模拟电子电路第九章功率电路及系统演示文稿

模拟电子电路第九章功率电路及系统演示文稿1当前1页，总共79页。2（优选）模拟电子电路第九章功率电路及系统当前2页，总共79页。1.整流工作原理利用二极管的单向导电性电路图整流分类：半波、全波、桥式、倍压整流电路

9—2—1整流滤波电路一、整流滤波电路当前3页，总共79页。

图9—11常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流当前4页，总共79页。

图9—11常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流当前5页，总共79页。

图9—11常用整流电路(a)半波整流；(b)全波整流；(c)桥式整流；(d)倍压整流当前6页，总共79页。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RLLRLC滤波电路滤波原理：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,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。当前7页，总共79页。几种滤波电路

滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）（c）型滤波电路当前8页，总共79页。二整流与滤波电路工作原理1.半波整流电路二极管导通，uL=u2二极管截止,uL=0+–io+–u2>0时:u2<0时:u2uLuDt2340当前9页，总共79页。1、工作原理iDu2tuot设变压器输出电压：u2=U2sinωtu1

u2uoRL+－则输出电压：uo=2、电路特点优点：结构简单，元件少。缺点：输出波形脉动大，利用率低+－当前10页，总共79页。uo=3、电路分析（1）输出直流电压：（2）负载平均电流（3）二极管所承受的最大反向电压（4）整流管平均整流电流=负载平均电流4、整流输出电压的脉动系数u1

u2uoRL当前11页，总共79页。2.全波整流电路+–+–原理：+–+–变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。当前12页，总共79页。全波整流电压波形u2uLuD1t2340uD2当前13页，总共79页。全波整流电路u1u2u2D1RLD2u2tuot电路分析：u0=当前14页，总共79页。3.桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路u2正半周时:D1

、D3导通，D2、D4截止+–（2）工作原理：u2uL当前15页，总共79页。-+u2负半周时：D2、D4

导通，D1

、D3截止u2uL当前16页，总共79页。桥式整流电路u2tuot正确利用二极管的引导作用u1u2RLu0=当前17页，总共79页。如何实现正、负电源？将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。图利用桥式整流电路实现正、负电源uO1

为正；uO2为负当前18页，总共79页。思考1：一个二极管接反时的情况。思考！整流桥中一个二极管接反，可能烧毁变压器线圈或整流管。当前19页，总共79页。思考2：一个二极管短路时的情况。思考！整流桥中一个二极管短路，可能烧毁变压器线圈或整流管。当前20页，总共79页。思考3：一个二极管虚焊（断路）时的情况。思考！整流桥中一个二极管断路，变成半波整流。当前21页，总共79页。

实际应用1：利用桥式整流电路实现正、负电源＋－当前22页，总共79页。

实际应用1：利用桥式整流电路实现正、负电源（＋）（－）变压器副边抽头不在中间时，输出的正、负电源是否还对称？？当前23页，总共79页。图9—14用“硅桥”实现正、负两路直流输出的全波整流电路当前24页，总共79页。集成硅整流桥：u2uL+

–

~+~-

+–当前25页，总共79页。全波整流电路桥式整流电路半波整流电路主要参数电路形式表1整流电路的主要参数当前26页，总共79页。多倍压整流电路+-+--+u2+-+-+-+-+-适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。图

多倍压整流电路当前27页，总共79页。+–+–u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1充电到：u2的第一个负半周：u2、C2、D2、C1构成回路，C2充电到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6倍压整流电路的工作原理当前28页，总共79页。+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：u2、C1、C3、D3、C2构成回路，C1补充电荷，C3充电到：u2的第二个负半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1构成回路，C2补充电荷，C4充电到：把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。当前29页，总共79页。

由于整流输出电压存在一定的纹波,故需用滤波电路来滤除纹波电压。滤波电路利用电抗性元件的储能作用实现滤波。

一般通过将电容C与负载并联或将电感L跟负载串联来实现。

经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

二、整流滤波电路的工作原理及主要性能当前30页，总共79页。假设电路刚好在由负到零的时刻接通,则通过VD1和VD3向C充电。电容电压紧随输入电压按正弦规律上升至的最大值。电容滤波电路(1)空载(RL=∞)时:设电容器两端初始电压为零。u2tuLt当前31页，总共79页。电容滤波电路(1)空载(RL=∞)时:设电容器两端初始电压为零。u2tuLtuc=uL故然后继续按正弦规律下降,当<时,二极管截止,C放电,由于无放电回路,所以保持。当前32页，总共79页。电源在向负载RL供电的同时又对电容C充电。电容电压紧随输入电压

按正弦规律上升至最大值。

电容滤波电路(2)接入RL(且RLC较大)时:u2t当前33页，总共79页。电容滤波电路(2)接入RL(且RLC较大)时:u2t而后继续按正弦规律下降,当<时，二极管截止，而电容C则对负载电阻RL按指数规律放电。

当前34页，总共79页。电容滤波电路(2)接入RL(且RLC较大)时:u2t当降至>时，二极管又导通，电容C再次充电……。当前35页，总共79页。电容滤波电路(2)接入RL(且RLC较大)时:u2t二极管中的电流uc=uLiDt这样循环下去，周期性变化，电容C周而复始地进行充电和放电,使输出电压脉动减小。

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。当前36页，总共79页。电容C放电的快慢取决于时间常数(τ=RLC）的大小，时间常数越大，电容C放电越慢，输出电压就越平坦，平均值也越高。电容滤波电路(2)接入RL(且RLC较大)时:u2t二极管中的电流uc=uLiDt当前37页，总共79页。电容滤波电路的特点：RLC较大u2tiDtuc=uL(2)UL与RLC的关系：RLC愈大C放电愈慢UL(平均值)愈大一般取：(T:电源电压的周期)近似估算:UL=1.2U2(1)整流管导电时间越短的峰值电流越大当前38页，总共79页。电容滤波电路的特点：(3)图为输出直流电压UL随负载电流IL的变化关系曲线。OC型滤波纯电阻负载负载直流电压随负载电流增加而减小。

电容滤波电路的输出电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场合。C值一定,RL=∞即空载时,C=0,即无电容时,当前39页，总共79页。（1）滤波电容C一般选择体积小，容量大的电解电容器。

（2）普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。要注意的几点：（3）加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受较大的冲击电流()，为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。当前40页，总共79页。*使用条件：各种电路参数比较：当前41页，总共79页。一、电容滤波电路例1、某电子设备需要直流电压U0=30v，I0=400mA的直流电流，若采用桥式直流，电容滤波电路，试选择直流元件和滤波电容。（1）选择二极管考虑到电容充电电流的冲击，选用最大直流电流为500mA、耐压为50v的整流二极管。（2）选电容选C=500μF，耐压为50v的电解电容。例2、一个全波整流、电容滤波电路中，U2=10v，C=1000μF，当RL=20Ω时，试求和S的值，整流管的压降和整流内阻可忽略。当前42页，总共79页。

例3如图所示，要求输出电压UO（AV)=15V，负载电流平均值IL（AV)=100mA,UO（AV)=1.2U2。试问：（1）滤波电容的大小。（2）考虑到电网电压的波动范围为±10%,滤波电容的耐压值。解：（1）由UO（AV)=1.2U2

可知，C的取值应满足RLC=（3~5）T/2的条件。当前43页，总共79页。当前44页，总共79页。（2）电容的耐压值为实际可选取容量为300μF、耐压为25V的电容。当前45页，总共79页。例4如图所示，RL=50欧姆，C=1000uF，U2=20VUO（AV)有以下几种情况:（1）28V（2）18V（3）9V分析电路产生了什么故障?解：（1）RL开路（2）电容开路（3）一个二极管开路且电容开路当前46页，总共79页。稳压管稳压电路的缺点：（1）带负载能力差（2）输出电压不可调改进1：（1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器UO=UZ-0.7V基本调整管稳压电路9—2—2串联反馈型线性稳压电源的工作原理当前47页，总共79页。1、稳压原理UB不变基本调整管电路当前48页，总共79页。改进2：（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——具有放大环节的串联型稳压电路。

具有放大环节的串联型稳压电路当前49页，总共79页。具有放大环节的串联型稳压电路1.电路构成基准电压电路采样电路比较放大电路调整管电路当前50页，总共79页。3.输出电压的调节范围2.稳压原理UO↑→U-↑→UB↓→UO↓

UO↓

→U-↓→UB↑→UO↑引入了负反馈当前51页，总共79页。4.调整管的选择参数确定：

调整管一般为大功率管，选择时主要考虑三个极限参数：当前52页，总共79页。例:设如图所示串联型直流稳压电路中,稳压管为2CW14,其稳定电压为UZ＝7V，采样电阻R1=3KΩ，R2=2KΩ,R3=3KΩ,试估算输出电压的调节范围。解：当前53页，总共79页。解：因此,稳压电路输出电压的调节范围是(11.2～18.7V)。例:设如图所示串联型直流稳压电路中,稳压管为2CW14,其稳定电压为UZ＝7V，采样电阻R1=3KΩ，R2=2KΩ,R3=3KΩ,试估算输出电压的调节范围。当前54页，总共79页。8.4.3调整管的选择

例：如图,要求输出电压UO=(10～15V),负载电流IL=(0～100)mA,已选定基准电压的稳压管为2CW1,其稳定电压UZ=7V,IZmin=5mA,IZmax＝33mA。若选用3DD2C,其主要参数:ICM=0.5A,U(BR)CEO=45V,PCM=3W。

①假设采样电阻总的阻值选定为2kΩ左右,则R1、R2、R3三个电阻分别为多大？当前55页，总共79页。解：因故取故则取(电位器)则取当前56页，总共79页。

在确定了采样电阻R1R2R3的阻值以后再来验算输出电压的变化范围是否符合要求,此时

输出电压的实际变化范围为,所以符合给定的要求。

②估算电源变压器副边电压的有效值U2；解：稳压电路的直流输入电压的有效值为当前57页，总共79页。取，则变压器副边电压的有效值为

③估算基准稳压管的限流电阻R的阻值；

解：基准电压支路中的电阻R的作用是保证稳压管VDZ的工作电流比较合适,通常使稳压管中的电流略大于其最小参考电流值IZmin。可认为故基准稳压管的限流电阻应为当前58页，总共79页。

④验算稳压电路中的调整管是否安全。

解：根据稳压电路的各项参数,可知调整管的主要技术指标应为

已知低频大功率三极管3DD2C的ICM＝0.5A，U(BR)CEO=45V,PCM=3W,可见调整管的参数符合安全的要求,而且留有一定的余地。当前59页，总共79页。

三、集成三端稳压器集成三端稳压器是集成串联型稳压电源，用途十分广泛，而且非常方便。集成三端稳压器有78××系列(输出正电压)和79××系列(输出负电压)，后面两位数表示输出电压值，如7812，即表示输出直流电压为+12V。当前60页，总共79页。1.调整管

当电网电压或负载电流波动时,调整自身的集－射压降使输出电压基本保持不变。集成三端稳压器(集成的稳压电源)框图当前61页，总共79页。2.放大电路

将基准电压与从输出端得到的采样电压进行比较,然后再放大并送到调整管的基极。当前62页，总共79页。集成三端稳压器的组成3.基准电源

采用能带间隙式基准源,具有低噪声、低温漂的特点,在单片式大电流集成稳压器中广泛应用。当前63页，总共79页。集成三端稳压器的组成4.采样电路

由两个分压组成,它将输出电压变化量的一部分送到放大电路的输入端。当前64页，总共79页。集成三端稳压器的组成5.启动电路

在刚接通直流输入时使调整管、放大电路和基准电源等建立起各自的工作电流,当稳压电路正常工作时断开启动定路,以免影响稳压电路的性能。当前65页，总共79页。集成三端稳压器的组成6.保护电路

在W7800系列三端集成稳压器中,已将三种保护电路集成在芯片内部,它们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路。当前66页，总共79页。集成三端稳压器的应用电路注意：输入电压UI一般应比输出电压端UO高2-3V以上。C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。(1)基本电路当前67页，总共79页。

集成三端稳压器的应用电路

若输出电压比较高，应在输入端与输出端之间跨接一个保护二极管VD，在输入端短路时，使CO通过二极管放电，以便保护集成稳压器内部的调整管。(1)基本电路当前68页，总共79页。

集成三端稳压器的应用电路

负载所需的大电流由大功率三极管提供。(2)扩大输出电流

二极管VD补偿了温度对三极管UBE的影响,使输出电压稳定。

电容C2的作用是滤调二极管VD两端的脉动电压，以减小输出电压的脉动成分。当前69页，总共79页。

集成三端稳压器的应用电路(3)提高输出电压

利用电阻来提升输出电压。假设流过电阻R1、R2的电流比三端集成稳压器的静态电流I大很多,则可认为即输出电压为当前70页，总共79页。

集成三端稳压器的应用电路(4)使输出电压可调

集成运放接成电压跟随形式，它的输出电压UA等于某输入电压，即即由图可得当前71页，总共79页。

9—2—3开关型稳压电源

1.串联型反馈式稳压电源用途广泛，但存在以下两个问题：

(1)调整管总工作在线性放大状态，管压降大，流过的电流也大(大于负载电流)，所以功耗很大，效率较低(一般为40%~60%)，且需要庞大的散热装置。

(2)电源变压器的工作频率为50Hz，频率低而使得变压器体积大、重量重。当前72页，总共79页。(1)、能否让调整管工作在开关状态？导通时，电流大而管压降小；截止时，管压降高而电流趋于零。因此，总功耗很小，大大提高了效率(一般可达80％～90％)。(2)、能否省去低频工作的电源变压器?

改用高频变压器(工作频率提高到几十kHz)，从而大大减小电源的体积和重量。

开关稳压电源正是基于上述改革思路而发明的新型稳压电源。已广泛应用于计算机、电视机及其它电子设备中。

2改进思路当前73页，总共79页。开关调整管脉冲调制比较放大滤波电路采样电路基准电压+-UIUO+-图

开关型稳压电路框图当前74页，总共79页