第十章 直 流 电 源

第十章直流电源第一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五OCL互补功率放大电路内容回顾第二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五OTL互补功率放大电路内容回顾第三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五第十章直流电源10.1直流电源的组成及各部分的作用10.2整流电路10.3滤波电路10.4稳压二极管管稳压电路10.5串联型稳压电路10.6开关型稳压电路第四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.1直流电源的组成及各部分的作用第五页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.1直流电源的组成及各部分的作用电源变压器：把220V电网电压降至所需电压。整流电路：把交流电压转换成脉动的直流电压。滤波电路：减小脉动使输出电压平滑。稳压电路：在电网电压波动或负载电流变化时保持输出电压基本不变。第六页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.2整流电路

第七页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.2整流电路

10.2.1半波整流电路二、工作原理一、电路组成当u2处在正半波时，u2>0：当u2处在负半波时，u2<0时+-二极管D导通。二极管D截止。第八页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、主要参数

1、输出电压平均值2、输出电流平均值第九页，共八十三页，编辑于2023年，星期五3.脉动系数整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。

三、二极管的选择一般根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。最大整流电流最大反向工作电压

一般情况下，允许电网电压有±10%的波动，因此在选用二极管时，对参数应至少留10%的余地，以保证二极管安全工作。第十页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

单相半波整流电路的特点：1.简单易行，所用二极管数量少；2.输出电压低，交流分量大，效率低。3.因此该电路仅适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。结论：第十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.2.2单相桥式整流电路一、电路组成既有二极管的阴极又有阳极二极管阴极二极管阳极第十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五二、工作原理正半周，u2>0:D1.D3导通，D2.D4截止负半周，u2<0:D1.D3截止，D2.D4导通D1.D2D3.D4第十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五第十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、输出电压平均值和输出电流平均值第十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期五四、二极管的选择第十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期五思考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。第十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期五思考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。第十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期五思考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。第十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

实际应用1：利用桥式整流电路实现正、负电源＋－第二十页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

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？？第二十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

实际应用2：

半桥式全波整流电路第二十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五全波整流电路桥式整流电路半波整流电路第二十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例1（P509）电路如图所示,已知变压器副边电压有效值U2=30V,负载电阻RL=100Ω,试问:(1)输出电压平均值与输出电流平均值各为多少?(2)电网电压波动范围为±10%,二极管的最大平均整流电流IF和最高反向工作电压UR至少应选取多少?(3)若整流桥中有一只二极管开路,重做(1),(2)。第二十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例（P509）电路如图所示,已知变压器副边电压有效值U2=30V,负载电阻RL=100Ω,试问:(1)输出电压平均值与输出电流平均值各为多少?第二十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例（P509）电路如图所示,已知变压器副边电压有效值U2=30V,负载电阻RL=100Ω,试问:(2)电网电压波动范围为±10%,二极管的最大平均整流电流IF和最高反向工作电压UR至少应选取多少?第二十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例（P509）电路如图所示,已知变压器副边电压有效值U2=30V,负载电阻RL=100Ω,试问:(3)若整流桥中有一只二极管开路,重做(1),(2)。若一只二极管开路，则成为半波整流电路。第二十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.3滤波电路第二十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期五1、滤波电路的概念：消除信号中交流成分的电路。2、滤波的目的（作用）：进一步平滑输出信号。3、滤波电路常用元件：电阻R、电容C、电感L。4、电路类型：电容滤波电路电感滤波电路一、概述第二十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期五二、电容滤波电路在u2正半周D导通，给电容C充电，uC=u21、电路组成2、工作原理第三十页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

在u2正半周变小时，由于电容C放电较慢，使u2<uC，

D截止。2、工作原理D截止第三十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五到u2下一周期中当u2>uC时，

D导通，u2给电容C充电，uC=u2。2、工作原理D导通第三十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五结论加滤波电容后输出电压平均值增大。2.加滤波电容后脉动系数S减小。3.RL越大，放电越慢，则UO(AV)值更大。整流管导通时间短，冲击电流大，对整流管要求较高。2、工作原理第三十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五3、主要参数当负载开路时当RLC=(3~5)T/2时:输出电压平均值第三十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五脉动系数在电容滤波电路中，只有当电容充电时，二极管才导通，而且输出电流平均值变大，导致二极管在短暂的时间内将流过一个很大的冲击电流。因此必须选用较大容量的整流二极管，通常应选择IF>(2~3)IO(AV)。>>>>适用于负载电流较小其变化也较小的场合<<<<4、整流二极管的选择第三十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例2如图所示，RL=50欧姆，C=1000uF，U2=20V，UO（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。>>>>>>>>>RL开路>>>>>>>>>电容开路>>>>>一个二极管开路且电容开路第三十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。在u2正半周，D1导通，C1充电至，极性如图。+-+-第三十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。在u2负半周，D2导通，C2充电至。+-+-+-第三十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。+-第三十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。+-+-第四十页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。+-+-+-第四十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。+-+-+-+-第四十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。+-+-+-+-+-+-第四十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。+-+-+-注意由于前一级电容要向后一级电容充电，因此需下一周期补充，即整个过程要经过多个周期稳定。第四十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、倍压整流电路利用二极管的导引作用和电容的储能作用，实现“整流”、“倍压”功能。+-+-+-注意以上分析为空载情况，当接上负载后，由于电容有了放电回路，因次电容上的电压达不到最大值。第四十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

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。第四十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期五第四十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期五（2）电容的耐压值为实际可选取容量为300μF、耐压为25V的电容。第四十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例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第四十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.4稳压二极管稳压电路第五十页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.4稳压二极管稳压电路

稳压二极管的伏安特性及主要参数IZ≤IDZ≤IZM稳定电压稳定电流最大稳定电流额定功耗动态电阻rz=ΔUZ/ΔIZΔIZΔUZ稳压工作区：稳压条件：1、稳压管必须工作在反向击穿状态（稳压工作区）。2、稳压管必须和串连的限流电阻一起使用才能完成稳压。？第五十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五一、电路组成

第五十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五二、稳压原理

当电网电压变化时，稳压电路通过R上的电压变化来抵消UI的变化，即ΔUR≈ΔUI，从而使UO基本不变。1、从电网电压波动的角度电网电压↑→UI↑→UO(Uz)↑→IDz↑→IR↑→UR↑UO↓第五十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五2、从负载变化的角度RL↓

→UO(Uz)↓→IDz↓→IR↓二、稳压原理

→UR↓UO↑

当负载电阻变化时，稳压电路通过R上的电压变化来补偿UO的变化，即ΔUR≈ΔUO，从而使UO基本不变。第五十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五电网电压↑→UI↑→UO(Uz)↑→IDz↑→IR↑→UR↑UO↓RL↓

→UO(Uz)↓→IDz↓→IR↓UO↑结论：→UR↓1、稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压二极管的电流调节作用，通过限流电阻R上的电压和电流进行补偿。2、限流电阻R必不可少。第五十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期五三、性能指标1、稳压系数：2、输出电阻：衡量电网电压波动对稳压电路影响的性能指标。衡量负载电阻变化对稳压电路影响的性能指标。第五十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期五对稳压管稳压电路：

(R>>rZ)交流等效电路(RL>>rZ)第五十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期五已知UO，IL的变化范围,UI的波动范围。

UI=（2~3）UO

IZM-IZ>ILmax-ILmin

四、电路参数的选择1.UI的选择2.稳压管的选择UZ=UOIZM≥ILmax+IZ

第五十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期五3.限流电阻R的选择

二极管的最小电流二极管的最大电流第五十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.5串联型稳压电路

第六十页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.5串联型稳压电路

一、基本调整管电路1、稳压原理UB不变第六十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五二、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第六十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五3.输出电压的调节范围2.稳压原理UO↑→UN↑→UB↓→UO↓

UO↓

→UN↓→UB↑→UO↑引入了负反馈第六十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五4.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：第六十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五(1）电路构成5.放大环节由分立元件组成基准电压电路采样电路比较放大电路调整管电路限流保护电路第六十五页，共八十三页，编辑于2023年，星期五（T3导通）第六十六页，共八十三页，编辑于2023年，星期五(2）稳压原理UO↑→UB2↑→UC2↓UO↓

引入了负反馈(3）输出电压调节范围第六十七页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

10.15直流稳压电源如图P10.15所示。（1）说明电路的整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成。（2）标出集成运放的同相输入端和反相输入端。写出输出电压的表达式。第六十八页，共八十三页，编辑于2023年，星期五10.14电路如图P10.14所示，已知稳压管的稳定电压UZ＝6V，晶体管的UBE＝0.7V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UI＝24V。判断出现下列现象时，分别因为电路产生什么故障（即哪个元件开路或短路）。

（1）UO≈24V；（2）UO≈23.3V；（3）UO≈12V且不可调；（4）UO≈6V且不可调；（5）UO可调范围变为6～12V。第六十九页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例5两只稳压管的稳压值分别为5V和10V，正向导通电压为0.7V,将他们串联或者并联，可能得到几种电压值？15V5.7V10.7V1.4V5V0.7V第七十页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

例6已知图所示电路中稳压管的稳定电压UZ＝6V，最小稳定电流IZmin＝5mA，最大稳定电流IZmax＝25mA。（1）分别计算UI为10V、15V、35V三种情况下输出电压UO的值；（2）若UI＝35V时负载开路，则会出现什么现象?为什么？解：（1）当UI＝10V和15V时，假定稳压管未被击穿，其两端的电压为：（未达到稳压管的反向击穿电压，稳压管不稳压）第七十一页，共八十三页，编辑于2023年，星期五（2）29mA＞IZM＝25mA，稳压管将因功耗过大而损坏。当UI＝35V时，(稳压管被反向击穿)（在稳压工作区）第七十二页，共八十三页，编辑于2023年，星期五例10.5.1电路如图所示，已知输入电压UI的波动范围为±10%，调整管的饱和压降UCES=2V，输出电压的调节范围为5~20V，R1＝R3＝200Ω。试问：（1）稳压管的稳定电压UZ和R2的取值各为多少？（2）为使调整管正常工作，UI的取值至少应取多少？第七十三页，共八十三页，编辑于2023年，星期五

解：（1）代入数据得：

R2＝600Ω，UZ=4V。第七十四页，共八十三页，编辑于2023年，星期五（2）为使调整管正常工作，须在输入电压最低且输出电压最高时，保证调整管工作在放大状态。故UI至少