《电工电子技术》课件第8章

第八章直流稳压电源与电子识图8.1直流稳压电源

8.2电子识图

本章小结

情境描述：按图8.1所示搭接电路。检查无误后接通电源。用示波器观察u2、负载RL两端波形，并用直流电压表测量负载RL两端的电压Uo。

在图8.1所示整流电路基础上加上滤波电容C，构成图8.2所示整流滤波电路。用示波器观察u2、负载RL两端波形,并用直流电压表测量负载RL两端电压Uo。

情境分析：这两个电路输入的是220Ｖ的交流电，输出却变成了直流电，变换过程是怎样的？电路参数如何选取？还有哪些电路可以将交流电变为直流电？本章重点讨论如何将交流电变为稳定的直流电的问题；另外，电子识图训练也是本章的重要任务。图8.1整流电路实验电路图8.2整流滤波电路实验电路 8.1直流稳压电源

8.1.1整流电路

1.单相半波整流电路

1)工作原理

单相半波整流电路是最基本的整流电路，其电路图如图8.3所示。

整流电路工作时，利用整流二极管的单向导电特性，将其作为开关使用。当正半周时，二极管VD导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时，二极管VD截止，在负载电阻上没有电流通过。因此加在负载电阻上的电压仅是半个正弦波，是同一个方向的半波脉动电压，其波形见图8.4。图8.3单相半波整流电路图8.4单相半波整流电路的电流与电压波形

2)参数计算

根据图8.4可知，在一个周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。

设 ，则负载上的输出平均电压为

流过负载和二极管的平均电流为(8.1)(8.2)二极管所承受的最大反向电压为

2.单相桥式整流电路

1)工作原理

单相桥式整流电路是工程上最常用的单相整流电路，如图8.5所示。(8.3)图8.5单相桥式整流电路整流电路在工作时，电路中的四只二极管都作为开关运用。根据图8.5的电路图可知：

当正半周时，二极管VD1、VD2导通(VD3、VD4截止)，在负载电阻上得到正弦波的正半周；

当负半周时，二极管VD3、VD4导通(VD1、VD2截止)，在负载电阻上得到正弦波的负半周。

在负载电阻上经过正、负半周合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的电流与电压波形见图8.6。图8.6单相桥式整流电路波形

2)参数计算

根据图8.6可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。其输出平均电压为

流过负载的平均电流为

流过二极管的平均电流为

(8.4)(8.5)(8.6)二极管所承受的最大反向电压为

8.1.2滤波电路

1.电容滤波电路

下面以单相桥式整流电容滤波电路为例，分析电容滤波的工作原理，电路如图8.7所示。显然，该电路只是在桥式整流的负载电阻上并联了一个滤波电容C。(8.7)图8.7电容滤波电路

1)工作原理

电容滤波过程见图8.8。

显然。当RL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。

2)参数计算

输出电压的平均值一般常采用以下近似估算法计算：在RLC=(3～5)T/2的条件下，近似认为

Uo=1.2U2(桥式)

(8.8)

Uo=U2(半波)

(8.9)图8.8电容滤波电路波形截止二极管上的最高反向电压URmax为

2.电感滤波电路

桥式整流电感滤波电路如图8.9所示。图8.9电感滤波电路(8.11)(8.10)滤波元件L串在整流输出与负载RL之间(电感滤波一般不与半波整流搭配)。其滤波原理可用电磁感应原理来解释。当电感中通过交变电流时，电感两端便产生出一反电动势阻碍电流的变化：当电流增大时，反电动势会阻碍电流的增大，并将一部分能量以磁场能量储存起来；当电流减小时，反电动势会阻碍电流的减小，电感释放出储存的能量。这就大大减小了输出电流的变化，使其变得平滑，达到了滤波目的。当忽略L的直流电阻时，RL上的直流电压Uo与不加滤波时负载上的电压相同，即

Uo＝0.9U2

(8.12)与电容滤波相比，电感滤波有以下特点：

(1)电感滤波的外特性和脉动特性比较平坦；

(2)电感滤波电路整流二极管的导通角θ＝π；

(3)电感滤波输出电压较电容滤波为低。故一般电感滤波适用于输出电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。

图8.10是LC滤波电路。具有LC滤波器的整流电路适用于输出电流较大、输出电压脉动很小的场合。图8.10电感电容滤波电路

3.π型滤波器(CLC滤波器、CRC滤波器)

图8.11为CLCπ型滤波电路，用于要求输出电压脉动更小的场合。但此电路对整流二极管的冲击电流较大。图8.12为CRCπ型滤波电路，它适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动小的场合。图8.11

CLCπ型滤波图8.12

CRCπ型滤波8.1.3稳压电路

经整流滤波后输出的直流电压，虽然平滑程度较好，但其稳定性是比较差的。其原因主要有以下几个方面：

(1)由于输入电压(市电)不稳定(通常交流电网允许有±10%的波动)而导致整流滤波电路输出直流电压不稳定；

(2)当负载RL变化(即负载电流IL变化)时，整流滤波电路存在一定的内阻，使得输出直流电压发生变化；

(3)当环境温度发生变化时，引起电路元件(特别是半导体器件)参数发生变化，导致输出电压发生变化。

所以，经整流滤波后的直流电压，必须采取一定的稳压措施，才能适合电子设备的需要。常用的稳压电路有稳压管稳压电路、串联型稳压电路和开关稳压电路等。

稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。

1．串联型稳压电路

1)组成框图

串联型稳压电路的组成方框图如图8.13所示。

它由取样电路、基准电压源、调整电路(三极管)和比较放大电路(误差放大器)组成。图8.13串联型稳压电路框图

2)稳压原理

设输入电压变化，负载电流保持不变。输入电压Ui的增加，必然会使输出电压Uo有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号UF与基准源电压UREF比较，获得误差信号ΔU，因UREF恒定不变，故ΔU减小，Uo1减小，用Uo1控制调整管的管压降，则UCE增加，Uo下降，从而抵消输入电压增加的影响，其稳压过程如图8.14所示。图8.14串联型稳压电路的稳压过程

3)输出电压调节范围的计算

根据图8.13可知

4)三端集成稳压电路

将线性串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个外引线：输入端、输出端和公共端。它的电路符号及外形如图8.15所示。要特别注意，不同型号、不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。(8.13)图8.15集成稳压器符号及外形三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图8.16所示。三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图8.17所示。图8.16三端固定输出稳压器应用电路图8.17三端可调输出稳压器应用电路三端可调输出集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节：

2.开关稳压电源

1)组成框图

图8.18为串联开关稳压电路的基本组成框图。图中V1为开关元件(调整管)，V2为续流二极管；L、C构成L型滤波电路；R1和R2组成取样电路，A为误差放大器，C为电压比较器，它们与基准电压源、三角波发生器组成开关调整管的控制电路。取样电压为uF、基准电压为UREF、三角波电压为uT。uT决定着电源开关的频率。比较器的输出uB控制着调整管的导通和截止。uB、uT、uA的波形如图8.19为(a)、(b)所示。(8.14)图8.18串联开关稳压电路框图

2)原理分析

当uB为高电平时，V1饱和导通，uE=Ui，V2截止，uE通过电感L为负载RL提供电流。电感L中的电流iL随时间线性增长，同时L将储能，当iL>Io时，电容C亦被充电，输出电压uo略有增大。

当uB为低电平时，V1截止，uE=0，电感L将产生与电流iL同方向的自感电动势，经V2构成回路而续流。此时，负载RL所获得的电能来自于电感L的储能,因此电流iL将随时间线性下降。当iL<Io时，电容C放电，输出电压uo略有下降。uE、iL、uo波形如图8.19(c)、(d)、(e)所示。图中的Io、Uo分别为稳压电路输出电流、电压的平均值。由此可见，开关型稳压电源能获得平稳直流电压输出的关键在于二极管V2的续流和L、C的滤波作用。图8.19开关稳压电源的电流、电压波形

3)计算关系

在忽略滤波器电感的直流压降、开关管的饱和压降及二极管的导通压降时，输出电压的平均值将正比于脉冲的占空比：

由于输出电压的大小与脉冲的宽度成正比，故而又将此电路称为脉宽调制式(PWM)开关稳压电路。(8.15)

4)集成开关稳压器及其应用

集成开关稳压器的种类较多,如CW1524/2524/3524、CW4960/4962及CW2575/2576等。在这里，我们着重介绍关于CW1524系列的特点、性能和应用。

CW1524系列是采用双极型工艺制作的模拟、数字混合集成电路，其内部电路包括基准电压源、误差放大器、振荡器、脉宽调制器、触发器、两只输出功率晶体管及过流过热保护电路等。

CW1524的工作结温为-55℃～+150℃，CW2524/3524的工作结温为0℃～+125℃；最大输入电压为40V；最高工作频率为100kHz；内部基准电压为5V；能承受的负载电流为50mA；每路输出电流为100mA。

CW1524系列采用直插式16脚封装。管脚排列如图8.20所示。

图8.20

CW1524的管脚排列由CW1524构成的开关稳压电源实例如图8.21所示。图8.21

CW1524开关稳压电源实例

8.2电子识图

8.2.1电子电路识图方法简介

1.电路图的认识与分析

要想看懂一张电路图所能实现的功能，必须从以下几方面入手：

(1)了解电路中各元器件的功能，重点是二极管、三极管及各种集成电路，这些元器件是电路的核心。

(2)围绕主要元器件、集成电路，分析元器件、集成电路在该电路中的作用。

(3)将信号分为两大类：电源类和线路信号类，以此进一步分析电路中各元器件的作用。

(4)抓住线路信号的走向、变化及影响。

(5)将复杂电路分割成多个单元电路，先进行单元电路的分析，再将各部分综合。

2.印刷电路图的作用和特点

(1)印刷电路图的作用。印刷电路图是专门为元器件装配和机器修理服务的图，它与各种电路图有着本质上的不同。印刷电路图的主要作用如下：

①通过印刷电路图可以方便地在实际电路板上找到电原理图中某个元器件的具体位置，没有印刷电路图时的查找就不方便。②印刷电路图起到电原理图和实际电路板之间的沟通作用，是方便维修工作不可缺少的资料之一，没有印刷电路图将影响维修速度，甚至妨碍正常检修思路的顺利展开。

③印刷电路图表示了电原理图中各元器件在电路板上的分布状况和具体的位置，给出了各元器件管脚之间连线(铜箔线路)的走向。

④印刷电路图是一种十分重要的修理资料，它通常将电路板上的情况1∶1地画在印刷电路图上。

(2)印刷电路图的特点。印刷电路图具体有下列一些特点：

①从印刷电路设计的效果出发，电路板上的元器件排列、分布不像电原理图那么有规律，这给印刷电路图的识图带来了诸多不便。

②印刷电路图表示元器件时用电路符号，表示各元器件之间连接关系时不用线条而用铜箔线路，有些铜箔线路之间还用跨线连接，有时又用线条连接，所以印刷电路图看起来很“乱”，这些都影响识图。

③印刷电路图上画有各种引线，而且这些引线的绘画形式没有固定的规律，这给看图造成不便。

④铜箔线路排布、走向比较“乱”，而且经常遇到几条铜箔线路并行排列，给观察铜箔线路的走向造成不便。

3.印刷电路图识图方法和技巧

(1)识图方法和技巧。由于印刷电路图比较“乱”，采用下列一些方法和技巧可以提高识图速度：

①根据一些元器件的外形特征可以比较方便地找到这些元器件。外形比较容易辨认的元器件有集成电路、功率放大管、开关件、变压器等。

②对于集成电路而言，根据集成电路上的型号可以找到某个具体的集成电路。尽管元器件的分布、排列没有什么规律而言，但是同一个单元电路中的元器件相对而言还是集中在一起的。③一些单元电路比较有特征，根据这些特征可以方便地找到。如整流电路中的二极管比较多，功率放大管上有散热片，滤波电容的容量最大、体积最大等。

④找地线时，电路板上大面积铜箔线路是地线，一块电路板上的地线处处相连。另外，一些元器件的金属外壳接地。找地线时，上述任何一处都可以作为地线使用。在一些机器的各块电路板之间，地线也是相连接的，但是当每块之间的接插件没有接通时，各块电路板之间的地线是不通的，这一点在检修时要注意。⑤印刷电路图与实际电路板对照过程中，可在印刷电路图和电路板上分别标出看图方向，使得印刷电路图与电路板有相同的看图方向，省去每次都要对照看图方向的麻烦，这样可以大大方便看图。

⑥观察电路板上元器件与铜箔线路连接情况、观察铜箔线路走向时，可以用灯照着，如图8.22所示，将灯放置在有铜箔线路的一面，在装有元器件的一面可以清晰、方便地观察到铜箔线路与各元器件的连接情况，这样可以不用翻转电路板。不断翻转电路板不但麻烦，而且容易折断电路板上的引线。图8.22观察电路板示意图

(2)举例说明。要寻找某个电阻器或电容器时，不要直接去找，因为电路中的电阻器、电容器很多，寻找不方便，可以采用间接方式寻找，方法是先找到与它们相连的三极管或集成电路，顺着线路就可以找到它们了。或者根据电阻器、电容器所在单元电路的特征，先找到该单元电路，再寻找电阻器和电容器。

如图8.23所示，要寻找电路中的电阻R1，可以先找到集成电路A1，因为电路中的集成电路较少，找到集成电路A1比较快捷。然后，利用集成电路的管脚分布规律找到2脚，2脚与地之间的电阻就是R1。图8.23寻找元器件示意图8.2.2超外差式收音机的识图与装配

1.电路组成

1)收音机元器件清单

收音机元器件清单如表8.1所示。表8.1袖珍式六管超外差式收音机元器件清单

2)收音机原理图

收音机的原理图如图8.24所示。由于电路中使用了六个三极管，所以称为六管收音机。图8.24六管超外差式收音机原理图

2.收音机电路安装

收音机的装配图如图8.25所示。图8.25六管超外差式收音机装配图

3.检测

1)前提

安装正确。元器件无缺焊、错焊，连接无误，印刷板