情境13直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與制作及其應(yīng)用0

1、遼寧裝備制造職業(yè)技術(shù)學(xué)院課時(shí)授課計(jì)劃 06機(jī)電 專業(yè) 電工與電子技術(shù) 學(xué)科 序號 課題 情境13直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與制作及其應(yīng)用班級周星期月、日課節(jié)06機(jī)電2教學(xué)方法講授教具準(zhǔn)備電工教學(xué)目的 1掌握用變壓器、整流二極管、濾波電容和集成穩(wěn)壓器來設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源；2掌握直流穩(wěn)壓電源的主要性能參數(shù)及測試方法。教學(xué)難重點(diǎn)重點(diǎn)掌握整流電路基本術(shù)語的理解教學(xué)過程設(shè)計(jì)一、組織教學(xué)掌握學(xué)生的出勤情況。二、引入項(xiàng)目 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)與制作及其應(yīng)用，提出問題，布置任務(wù)。三、具體實(shí)施學(xué)生兩人一組對實(shí)訓(xùn)電路進(jìn)行實(shí)測。整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路。四、項(xiàng)目檢查學(xué)生分組檢查完成工作任務(wù)情況，共同分析問題、解釋結(jié)果。遇到無法

2、解決的問題時(shí)請求老師幫助解決。五、分析評價(jià)小組向教師演示直流穩(wěn)壓電源的制作，教師進(jìn)行評價(jià)并提出改進(jìn)意見，師生展開討論。小結(jié)本節(jié)主要內(nèi)容并了解學(xué)生學(xué)習(xí)情況，給預(yù)指導(dǎo)。布置課后思考題91 直流電源的組成一、電路組成：1、電路一般由四部分組成。組成方框圖如圖9ll 所示。 2、電源變壓器 一般情況下，負(fù)載所需要的直流電壓U0的數(shù)值較低，這就需要通過變壓器將電網(wǎng)提供的交流電的電壓有效值U1變換到適當(dāng)?shù)臄?shù)值U2，然后再進(jìn)行整流變換。二、各部分功能： 1、整流電路 利用二極管的單向?qū)щ娦园呀涣麟娮儞Q為極性固定的直流電u3，但是電壓數(shù)值卻在很大范圍內(nèi)變化，稱為單向脈動直流電壓。2、濾波電路 整流電路輸出的單

3、向脈動直流電壓u3中，既包含直流分量，又包含較多的交流諧波成分、濾波電路的作用就是濾除其中的交流諧波，輸出平滑的直流電壓u4。3、穩(wěn)壓電路 由于電網(wǎng)提供的交流電電壓（有效值）有時(shí)會產(chǎn)生波動。此外，負(fù)載也會發(fā)生變化（負(fù)載所取用的電流發(fā)生變化），這些都會引起輸出的直流電壓U0發(fā)生變化。穩(wěn)壓電路的主要作用就是在以上兩種情況下，保持輸出的直流電壓U0穩(wěn)定。同時(shí)，穩(wěn)壓電路也使輸出的直流電壓更加平滑。三、小結(jié)與作業(yè)1、小結(jié)：電路組成 各部分功能2、 作業(yè)：直流電源的組成 92 單相橋式整流電路一、整流電路的性能指標(biāo)1整流輸出電壓的平均值U0（AV）U0（AV）是整流電路輸出的單向脈動直流電壓的平均值，也就

4、是其中的直流分量。它表示了整流電路將交流電變換為直流電的能力；2紋波因數(shù)衡量整流電路輸出電壓中交流（諧波）成分大小的性能指標(biāo)，反映了輸出電壓的平滑程度。紋波因數(shù)的定義是整流電路輸出電壓中交流分量的有效值與直流分量的比值。越小，整流效果越好。3整流二極管的正向平均電流ID（AV）就是整流電路工作時(shí)流過二極管的正向平均電流，該值應(yīng)小于二極管所允許的最大整流電流ID（AV），以防止二極管過熱燒毀。4整流二極管所承受的最大反向電壓URM整流電路實(shí)際工作時(shí)，加在整流二極管的最大反向電壓URM應(yīng)該小于其最高反向工作電壓URM。否則，可能使二極管的工作進(jìn)入反向特性的擊穿區(qū)，失去單向?qū)щ娦?。二、單相橋式整流?/p>

5、路的工作原理單相橋式整流電路是目前使用最多的一種整流器，電路組成如圖92l所示。 三、性能指標(biāo)的分析 1整流輸出電壓的平均值U0（AV）它是輸出電壓u0的直流分量，據(jù)公式（92）可得 n2紋波因數(shù)根據(jù)公式（92），經(jīng)計(jì)算可得 048即交流諧波的有效值約為直流分量的一半。包含如此多交流成分的單向脈動電壓不能滿足電子電路的需要。3整流二極管的正向平均電流ID（AV）流過負(fù)載RL的電流平均值是 4整流二極管所承受的最大反向電壓URM； 二極管所承受的最大反向電壓就是u2的最大值。即 四、例析： 例題91 橋式整流電路中變壓器的二次側(cè)電壓有效值U240V，負(fù)載電阻RL=300 。 （1）計(jì)算整流輸出電

6、壓的平均值U0（AV）、流過負(fù)載RL的電流平均值I0； （2）選擇合用的二極管。 解：據(jù)公式（93）可得 U0（AV）0.9U2(0.9×40)V=36V 流過負(fù)載RL的電流平均值 整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路 整流二極管所承受的最大反向電壓URM，根據(jù)公式（96）為URM查閱半導(dǎo)體器件手冊，可選用四只2CZ82C，其最大整流電流IF100 Ma、最高反向工作電壓UR100V。 五、小結(jié)與作業(yè)1、小結(jié)：直流電源的組成 單相橋式整流電路的工作原理 性能指標(biāo)的分析2、作業(yè)：橋式整流電路的工作原理9-3 濾波電路一、濾波電路1、目的：為了把整流電流諧波成路輸出的單向脈動電壓變換成負(fù)載所要求

7、的平滑的直流電壓，就要濾除單向脈動電壓中的交分，只輸出其中的直流分量，這個(gè)任務(wù)是由濾波電路完成的。2、電路分析：在圖93l所示橋式整流電路中加入了電容濾波器。即在整流電路的輸出端，與負(fù)載RL并聯(lián)接人一個(gè)電容器C。該電容器容量很大，一般為幾百微法至幾千微法。二、電容濾波的實(shí)際物理過程是其充、放電過程1、過程：由于電容器是一種儲存電場能的“儲能”元件，它的端電壓uC不能突變。當(dāng)外加電壓升高時(shí)，uc只能逐漸升高；當(dāng)外加電壓降低時(shí)uC也只能逐漸降低。根據(jù)電容器的這一性質(zhì)，把它并聯(lián)在整流電路的輸出端，就可以使原來輸出的脈動電壓受到抑制，使輸出電壓變得平滑。具體分析是當(dāng)u2數(shù)值高于電容的電壓uc=u0時(shí)，

8、二極管導(dǎo)通，電源電壓在為負(fù)載供電的同時(shí)也為電容充電。且可以近似認(rèn)為uc=u2。當(dāng)u2的數(shù)值低于電容的電壓uCu0時(shí)，各二極管均處于反向偏置狀態(tài)，截止，電容器開始經(jīng)過負(fù)載RL放電。因?yàn)榉烹姇r(shí)間常數(shù)=RLC很大，uC只能按照指數(shù)規(guī)律緩慢下降。此后，電源電壓u2的數(shù)值又升高到高于電容的電壓uC=u0，二極管又開始導(dǎo)通，電容重新充電。以下電容器依次重復(fù)上述充、放電過程，輸出電壓uc=u0的波形如圖932中粗實(shí)線所示。2、時(shí)間常數(shù)，RLC較大時(shí)，例如一般情況下要求 U0（AV）可用下式進(jìn)行估算： 三、例析例題92 一個(gè)帶電容濾波器的單相橋式整流電路，交流電源的頻率f50HZ。輸出電壓的平均值U0（AV）

9、12V，流過負(fù)載RL的電流I0（AV）160mA。試估算濾波電容C的電容量。解：根據(jù)已知的U0（AV）和I0（AV）值，可以計(jì)算出負(fù)載電阻為 已知交流電源的頻率f= 50HZ，其周期 T0.02 s。據(jù)公式（97），取，RLC3(T/2)=(3/2)T,則 選擇濾波電容器除了電容量C之外，還要注意它的耐壓值。在工作過程中，電容器承受的電壓最大值就是變壓器二次側(cè)電壓u2的幅值U2m。據(jù)公式（9一8）可得 選擇電容器的耐壓值應(yīng)大于14.I4 V，且應(yīng)有一定的富裕量。 四、小結(jié)與作業(yè)1、小結(jié)：濾波電路 、電容濾波的實(shí)際物理過程是其充、放電過程2、作業(yè)：濾波電路的作用和工作原理9-4穩(wěn)壓電路一、串聯(lián)型

10、直流穩(wěn)壓電路的組成 1、采樣電路 由電阻R1 、R2和電位器RP組成的電阻分壓電路，把輸出電壓U0的一部分送到運(yùn)算放大器的反相輸入端。其值為 2、基準(zhǔn)電壓電路 由穩(wěn)壓管VDZ和限流電阻R組成。穩(wěn)壓管VDZ的端電壓UZ作為基準(zhǔn)電壓，接入運(yùn)算放大器的同相輸入端。 3 、放大電路 由運(yùn)算放大器組成。 電路顯示，其輸出端至反相輸入端之間構(gòu)成閉環(huán)通路，形成負(fù)反饋，運(yùn)放工作在線性放大狀態(tài)。放大電路的作用原理是將反映輸出電壓U0變化的采用電壓與基準(zhǔn)電壓UZ進(jìn)行比較，其差值經(jīng)過放大后，加至稱為調(diào)整管V的基極，達(dá)到控制調(diào)整管管壓降UCE的目的 4、 電壓調(diào)整電路 由調(diào)整管V組成，且可認(rèn)為調(diào)整管V與輸出負(fù)載RL串

11、聯(lián)；所以稱這種類型的穩(wěn)壓電路為串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。 由于穩(wěn)壓電路的輸入電壓U1=UCE+U0。凋整管的基極電位VB就是運(yùn)放的輸出電壓，因此可以通過VB控制調(diào)整管的管壓降UCE，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。二、穩(wěn)壓原理 1、 穩(wěn)壓過程當(dāng)交流電網(wǎng)電壓有效值U2下降時(shí)，穩(wěn)壓過程可自行分析。 如果交流電網(wǎng)電壓有效值U2保持不變，則穩(wěn)壓電路輸入電壓U1也不變，但負(fù)載RL變化。例如RL變小，負(fù)載電流I0增加，根據(jù)電源的外特性，會使輸出電壓U0下降。這時(shí)，電路將產(chǎn)生如下的自動調(diào)壓過程： 由公式（9一9）可得 根據(jù)運(yùn)放線性運(yùn)用“虛短”的特點(diǎn)，UU，而 UUZ，所以上式可改寫為 公式（910）表明，改變電位器RP活

12、動端頭的位置，改變RP的大小，就可以連續(xù)、均勻地改變輸出電壓U0的數(shù)值。 當(dāng)RP的滑動端頭位置到最下端位置時(shí)，RP最小，RP=0，輸出電壓U0為最小值，即 當(dāng)RP的滑動端頭位置到最下端位置時(shí)，RP最小，RP0輸出電壓U0為最大值，即 穩(wěn)壓電路的輸出U0maxU0U0min 三、小結(jié)與作業(yè)1、小結(jié)：串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的組成 穩(wěn)壓原理2、作業(yè)：串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理9-5 三端集成穩(wěn)壓器一、W78 X X和 W79 X X系列集成穩(wěn)壓器簡介W78 X X系列集成穩(wěn)壓器輸出正電壓，W79 X X系列集成穩(wěn)壓器輸出負(fù)電壓（均對公共端）。其型號中最后兩位是阿拉伯?dāng)?shù)字，表示穩(wěn)壓器輸出的直流電壓值。二、W

13、78 X X和 W79 X X系列集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1、應(yīng)用 ： 圖952所示是 V78 X X和 R79 X X系列集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。經(jīng)過整流、濾波后未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓U1加至穩(wěn)壓器的輸入端和公共端之間，在輸出端和公共端之間取得穩(wěn)定的直流電壓。輸入端接入的電容C的作用是防止自激振蕩，一般取值0.33F。電路分析： 圖953所示是同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路。由于采用了兩片穩(wěn)壓數(shù)值相等、極性相反的三端集成穩(wěn)壓器 w7815和 w7915，在輸出端同時(shí)獲得了對稱的穩(wěn)定輸出電壓。這種對稱直流電源在很多電子電路中得到應(yīng)用。W78 X X和 W79 X X系列三端穩(wěn)壓器本身只能輸出固定的直流電壓，輸出的直流電流也受其最大輸出電流的限制。在使用中，為了滿足負(fù)載的不同需要，可以采用外接元件和電路的方法提高并調(diào)節(jié)輸出電壓或擴(kuò)大輸出電流。圖954所示是提高輸出電壓的電路。外接運(yùn)算放大器接成電壓跟隨器形式，一個(gè)電阻元件與電位器串聯(lián)，組成分壓電路，電位器的滑動端接入運(yùn)放的同相輸入端。W78 X X輸出端2與公共端3之間的電位差就是穩(wěn)壓電路的輸出電壓：V2V3UXX?，F(xiàn)運(yùn)放的反相輸入端電位V-=V3-，又