q第17章-直流电源

第17章直流电源17.1二极管整流电源整流电路:交流电压变为脉动的直流电压。滤波电路:脉动的直流电压转变为平滑的直流电压。稳压电路:使输出电压稳定,不受电网波动及负载变化的影响。直流稳压电源的组成:17.1二极管稳压电源整流电路的任务是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、桥式、全波和倍压整流等。下面主要介绍前两种。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。17.1.1整流电路1.单相半波整流电路u1二极管导通u2>0时，二极管D导通，忽略二极管正向压降,u0=u2

u2<0时，二极管D截止，u0=0。二极管截止+--+输出电压的平均值U0：设变压器副边交流电压的有效值注意：直流电均用平均值表示。主要数值输出电压大小---O02212U2sintd(t)220.45UUUppp===ò二极管上承受的最高反向工作电压UDRM

：二极管上的平均电流：ID=I0u1u2aTbDRLu0i0二极管上电压波形：输出电流平均值（I0）：Io=Uo/RL=0.45U2/RLuD变压器副边电流有效值（I2）：UDRM【例17.1】已知单相半波整流电路的负载电阻为750Ω，U2=20V。试求UO，IO,UDRM，并选择二极管。解选择二极管：查手册选2AP4,IFM=16mA，UDRM=50V的二极管。+-u2正半周时电流通路u1u2TD4D2D1D3RLu0+-同极性端接负载（共阴极接正，共阳极接负）异极性端接交流电源电路特点：（1）（2）二极管的导通规律：共阴接法时，阳极瞬时电位最高者共阳接法时，阴极瞬时电位最低者最先导通（导通的二极管看成短路，阳极阴极等电位；不导通的二极管看成开路，承受反向电压。）2.单相桥式整流电路同极性端接负载（共阴极接正，共阳极接负）异极性端接交流电源u1u2TD4D2D1D3RLu0+-电路特点：（1）（2）二极管的导通规律：共阴接法时，阳极瞬时电位最高者共阳接法时，阴极瞬时电位最低者最先导通（导通的二极管看成短路，阳极阴极等电位；不导通的二极管看成开路，承受反向电压。）2.单相桥式整流电路-+u2负半周时电流通路u2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:由A经D1RLD3Bu2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:由B经D2RLD4A输出是脉动的直流电压！u2uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu0A+B桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形（3）－输出电压的平均值U0：输出电流的平均值I0：二极管承受的最高反向工作电压UDRM

：每个二极管流过电流的平均值ID：主要数值平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。例如，在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID

是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：整流电路中整流管的选择选管时要满足：【例17.2】已知单相桥式整流电路，输出直流电压为110V,输出电流为50mA。试选择整流桥。解:选择整流桥：查手册选IFM=50mA，UDRM=300V的整流桥。O2O110122V0.950mAUUI====0.9整流桥的外形与电路表示符号返回17.1.2滤波电路经整流电路输出后的直流电压是脉动直流电压，既有直流分量又有交流分量。桥式整流的输出波形是个非正弦周期函数，可以展开成傅里叶三角级数：其中，有直流分量，也有各次谐波分量即是利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉脉动直流电压中的交流分量，保留其直流分量，达到平滑输出电压波形的目的。滤波:滤波电路的任务是滤掉交流分量。单相半波整流、电容滤波电路：1.电容滤波u2

从最大值下降时，电容C放电。当u2>uC时，二极管D仍然导通，uo=

u2。u2正半周增加时，二极管D导通，忽略其导通压降，uo=

u2；此时电容C充电，uC=

u2。当u2<uC时，二极管D截止，电容通过负载放电,uo=

uC

。可见，电容滤波后使u2的脉动程度降低，输出电压的平均值增大。单相半波整流、电容滤波电路：1.电容滤波输出电压的平均值U0：半波滤波：全波滤波：u0t设t1时刻接通电源t1u0tu2ttu2空载滤波：一般取(T:电源电压的周期)电容滤波电路的特点(1)输出电压U0与时间常数RLC有关RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大，输出特性(外特性):uo电容滤波1.4U20.9U20Io无电容滤波滤波电容选取原则输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0也随之改变。如:RL愈小(I0越大),U0下降愈多。电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。(2)流过二极管瞬时电流很大

RLC越大放电越慢U0越高,负载电流的平均值越大整流管导电时间越短iD的峰值电流越大故一般选管时，取结论u0t二极管导通，电容充电二极管截止，电容放电2.电感滤波在桥式整流电路与负载间串入电感L，就构成了电感滤波电路。u2u1RLLu0对于直流分量,L相当短路,输出电压大部分降在RL上。对于高频分量，XL增大,输出电压大部分降在XL上。因此在输出端可得到比较平滑的直流电压。当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：电感滤波的特点:整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。输出电压的平均值U0：u2u1RLLu0Uo=0.9U23、复式滤波为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法,如在电感滤波后面再接一电容，或在电容滤波后再接一级RC滤波电路。从而构成L-C型滤波或RC-型电路，其输出电压更平滑。LC滤波适用于负载电流大输出电压脉动很少的场合；RC-型滤波则较多用在小功率的电子设备中。u0Ru2u1C1C2u0´RLRC-滤波

例整流滤波电路如图所示，负载电阻RL=100，电容C=100µF，变压器副边电压有效值U2=10V，二极管为理想元件，试求：输出电压UO

和输出电流的平均值IO

，及二极管承受的最高反向电压URM

。解：例整流滤波电路如图所示，二极管是理想元件，电容C=500µF，负载电阻RL=5k，开关S1闭合、S2断开时，直流电压表(V)的读数为141.4V，求(1)开关S1闭合、S2断开时直流电流表的读数;(2)开关S1断开、S2闭合时，直流电流表的读数;(3)开关S1、S2均闭合时，直流电流表的读数。(设电流表内阻为零，电压表内阻为无穷大)。

解：(1)开关S1闭合、S2断开时:A的读数为零。此时空载：(2)开关S1断开、S2闭合时，(3)开关S1

、S2均闭合时，A的读数为:A的读数为:返回V的读数为:V的读数为:17.1.3稳压电路1.稳压管稳压电路C+LR0u+-C+LR+-0u0ut0ut电容滤波电路稳压管稳压电路滤波电路减小了整流输出电压的波动，可以得到波动较小的直流输出电压。但是，如果输入交流电源电压发生波动，或负载电流发生变动（这种情况经常出现），输出直流电压都可能产生变化。如何保证在这些情况下，输出直流电压保持恒定，这就是稳压电路的功能。稳压电路稳定输出直流电压的基本思想是：在输出直流电压的电路中设置一个吸收波动成分的元件（调整元件），当市电或负载波动时，调整元件将根据输出直流电压的变动情况，确定调整方向和大小，以保证输出的直流电压不发生变化。最简单的稳压电路是利用稳压二极管在反向击穿情况下的稳压特性，将负载并联在稳压管两端，只要保证稳压管处于反向击穿稳压状态又不损坏，在负载两端就能够得到稳定的直流电压。调整元件:R整流滤波输出电压Ui被分成两部分：一部分是负载得到的直流输出电压Uo，另一部分则是降在调整元件上的电压IR稳压原理分析:1）电源波动(负载不变)C+LR+-+-R+-®®®®®­­IRR­­­¯-=IRUU'OO­­­­­+=IIIRZO­­­­®=IUUZOZ­UO­Ui电网电压­®基本不变2）负载变化(电网电压不变)®®®®®®¯OU­IRR+=­­ZOIIIR®OI­®­­IZ­­=UUOZ­­­­­+=IIIRZOIRR­OU↓基本不变C+LR+-+-R+-电路特点：a)稳压管要反接b)串了R才有稳压作用。稳压管在稳压中起电流控制作用，使输出电压很小的变化，产生Iz很大的变化，并通过串联电阻R调压的作用达到稳压的作用。如果电阻R取值太小，则稳压管中的电流将可能太大而损坏器件，所以，该电阻又称为限流电阻。输出电压的数值直接由稳压管的参数确定（Uz）。构造电路时要根据需要选择稳压管，另外要确定限流电阻的阻值。3）稳压管稳压电路的限流电阻稳压管的特性如图，要使稳压管正常工作，则其电流必须在IZ~

IZM之间。izuz0UZIZIZM这就是限流电阻选择阻值的依据。izuz0UZIZIZM如果负载电流的变化范围为ILm~ILM，电源电压波动使滤波输出电压Ui在Uimin~Uimax之间变化。则，当IL=ILM，Ui=Uimin时稳压管中流过的电流最小，但要求大于IZ即：当IL=ILm，Ui=Uimax时稳压管中流过的电流最大，但要求小于IZM，

即因此，限流电阻的取值范围为：如果此范围不存在，则说明稳压管稳压电路不能满足要求，需要采用其它类型的稳压电路。电路如图所示，已知，稳压管的稳定电压，最小稳定电流，最大稳定电流，负载电阻。(1)当变化时，求电阻R的取值范围;(2)求变压器变比时，变压器原边电压有效值。(1)当变化+10％时，Cu1u2IZRUiIRUOIODZUzRL-+-+-+-++-当变化10%时,故电阻R的取值范围是:(2)由得又

故Cu1u2IZRUiIRUOIODZUzRL-+-+-+-++-2.串联型稳压电路调整管－调整元件放大作用稳压原理U0