第15章二極管整流及直流穩(wěn)壓電源

1、第第15章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源15.1單相整流電路 15.1.1 單相半波整流電路 15.1.2 單相全波整流電路 15.2濾波電路 15.2.1 電容濾波器 15.2.2 電感濾波器 15.2.3 型濾波器15.3 穩(wěn)壓電源 15.3.1 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 15.3.2 開關(guān)電源15.4 集成穩(wěn)壓器 第第21講講電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)榉群线m的交流電壓變?yōu)榉群线m的交流電壓u2。整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷鹤優(yōu)槠交闹?/p>

2、流電壓u4。穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。前言：前言： 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整流電路整流電路濾波電路濾波電路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo負(fù)載負(fù)載單相單相三相三相本課主要介紹：本課主要介紹：（1）單相半波整流）單相半波整流（2）單相全波整流）單相全波整流（3）單相橋式整流）單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。整流電路分類：整流電路分類：整流電路的任務(wù)：整流電路的任務(wù)：二極管二極管可控硅可控硅橋式橋式倍壓整流倍壓整流半波半波全

3、波全波15.1 15.1 整流電路整流電路15.1.1 15.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，二極管導(dǎo)通，uo=u2 把二極管當(dāng)作理想元件處理，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)▔航禐榧炊O管的正向?qū)▔航禐?，反，反向電阻為無窮大。向電阻為無窮大。二極管截止二極管截止, uo=0+u2 0 時(shí)時(shí):u2 ID(AV)二極管反向峰值電壓二極管反向峰值電壓URM： URM 2UDRMuD1uD2u1u2T+RLuo + io+ D2+ u2D1+ + 15.1.2 15.1.2 單相全波整流電路單相全波整流電路原理：原理：+ 變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)變壓器副邊中

4、心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓相等的電壓u2。當(dāng)當(dāng)u2正半周時(shí)，正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2截止。截止。當(dāng)當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，導(dǎo)通，D1截止。截止。在負(fù)載電阻在負(fù)載電阻RL兩端產(chǎn)生直流電壓兩端產(chǎn)生直流電壓uo。+U2m2U2m1. 1. 用中心抽頭變壓器的單相全波整流電路用中心抽頭變壓器的單相全波整流電路u2uouD1 t 2 3 4 0uD2 t t tD D1 1導(dǎo)通導(dǎo)通D D2 2導(dǎo)通導(dǎo)通輸出電壓平均值（輸出電壓平均值（Uo(AV)）,輸出電流平均值（輸出電流平均值（Io (AV)0220oO(AV)(t)dsin2(1)(d21tUtuUL2LO(AV)O(AV)9 .

5、 0RURUIuD1uD2u1u2T+RLuo + io+ D2+ u2D1+ + uo 2 0 t229 . 022UU2O(AV)9 . 0 UU輸出電壓平均值輸出電壓平均值輸出電流平均值輸出電流平均值二極管的平均電流及承受的最大反向電壓二極管的平均電流及承受的最大反向電壓2O(AV)D(AV)IIuD1uD2u1u2T+RLuo + io+ D2+ u2D1+ + uD1 2 0 t2DRM22UU二極管上的平均電流負(fù)載平均電流的一半：二極管上的平均電流負(fù)載平均電流的一半：二極管所承受的最大反向電壓二極管所承受的最大反向電壓u2 峰值電壓的峰值電壓的2倍倍:2U2m2. 2. 單相橋式整

6、流電路單相橋式整流電路組成：由四個(gè)二極管組成橋路組成：由四個(gè)二極管組成橋路u1u2TD3D2D1D4RLuo RLD1D3D2D4u2uo u2uo +單相橋式整流電路原理單相橋式整流電路原理當(dāng)當(dāng)u2正半周時(shí)：正半周時(shí)： D1、D3導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2、D4截止。截止。當(dāng)當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)：負(fù)半周時(shí)： D1、D3截止，截止，D2、D4導(dǎo)通。導(dǎo)通。u2D3D2D1D4RLuo u2uouD1 t 2 3 4 0uD2 t t tuD3uD4D D1 1D D3 3導(dǎo)通導(dǎo)通D D2 2D D4 4導(dǎo)通導(dǎo)通D D1 1D D3 3導(dǎo)通時(shí)，導(dǎo)通時(shí)，D2D4承受反承受反向電壓向電壓D D2 2D D4 4導(dǎo)通時(shí)

7、，導(dǎo)通時(shí)，D1D3承受反承受反向電壓向電壓單相橋式整流電路的計(jì)算單相橋式整流電路的計(jì)算u2uouD1 t 2 3 4 0uD2 t t tuD3uD42O(AV)9 . 0 UU輸出電壓平均值輸出電壓平均值:輸出電流平均值輸出電流平均值:L2LO(AV)O(AV)9 . 0RURUI2O(AV)D(AV)II二極管平均電流：二極管平均電流：二極管最大反向電壓：二極管最大反向電壓：2DRM2UU集成硅整流橋集成硅整流橋+- +u2uo+ +u2D3D2D1D4RLuo 14集成硅整流橋：集成硅整流橋：u2uo+ +- +整流電路的主要參數(shù)整流電路的主要參數(shù) (1) 整流輸出電壓的平均值整流輸出電

8、壓的平均值UO(AV)及負(fù)載上的平均電流及負(fù)載上的平均電流IO(AV)(2) 脈動(dòng)系數(shù)脈動(dòng)系數(shù)S S定義：定義：整流輸出電壓的基波峰值整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與與uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。uo 2 0 t 用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出 uo 分解后可得分解后可得:670322232422O(AV)o1M.UUUUS)6cos3544cos1542cos342(22otttUu基波基波（3）二極管最大整流電流）二極管最大整流電流IF與反向峰值電壓與反向峰值電壓URM二極管參數(shù)選擇二極管參數(shù)選擇二極管最大整流電流二極管最大整流電流IF：IF I

9、D(AV) 二極管反向峰值電壓二極管反向峰值電壓URM：URM 2UDRMID(AV) 整流電路中二極管的平均電流整流電路中二極管的平均電流UDRM 整流電路中二極管的最大反向電壓整流電路中二極管的最大反向電壓15.2 15.2 濾波電路濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)濾波電路的結(jié)構(gòu): RC或或RL無源低通濾波器無源低通濾波器整流電路整流電路濾波電路濾波電路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo負(fù)載負(fù)載脈動(dòng)直流電壓脈動(dòng)直流電壓平滑直流電壓平滑直流電壓RLCu4u3電容與負(fù)載電容與負(fù)載R RL L并聯(lián)并聯(lián)電感與負(fù)載電感與負(fù)載R RL L串聯(lián)串聯(lián)LRLu4u315.2.1 15.2.1 電容濾波電路電容

10、濾波電路（1 1） 電容濾波原理電容濾波原理CuC u1u2TD3D2D1D4RLuo uo tuC濾波原理用電容充放電的原理說明。濾波原理用電容充放電的原理說明。(a) 整流電路內(nèi)阻整流電路內(nèi)阻ro 2UDRM整流電流整流電流IF（23）ID(AV) uo（3 3）電容濾波原理的低通濾波器）電容濾波原理的低通濾波器用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出 u3 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(223tttUu 頻率越高，電容的容抗越小，所以頻率越高，電容的容抗越小，所以 u3 的高頻分量通過電容濾掉，的高頻分量通過電容濾掉，只有直流分量全部保留

11、和一些低頻分量保留，為輸出只有直流分量全部保留和一些低頻分量保留，為輸出 uo 。+ ro整流電路整流電路RLCuou3+ 內(nèi)阻內(nèi)阻u3uo15.2.2 15.2.2 電感濾波電路電感濾波電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L(帶鐵心的電感線圈）就構(gòu)帶鐵心的電感線圈）就構(gòu)成了電感濾波電路。成了電感濾波電路。 u1u2TD3D2D1D4RLuo Lu3電感濾波原理電感濾波原理(低通濾波器解釋）：低通濾波器解釋）： 對(duì)諧波分量對(duì)諧波分量: f 越高，越高，XL 越大，電壓大部分降在越大，電壓大部分降在XL上。上。因此，因此，在輸出端得在輸出端得到

12、比較平滑的直流電壓。到比較平滑的直流電壓。對(duì)直流分量對(duì)直流分量: XL=0 ，電感相當(dāng)于短路，電感相當(dāng)于短路, 電壓大部分降在電壓大部分降在RL上。上。當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：2O9 . 0 UUuou315.2.3 15.2.3 型型濾波器濾波器改善濾波特性的方法：改善濾波特性的方法：采取多階濾波采取多階濾波（1） RC 型型濾波器濾波器（2） LC 型型濾波器濾波器RC1C2u1u2RLuo LC1C2u1u2RLuo 15.3 15.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用穩(wěn)壓電路的作用整流電路整流電路濾波電路濾波電路穩(wěn)穩(wěn) 壓

13、壓 電電 路路u1u2u3u4uo負(fù)載負(fù)載脈動(dòng)直流電壓脈動(dòng)直流電壓平滑直流電壓平滑直流電壓穩(wěn)定直流電壓穩(wěn)定直流電壓穩(wěn)壓電路的類型穩(wěn)壓電路的類型穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型開關(guān)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路電路最簡單，但是帶負(fù)載能電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。不作為電源使用。效率較高，目前效率較高，目前使用較普遍。使用較普遍。以下主要討論線性以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(a)穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) S（越小越好）（越小越好） 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)S反映

14、電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。IIOOUUUUS(b)輸出電阻輸出電阻Ro （越小越好）（越小越好） 輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。戴維南等效電路的內(nèi)阻。15.3.1 15.3.1 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型

15、穩(wěn)壓電路(a) 電路框圖電路框圖（四部分組成：調(diào)整管，基準(zhǔn)電壓，采樣電路，比較放大器）（四部分組成：調(diào)整管，基準(zhǔn)電壓，采樣電路，比較放大器）輸入直流電壓輸入直流電壓（不穩(wěn)定）（不穩(wěn)定）輸出直流電壓輸出直流電壓（穩(wěn)定）（穩(wěn)定）VB1URFUO調(diào)整管調(diào)整管T T1 1UI +RLUO比較比較放大放大采樣采樣電路電路基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓調(diào)整管調(diào)整管 T T1 1URFUO+ UI +RLUO比較比較放大放大采樣采樣電路電路基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓VB1 電路形式：因調(diào)整管與負(fù)載接成電路形式：因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式射極輸出器形式，為深度電壓串聯(lián)，為深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，故稱之為：負(fù)反饋，故稱之為：串聯(lián)反饋

16、式穩(wěn)串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。壓電路。 穩(wěn)壓原理：若因輸入電壓變化或穩(wěn)壓原理：若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使負(fù)載變化而使UO加大加大, 比較放大電比較放大電路使路使VB1變小變小,從而使從而使UO降低。降低。比較比較放大放大采樣電路采樣電路基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓調(diào)整管調(diào)整管(b) (b) 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路+ CI+ + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+ u2CORW調(diào)整管調(diào)整管 T T1 1URFUO+ UI +RLUO比較比較放大放大采樣采樣電路電路基準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓電壓VB1原理原理框圖框圖(c) (c) 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理Uo 某種原因（輸入電壓某種原因（輸入電壓 UI 增加或

17、輸出電流減小增加或輸出電流減小)使使 Uo升高時(shí)，有以下自升高時(shí)，有以下自動(dòng)調(diào)節(jié)過程：動(dòng)調(diào)節(jié)過程：+ CI+ + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+ u2CORWVC2VB1VB2VB2UoVC2 （VB1 ）（分壓器）（分壓器）（反相放大）（反相放大）（射極跟隨）（射極跟隨）所以此電路有自動(dòng)穩(wěn)壓作用。所以此電路有自動(dòng)穩(wěn)壓作用。(d) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍+ CI+ + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+ u2CORWRW2VB2RW1因?yàn)椋阂驗(yàn)椋篛2W12W2BE2ZB2URRRRRUUV所以：所以：)(BE2Z2W22W1OUUR

18、RRRRU忽略忽略UBE2Z2W22W1URRRRR例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k ，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。+ + + UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCCORWZ2W22W1OURRRRRURW2RW1WW2W1RRR0W2R時(shí)輸出最大：時(shí)輸出最大：(V)1247 . 47 . 47 . 47 . 4Z22W1OmaxURRRRUWW2RR時(shí)輸出最?。簳r(shí)輸出最小：(V)647 . 47 . 47 . 47 . 47 . 4Z2W2W1OminURRRRRU輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為：輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍為：6V12V。照片照片15.4

19、15.4 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器將上述電路集成將上述電路集成化：集成穩(wěn)壓器化：集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）（三端穩(wěn)壓器）W7805123電路符號(hào)電路符號(hào)示意圖示意圖W78051輸輸入入2地地3輸輸出出特點(diǎn)：體積小特點(diǎn)：體積小, ,可靠性高可靠性高, ,使用靈活使用靈活, ,價(jià)格低廉價(jià)格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路類型：類型：W7800系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓 W7805 輸出輸出+5V W7809 輸出輸出+9V W7812 輸出輸出+12V W7815 輸出輸出+15VW7900系列系列 穩(wěn)定負(fù)電壓穩(wěn)定負(fù)電壓 W7905 輸出輸出-5V W7909 輸出輸出-9V W7912 輸出輸出-12V W7915 輸出輸出-15VW7800W7800系列穩(wěn)壓器外形及應(yīng)用舉例系列穩(wěn)壓器外形及應(yīng)用舉例1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端123 注意：要求注意：要求輸入與輸入與輸出端之間的電壓不輸出端之間的電壓不得低于得低于2V！W7805+_UO132CI0.11 FCo1FC+u1+ u2500 FU1=220VUC=1.2U2=9.6VU2=8VUO=+5V濾波濾波電容電容消振消振電容電容濾波濾波電容電容例如例如W