電工電子技術(shù)基礎(chǔ)_31422

1、電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院1電工電子技術(shù)基礎(chǔ)電工電子技術(shù)基礎(chǔ)武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系武漢職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系第第9 9章章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院2目目 錄錄1.1 電路和電路模型電路和電路模型1.2 電路基本物理量電路基本物理量1.3 電阻元件、電感元件和電容元件電阻元件、電感元件和電容元件1.4 電壓源、電流源及其等效變換電壓源、電流源及其等效變換1.5 基爾霍夫定律基爾霍夫定律1.6 復(fù)雜電路的分析和計(jì)算復(fù)雜電路的分析和計(jì)算目目 錄錄9.1 9.1 直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成9.2 9.2 整流電路整流電路9.3 9.3 濾波電路

2、濾波電路9.4 9.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院3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)楹线m的交流變?yōu)楹线m的交流電壓電壓u2。整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整流電路整流電路: 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)變?yōu)槠交闹绷鬓D(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷弘妷簎4。穩(wěn)壓電路穩(wěn)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,保持保持輸出電

3、壓輸出電壓u0的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院4整流電路整流電路是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見(jiàn)的小功率整流電路，有單相半的電壓。常見(jiàn)的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式整流等。波、全波、橋式整流等。為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把二極管當(dāng)作理為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖朐幚?，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。反向電阻為無(wú)窮大。9.2 9.2 整流電路整流電路電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院59.2.1 9.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路u20:導(dǎo)通導(dǎo)通i0u1u2aTbDRLu

4、0忽略二極管正向壓忽略二極管正向壓降：降： u0=u2t uit uoi0=u0 /RL電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院6u20 0 時(shí)時(shí)D D1 1,D,D3 3導(dǎo)通導(dǎo)通D D2 2,D,D4 4截止截止電流通路電流通路: :由由+ +經(jīng)經(jīng)D D1 1R RL LD D3 3- -u u2 20 0 時(shí)時(shí)D D2 2,D,D4 4導(dǎo)通導(dǎo)通D D1 1,D,D3 3截止截止電流通路電流通路: :由由- -經(jīng)經(jīng)D D2 2R RL LD D4 4+ +輸出是脈動(dòng)的直流電壓！輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2tt橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD

5、3,uD1tuou2D4D2D1D3RLu0+-電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院13負(fù)載電壓負(fù)載電壓 U0的平均值的平均值: 209 . 022t22ooUUdu21U負(fù)載上的負(fù)載上的(平均平均)電流電流:L2oR0.9UI L2oDRU0.45I21I2RMDU2U每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。流過(guò)每只整流每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。流過(guò)每只整流二極管的平均電流二極管的平均電流 ID是負(fù)載平均電流的一半。是負(fù)載平均電流的一半。二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：tuo(io )電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院14220 V1212R2+Luuu2L1DD2 單向全波

6、整流電路單向全波整流電路+變壓器副邊中變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的出兩個(gè)相等的電壓電壓u u2 2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。電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院15全波整流電壓波形全波整流電壓波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLR電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院16uL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 U2 / RL （2）輸出電流平均值）輸出電流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值

7、UL：）（ ttdsinU21022U9 . 0V22012122uuDD221+uLLRIL電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院17 例：例：試設(shè)計(jì)一臺(tái)輸出電壓為 24V，輸出電流為 lA 的直流電源，電路形式可采用半波整流或全波整流，試確定兩種電路形式的變壓器副邊繞組的電壓有效值，并選定相應(yīng)的整流二極管。解：解：（1）當(dāng)采用半波整流電路時(shí)，變壓器副邊繞組電壓有效值為：3 .5345. 0240.45o2UUV整流二極管承受的最高反向電壓為：2 .753 .5341. 122RMUUV流過(guò)整流二極管的平均電流為：1oD IIA因此可選用 2CZ12B整流二極管，其最大整流電流為 3 A，最高反向

8、工作電壓為 200V。電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院18（2）當(dāng)采用橋式整流電路時(shí)，變壓器副邊繞組電壓有效值為：7 .269 . 0240.9o2UUV整流二極管承受的最高反向電壓為：6 .377 .2641. 122RMUUV流過(guò)整流二極管的平均電流為：5 . 021oDIIA因此可選用四只 2CZ11A 整流二極管，其最大整流電流為 1 A，最高反向工作電壓為 100V。電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院199.3 濾波電路濾波電路濾波原理濾波原理:交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份

9、。濾波電路利用儲(chǔ)能元件濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容電容兩端的電壓兩端的電壓(或或通過(guò)通過(guò)電感電感中的電流中的電流)不能突變的特性不能突變的特性, 將將電容電容與負(fù)載與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)(或?qū)⒒驅(qū)㈦姼须姼信c負(fù)載與負(fù)載RL串聯(lián)串聯(lián))，濾，濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院20u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入時(shí)未接入時(shí)u2t設(shè)設(shè)t1時(shí)刻接時(shí)刻接通電源通電源t1充電結(jié)束充電結(jié)束忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻u0t沒(méi)有電容時(shí)的輸沒(méi)有電容

10、時(shí)的輸出波形出波形1. 電容濾波電容濾波電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院21u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí) u2tuot電容通過(guò)電容通過(guò)RL放電，放電，在整流電路電壓小在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電極管截止，整流電路不為電容充電，路不為電容充電，uo會(huì)逐漸下降。會(huì)逐漸下降。電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院22近似估算近似估算: UL=1.2U2(b) 流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大整流管導(dǎo)電時(shí)間越短整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大電容濾波電路的特點(diǎn)：電容濾波電路的特點(diǎn)：(

11、a) UL與與RLC的的 關(guān)系：關(guān)系：RLC 愈大愈大 C放電愈慢放電愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 較大較大一般?。阂话闳。?T:電源電壓的周期電源電壓的周期)2T)53(CRLu2tuc= uL電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院23輸出波形隨負(fù)載電阻輸出波形隨負(fù)載電阻 RL 或或 C 的變化而改變的變化而改變, Uo 和和S 也隨之改變。也隨之改變。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多下降多, S 增大。增大。結(jié)論：結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。(c) 輸

12、出特性輸出特性(外特性外特性)uo電容濾波電容濾波純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載1.4U20.9U20IL電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院24例：例： 設(shè)計(jì)一單相橋式整流、電容濾波電路。要求輸出電壓48oUV，已知負(fù)載電阻100LR，交流電源頻率為 50Hz，試選擇整流二極管和濾波電容器。解：解：流過(guò)整流二極管的平均電流：240A24. 010048212121LooDRUIImA變壓器副邊電壓有效值：402 . 1481.2o2UUV整流二極管承受的最高反向電壓：4 .564041. 122RMUUV因此可選擇 2CZ11B作整流二極管，其最大整流電流為 1 A，最高反向工作電壓為 200V。取05.

13、 0202. 0525LTCRs，則：500F1050010005. 06LRCF電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院25+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL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。輸出電壓平均值輸出電壓平均值: UL=0.9U2諧波分量諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電感上。電壓大部分降在電感上。 因此，因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。直流分量直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上上電工

14、電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院26電感濾波的特點(diǎn)電感濾波的特點(diǎn)整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小較小)的場(chǎng)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。干擾。u2u1RLLuo電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院27 其它濾波電路其它濾波電路為進(jìn)一步改善濾波特性，采取多級(jí)濾波。為進(jìn)一步改善濾波特性，采取多級(jí)濾波。LC濾波電路濾波電路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型濾波電路型濾波電路電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院289.4

15、 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: :交流交流電壓電壓脈動(dòng)脈動(dòng)直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的有波紋的直流電壓直流電壓穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流直流電壓電壓電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院299.4.1 9.4.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的工作原理穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。 由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。的電壓變化。iuUZIUIzminIzmax+UDziLRz-oU-+RUIZILI電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院30ZL+=IIIRiZO=U

16、UUU(1) (1) 當(dāng)輸入電壓變化時(shí)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)UiUZUoUoURIIZIRU i+UDziLRz-oU-+RUIZILI電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院31(2)(2)當(dāng)負(fù)載電壓變化時(shí)當(dāng)負(fù)載電壓變化時(shí)穩(wěn)壓過(guò)程：穩(wěn)壓過(guò)程： UoURUoIZI+UDziLRz-oU-+RUIZILI電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院329.4.2 穩(wěn)壓電路參數(shù)確定穩(wěn)壓電路參數(shù)確定 （1）限流電阻的計(jì)算。穩(wěn)壓電路要輸出穩(wěn)定電壓，必須保證穩(wěn)壓管正常工作。因此必須根據(jù)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電阻RL的變化范圍,正確地選擇限流電阻R的大小。從兩個(gè)極限情況考慮，則有 當(dāng)Ui為最小值，Io達(dá)到最大值時(shí)，即 Ui=Uimin，I

17、o=Iomax,這時(shí)IR=(Uimin-UZ)/R。 則IZ=IR-Iomax為最小值。為了讓穩(wěn)壓管進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)，此時(shí)IZ值應(yīng)大于IZmin， 即IZ=(Uimin-UZ)/R-IomaxIZmin,則 電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院33 當(dāng)Ui達(dá)最大值，Io達(dá)最小值時(shí)，Ui=Uimax， Io=Iomin,這時(shí)IR=(Uimax-UZ)/R，則IZ=IR-Iomin為最大值。為了保證穩(wěn)壓管安全工作，此時(shí)IZ值應(yīng)小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-IominIZmax，則maxminoZZiIIUURomixZZimanIIUUR所以限流電阻R的取值范圍為 omixZZimano

18、ZZiIIUURIIUUmaxmin在此范圍內(nèi)選一個(gè)電阻標(biāo)準(zhǔn)系列中的規(guī)格電阻。 電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院34 （2）確立穩(wěn)壓管參數(shù)。一般取oioZoZUUIIUU) 32() 35 . 1 (maxmax電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院35三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高可靠性高,使用使用靈活靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。壓器。本節(jié)主要介紹常用的本節(jié)主要介紹常用的W7800系列系列W7900系列系列三三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。電工電子電工電子機(jī)電學(xué)院機(jī)電學(xué)院361端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共