1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器一、基本调整管稳压电路改进：（2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。调节反馈系数即可调节放大倍数为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。

二、具有放大环节的串联型稳压电路1.电路的构成2.稳压原理UOUNUBUOUOUNUBUO电压串联负反馈++++_3.输出电压的可调范围由于U+=U-

，UF=UZ，

所以则：3.输出电压的可调范围当R2

的滑动端调至最右端时，UO为最小值当R2

的滑动端调至最左端时，UO为最大值，4.常见画法调整管比较放大基准电压取样电阻调整管：是电路的核心，UCE随UI和负载产生变化以稳定UO。基准电压：是UO的参考电压。取样电阻：对UO

的取样，与基准电压共同决定UO

。比较放大：将UO

的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。举例：分立元件组成的串联式稳压电源输出电压的调节范围因为：所以：小结：稳压二极管稳压电路输出电流较小，带负载能力差，输出电压不可调。具有放大环节的串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入电压负反馈使输出电压稳定；可通过改变反馈网络的参数使输出电压可调。基本调整管稳压电路输出电流大，带负载能力强，但是输出电压不可调例.电路如图所示为串联型稳压电源。⑴标出集成运放同相输入端和反相输入端；⑵求出UO的调节范围；⑶若VT1管的管压降UCE>3V才能正常工作，则UI至少应选多少伏？解：⑴上“－”，下“＋”（2分）⑵，⑶（4分）（4分）如图所示串联型稳压电路，三极管的UBE＝0.7V，试求解：（1）正常工作时UO的值；（2）当R3短路时，UO的值；（3）当R2开路时，UO的值。UO=20VUO=10VUO=10V

⑴正确理解直流稳压电源的组成和各部分的作用。

⑵能够分析整流电路的工作原理，估算输出电压及电流的平均值。本章小结⑶了解滤波电路工作原理，能够估算电容滤波电路输出电压平均值。

⑷掌握稳压管稳压电路的工作原理，能够合理选择限流电阻。

⑸正确理解串联型稳压电路的工作原理，能够估算输出电压的调节范围。1.直流稳压电源如图