电工技术电子技术清华29课件

第29讲此课件及“海南风光”封面属清华大学唐庆玉创作，如发现剽窃，必究法律责任！直流稳压电源1.直流稳压电源的组成和功能2.单相整流电路(17.2.1)3.滤波电路4.稳压电路(12.8.2)5.集成稳压电源(12.8.2)1997年12月2/6/2023电工电子技术电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。1.直流稳压电源的组成和功能整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo2/6/2023电工电子技术单相三相二极管可控硅桥式倍压整流半波全波本课主要介绍：单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路分类：整流电路的任务：2/6/2023电工电子技术单相半波整流电压波形u1u2aTbDRLuouDu2uouDt23402/6/2023电工电子技术输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：()ò=pwp2021tduUoo=()òpwp

021tdsinwt22U=p2245.02UU=u1u2aTbDRLuouDioIo=Uo/RL=0.45U2/RL

uo20t2/6/2023电工电子技术二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：u1u2aTbDRLuouDiouD20tUDRM二极管上的平均电流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向电压:2/6/2023电工电子技术u1u2aTbD1RLuoD2u2io单相全波整流电压波形u2uouD1t2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二极管正向压降2/6/2023电工电子技术输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo20t()ò=pwp

01tduUoo=()òpwp

01tdsinwt22UIo=Uo/RL=0.9U2/RL

=p229.02UU=22/6/2023电工电子技术二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二极管上的平均电流：oDII21=uD20tDRM22UU=2二极管承受的最高反向电压：2/6/2023电工电子技术+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周时电流通路D1、D4导通，D2、D3截止2/6/2023电工电子技术-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2负半周时电流通路D2、D3导通，D1、D4截止2/6/2023电工电子技术u2>0时D1,D4导通D2,D3截止电流通路:a

D1RLD4bu2<0时D2,D3导通D1,D4截止电流通路:bD2RLD4a单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D3D2D1D4RLuoab整流输出电压平均值：

Uo=0.9U2负载电流平均值:Io=Uo/RL=0.9U2/RL

二极管平均电流：ID=Io/2二极管最大反向电压：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo2/6/2023电工电子技术(4)整流电路的主要参数负载电压Uo的平均值为:()ò=πootduπU2021w负载上的(平均)电流:LoRUIo=(a)整流输出电压的平均值uo20t2/6/2023电工电子技术

S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值之比。S越小越好。(b)脉动系数Ｓ用傅氏级数对全波整流的输出uo

分解后可得:uo20t基波基波峰值输出电压平均值2/6/2023电工电子技术平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主要依据。oDII21=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：(c)二极管平均电流与反向峰值电压（选购时：二极管额定电流2ID)（选购时：最大反向电压2URM)2/6/2023电工电子技术(1)电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。(a)电容滤波原理a桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC2/6/2023电工电子技术RL未接入时(忽略整流电路内阻)u2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc2/6/2023电工电子技术RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形2/6/2023电工电子技术u2tuot只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。二极管中的电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC2/6/2023电工电子技术u2tuot电容充电时，电容电压滞后于u2。RLC越小，输出电压越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC较大）时(考虑整流电路内阻)2/6/2023电工电子技术一般取)105(TCRτL-³=(T:电源电压的周期)近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL流过二极管瞬时电流很大RLC越大Uo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(b)电容滤波电路的特点输出电压平均值Uo与时间常数RLC有关RLC愈大电容器放电愈慢Uo(平均值)愈大

二极管承受的最高反向电压2/6/2023电工电子技术电感滤波原理对谐波分量:

f越高，XL越大,电压大部分降在XL上。

因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：u2u1RLLuo对直流分量:

XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上2/6/2023电工电子技术(3)RC–

型滤波器改善滤波特性的方法：采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1´RLRC–

型滤波器将RC–

型滤波器中的电阻换为电感，变为LC–

型滤波器2/6/2023电工电子技术4.稳压电路稳压电路的作用: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2/6/2023电工电子技术稳压电源类型:以下主要讨论线性稳压电路。稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。2/6/2023电工电子技术(1)稳压电路的主要性能指标(a)稳压系数S（越小越好）稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。(b)输出电阻Ro（越小越好）输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。2/6/2023电工电子技术(2)串联反馈式稳压电路(a)电路结构的一般形式串联式稳压电路的组成：（1）基准电压；（2）比较放大；（3）输出电压取样电路；（4）调整元件UOT+_UI比较放大基准电压Uo取样URFUORL调整元件+–+–2/6/2023电工电子技术因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为：

串联反馈式稳压电路。若因输入电压变化或负载变化而使UO加大,比较放大电路使UB1变小,从而使UO降低.UOT1+_UI比较放大基准电压Uo取样URFUORL调整元件+–+–UB1+UIUoRLR3比较放大2/6/2023电工电子技术T1调整管R3、T2比较放大R1、RW、R2采样电阻R、UZ基准电压(b)一种实际的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB22/6/2023电工电子技术稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo当UI增加或输出电流减小使Uo升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）2/6/2023电工电子技术(c)输出电压的确定和调节范围因为：OU2BEZUU+22WRR+21WRRR++=()22221BEZWWOUURRRRRU++++=所以：2221ZWWURRRRR+++=忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB22/6/2023电工电子技术例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+++=4=6V4.74.7++=4.74.7+4.7221ZWOmaxURRRRU++=4=12V4.74.7++=4.74.72/6/2023电工电子技术(d)实际的稳压电源采取的改进措施1.比较放大级采用差动放大器或集成运放2.调整管采用复合三极管3.采用辅助电源(比较放大部分的电源)4.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益5.内部加短路和过热保护电路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成稳压电源2/6/2023电工电子技术5.集成稳压电源特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：W7800系列——稳定正电压

W7805输出+5VW7809输出+9VW7812输出+12VW7815输出+15VW7900系列