模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第10章-直流穩(wěn)壓電源課件

湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院第十章直流穩(wěn)壓電源1湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院第十章直流穩(wěn)壓電源1本章內(nèi)容：教學(xué)時數(shù)：6學(xué)時重點(diǎn)與難點(diǎn)：1、直流電源的組成2、整流電路的結(jié)構(gòu)、原理及性能指標(biāo)3、濾波電路的工作原理及性能指標(biāo)4、串聯(lián)穩(wěn)壓電路的工作原理5、開關(guān)穩(wěn)壓電路2本章內(nèi)容：教學(xué)時數(shù)：6學(xué)時210.1直流電源的組成及各部分的作用在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，許多電氣設(shè)備和家用電器中，通常需要電壓電流穩(wěn)定的直流電源供電，而電網(wǎng)提供的通常為單相220伏或三相380伏的交流電源；將交流電源通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后變?yōu)榉捣€(wěn)定、電流穩(wěn)定的直流電的設(shè)備稱為直流穩(wěn)壓電源。輸入電壓為單相220V，輸出電流在10A以下，調(diào)整管工作在線性工作區(qū)的穩(wěn)壓電源稱為小功率線性直流穩(wěn)壓電源。310.1直流電源的組成及各部分的作用在工業(yè)生電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo4電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波本課主要介紹：單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。整流電路分類：整流電路的任務(wù)：10-1單相整流電路為分析方便，假設(shè)所用元件為理想元件。5單相二極管橋式半波本課主要介紹：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電1.單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，uo=u2u1u2aTbDRLuo二極管截止,uo=0+–io+–當(dāng)u2>0時:當(dāng)u2<0時:以單相半波整流電路為例說明整流電路的工作原理。設(shè)變壓器附邊輸出電壓有效值為U2。61.單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，uo=u2u1u2aTbDR單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouDt2340工作效率為50%。7單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouD輸出電壓平均值（Uo(AV)）,輸出電流平均值（Io(AV))：u1u2aTbDRLuouDioIo(AV)=Uo(AV)/RL=0.45U2/RL

uo20t主要參數(shù)：8輸出電壓平均值（Uo(AV)）,輸出電流平均值（Io(AV)二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRLuouDiouD20tUDRM二極管上的平均電流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向電壓:應(yīng)用時選擇反向耐壓≥1.1UDRM的整流二極管。9二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRL脈動系數(shù)S：輸出電壓的基波峰值UO1M與平均電壓

UO(AV)之比。紋波系數(shù)Kγ：輸出電壓交流分量有效值與輸出電壓

平均值之比。10脈動系數(shù)S：輸出電壓的基波峰值UO1M與平均電壓紋波系數(shù)Kγ2.單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–原理：+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個相等的電壓u2當(dāng)u2正半周時，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時，D2導(dǎo)通，D1截止。112.單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u2uouD1t2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二極管正向壓降12u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u輸出電壓平均值Uo(AV)；輸出電流平均值Io(AV)u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo20t()ò=pwp01tduUoO(AV)=()òpwp

01tdsinwt22UIo(AV)=Uo/RL=0.9U2/RL

=p229.02UU=2主要參數(shù)：13輸出電壓平均值Uo(AV)；輸出電流平均值Io(AV)u1二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二極管上的平均電流：oDII21=uD20tDRM22UU=2二極管承受的最高反向電壓：14二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbD1R3.單相橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成：由四個二極管組成橋路RLD1D3D2D4u2uou2uo153.單相橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周時電流通路D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止16+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周時電流通路D-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負(fù)半周時電流通路D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止17-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負(fù)半周時電流通路Du2>0時D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a

D1RLD4bu2<0時D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:bD2RLD4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值：

Uo=0.9U2負(fù)載電流平均值:Io=Uo/RL=0.9U2/RL

二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo18u2>0時D1,D4導(dǎo)通u2<0時D2,D3導(dǎo)通單相橋式幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-~+-~u2uo+

–

19幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-整流電路的主要參數(shù)：負(fù)載電壓Uo(AV)的平均值為:()ò=πoO(AV)tduπU2021w負(fù)載上的(平均)電流:LO(AV)RUIo=(1)整流輸出電壓的平均值uo20t20整流電路的主要參數(shù)：負(fù)載電壓Uo(AV)的平均值為:()

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。(2).脈動系數(shù)Ｓ用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出uo

分解后可得:uo20t基波基波峰值輸出電壓平均值21S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。oDII21=在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流ID

是負(fù)載平均電流的一半。二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：(3)二極管平均電流與反向峰值電壓（選購時：二極管額定電流

1.1ID)（選購時：最大反向電壓1.1URM)22平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要自行分析輸出雙極性電壓單相橋式整流電路和三相橋式整流電路工作原理。23自行分析輸出雙極性電壓單相橋式整流電路和三相橋242410.3濾波電路交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓經(jīng)過整流后的電源電壓雖然沒有交流變化成分，但其脈動較大，需要經(jīng)過濾波電路消除其脈動成分，使其更接近于直流。濾波的方法一般采用無源元件電容或電感，利用其對電壓、電流的儲能特性達(dá)到濾波的目的。2510.3濾波電路交流脈動整流濾波直流經(jīng)過整一、電容濾波電路電容濾波電路是使用最多也是最簡單的濾波電路。其結(jié)構(gòu)為在整流電路的輸出端并聯(lián)一較大容量的電解電容，利用電容對電壓的充放電作用使輸出電壓趨于平滑。該形式電路多用于小功率電源電路中。1．電容濾波原理以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC26一、電容濾波電路電容濾波電路是使用最多也是最簡當(dāng)RL未接入時(電容初始電壓為0)：u2tuot設(shè)t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒有電容時的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucuo=uc=U2τc=RintC（Rint為充電回路等效電阻）27當(dāng)RL未接入時(電容初始電壓為0)：u2tuot設(shè)t1時刻接當(dāng)RL接入時（假設(shè)RL是u2在從0上升時接入的）：u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無濾波電容時的波形加入濾波電容時的波形28當(dāng)RL接入時（假設(shè)RL是u2在從0上升時接入的）：u1u2uuotu2上升,u2大于電容上的電壓uc,u2對電容充電，uo=ucu2u2下降，u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)

=RLC29uotu2上升,u2大于電容u2下降，u2小于電容上的電u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC30u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時31u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出2．電容濾波的主要參數(shù)因為濾波的過程中含有正弦波、指數(shù)曲線及諧波成分，一般很難用精確的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行計算，所以一般使用中多采用近似估算來確定其參數(shù)。輸出電壓可以近似看成鋸齒波，如圖所示。設(shè)uc每次充電到峰值Uomax=U2后按RLC放電的初始斜率線性下降，經(jīng)過τ=RLC放電結(jié)束交于橫軸；并令在（T為正弦波周期）處為電容充放電轉(zhuǎn)換時的電壓值Uomin。則：322．電容濾波的主要參數(shù)因為濾波的過程中含有正弦由相似三角形關(guān)系可得：則：即：Io(AV)=Uo(AV)/RL33由相似三角形關(guān)系可得：則：即：Io(AV)=Uo(AV)/脈動系數(shù)S：采用近似波形計算。以（Uomax－Uomin）為基波峰-峰值，則實際uo的波動沒有近似波形誤差大，故實際S比計算值要小。34脈動系數(shù)S：采用近似波形計算。以（Uomax－Uomin）為一般取近似估算:Uo(AV)≈1.2U2(b)流過二極管瞬時電流很大RLC越大Uo越高負(fù)載電流的平均值越大;

整流管導(dǎo)電時間越短iD的峰值電流越大(a)輸出電壓平均值Uo與時間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大電容器放電愈慢Uo(平均值)愈大(c)二極管承受的最高反向電壓：(d)濾波電容應(yīng)選用耐壓>1.1的電解電容。35一般取近似估算:Uo(AV)≈1.2U2(b)流過二由UO(AV)的表達(dá)式可看出，C越大，UO(AV)也越大，IO(AV)也會增大，而整流管的通電時間卻越短，整流管的導(dǎo)通電流加大，如果C太大則初始充電時間要長，整流管中通過的沖擊電流時間加長，長時間會影響整流管使用壽命。所以一般選擇整流管時ID(AV)＞（2~3）IO(AV)

。改變RLC會對UO(AV)和S有影響，將UO(AV)和IO(AV)的關(guān)系曲線稱為輸出特性，將S和IO(AV)的關(guān)系曲線稱為濾波特性，如果RLC越小，UO(AV)越低，則S越大，而加大C可使濾波效果和負(fù)載能力增強(qiáng)，但C不能無限增大。所以電容濾波形式電路一般適用于輸出電流較小且負(fù)載變化不大的場合。36由UO(AV)的表達(dá)式可看出，C越大，UO電路結(jié)構(gòu):在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLuo二、電感濾波電路37電路結(jié)構(gòu):在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感電感濾波原理對諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo(AV)≈0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓:u2u1RLLuo對直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上38電感濾波原理對諧波分量:f越高，XL越大,電壓大部三、其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：L-C型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC–型濾波電路：在電容濾波后再接一級RC濾波電路。性能及應(yīng)用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC–

型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C型濾波電路。39三、其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：１.RC–型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1′RLRC–

型濾波器40１.RC–型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uuoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值：41uoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系數(shù)S′的關(guān)系：42通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系２、L-C

型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設(shè)uo1的直流分量為U′O，交流分量的基波的幅值為U′O1m，：43２、L-C型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設(shè)uo1的通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系數(shù)S′的關(guān)系：44通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系３、LC–

型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯然，LC–型濾波電路輸出電壓的脈動系數(shù)比只有LC濾波時更小，波形更加平滑；由于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波時，提高了輸出電壓。請自行分析LC–

型濾波電路的輸出電壓和脈動系數(shù)等基本參數(shù)。45３、LC–型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯四．倍壓整流電路利用濾波電容的充放電作用，將多個電容和二極管組合可獲得倍數(shù)于變壓器附邊電壓的輸出電壓。1、二倍壓整流電路u2的正半周時：D1導(dǎo)通，D2截止，理想情況下，電容C1的電壓：u2的負(fù)半周時：D2導(dǎo)通，D1截止，理想情況下，電容C2的電壓：輸出端的電壓：即二倍壓電壓。46四．倍壓整流電路利用濾波電容的充放電作用，將+–2、多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D1構(gòu)成回路，C1充電到：u2的第一個負(fù)半周：u2、C2、D2、C1構(gòu)成回路，C2充電到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C647+–2、多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二個正半周：u2、C1、C3、D3、C2構(gòu)成回路，C1補(bǔ)充電荷，C3充電到：u2的第二個負(fù)半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1構(gòu)成回路，C2補(bǔ)充電荷，C4充電到：把電容接在相應(yīng)電容組的兩端，即可獲得所需的多倍壓直流輸出。48+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D610.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:使直流電路在電網(wǎng)波動、負(fù)載變化、溫度變化等因素影響下保證輸出電壓穩(wěn)定。交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓4910.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:使直一.穩(wěn)壓電源類型以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時有限，這里不做介紹。50一.穩(wěn)壓電源類型以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電二.穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù)S（越小越好）穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動時對穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。(2)輸出電阻Ro（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)輸入電壓固定時輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。51二.穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù)S（越小越好）uiIZminIZmax穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有電路簡單、元件數(shù)量少等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。適用于負(fù)載電流小、負(fù)載電壓不變的場合。三.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路52uiIZminIZmax穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有電路簡單、元件數(shù)量從穩(wěn)壓管的特性可知，在電路中若能使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，即：使穩(wěn)壓管的電流IZ滿足條件：IZmin≤

IZ≤

IZmax,則輸出電壓UO基本上保持不變，約為UZ。uiIZminIZmaxUZ所以穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓作用是利用穩(wěn)壓管中電流的調(diào)節(jié)實現(xiàn)穩(wěn)壓目的。電路中R必不可少，其作用是限流和電壓、電流補(bǔ)償。53從穩(wěn)壓管的特性可知，在電路中若能使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，通過對電路分析容易得到關(guān)系式：1、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時：以上過程是利用關(guān)系中，使，從而實現(xiàn)UO的穩(wěn)定。54通過對電路分析容易得到關(guān)系式：1、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時：以上過程是利用關(guān)系中，使，使IR基本不變而實現(xiàn)UO的穩(wěn)定。55當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時：以上過程是利用2、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)主要有穩(wěn)壓系數(shù)Sr、輸出電阻RO、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、最大紋波電壓、溫度系數(shù)等。主要了解前兩個。Sr定義為：在負(fù)載固定時穩(wěn)壓電路輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比。Sr反映電網(wǎng)波動對輸出電壓的影響，其值越小說明穩(wěn)壓性能越好。562、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)RO定義為：在輸入電壓固定時，穩(wěn)壓電路輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。RO反映負(fù)載波動對穩(wěn)壓電路的影響，其值越小說明穩(wěn)壓電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)。在只考慮變化量條件下，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路可等效為如圖形式，rz為穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻。+-UIUO+-IZIODZRLR限流電阻IR+-UIUO+-RLRrz57RO定義為：在輸入電壓固定時，穩(wěn)壓電路輸出電壓變化量與輸出電脈動系數(shù)Sr：∴Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)

+-UIUO+-RLRrz輸出電阻RO：RO=R//rz≈rz(R>>rz)(R>>rz)另外，用電網(wǎng)電壓波動±10%時UO的變化量ΔUO作為衡量指標(biāo)，稱為電壓調(diào)整率。用IO從0變到額定值時，UO的變化量作為衡量指標(biāo)，稱為電流調(diào)整率。58脈動系數(shù)Sr：∴Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)+3、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的參數(shù)選擇首先應(yīng)確定輸出電壓UO，輸出電流范圍Iomin、Iomax（或RLmax、RLmin），輸入電壓UI波動范圍（一般為±10%）等，據(jù)此選擇整流、濾波、穩(wěn)壓元件參數(shù)。（1）UI的選擇根據(jù)經(jīng)驗，一般選擇UI=（2~3）UO確定Ii：該電流的選擇原則為Ii>

Iomax。593、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的參數(shù)選擇首先應(yīng)確定輸出電壓（2）穩(wěn)壓管的選擇UZ=UOIZM－IZ>Iomax－IominIZM

≥

Iomax

+IZ（3）限流電阻的選擇由得限流電阻的功率：（空載時）60（2）穩(wěn)壓管的選擇UZ=UOIZM－IZ>Iomax－輸出電流小，輸出電壓不可調(diào)節(jié)；結(jié)構(gòu)簡單、方便，使用元件少；適用于IO較小，UO不變的場合，如作電壓基準(zhǔn)。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)：61輸出電流小，輸出電壓不可調(diào)節(jié)；結(jié)構(gòu)簡單、方便，使用元件少；適作業(yè)：P556~5579、1011、1262作業(yè)：P556~5576210-5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為克服穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流較小,輸出電壓不可調(diào)的缺點(diǎn)。引入串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ),利用晶體管的電流放大作用增大負(fù)載電流,并在電路中引入深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定,通過改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào).6310-5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路為克服穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流較小,輸+-UIUO+-IODZRLR+-UIUO+-ILDZRLRI’LIL=(1+β)I’L

調(diào)整管T在穩(wěn)壓管后增加一級共集放大電路。穩(wěn)壓原理：UIUEUBEIBUOIE（UBE=UB-UE）當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時：當(dāng)負(fù)載變化時：RLUEUBEIBUOIE（UBE=UB-UE）T通過對電流的調(diào)整實現(xiàn)UO的穩(wěn)定，故稱T為調(diào)整管。一.串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路的基本形式64+-UIUO+-IODZRLR+-UIUO+-ILDZRLR負(fù)載電流的變化量可以比穩(wěn)壓管工作電流的變化量擴(kuò)大（1+）倍。TUORL+–+–UZUIiRiZiL實際上是射極輸出器，Uo=UZ-UBE

。但帶負(fù)載的能力比穩(wěn)壓管強(qiáng)。65負(fù)載電流的變化量可以比穩(wěn)壓管工作電流的變化量擴(kuò)大（1+）倍∴ILmax=(1+β)(Izmax-Iz)UO=UZ-UBE調(diào)整管T工作在放大區(qū)，即線性區(qū)，故稱為線性穩(wěn)壓電路，又因為調(diào)整管與負(fù)載相串聯(lián)，所以稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。+-UIUO+-ILDZRLR+-UIUO+-ILDZRLRI’L在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓條件下，而66∴ILmax=(1+β)(Izmax-Iz)TUORL+–+–UZUIiRiZiL串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路的基本形式兩個主要缺點(diǎn)：(1)穩(wěn)壓效果不好。Uo=UZ–UBE(2)輸出電壓不可調(diào)。改進(jìn)的方法：在穩(wěn)壓電路中引入帶電壓負(fù)反饋的放大環(huán)節(jié)。67TUORL+–+–UZUIiRiZiL串聯(lián)式直流穩(wěn)壓電路的基UO+－UI+-ILDZRLRR3+-R1R'2R''2R2TA利用同相比例電路穩(wěn)定輸出電壓，并用電位器調(diào)節(jié)比例系數(shù)，射隨器的作用是放大輸出電流。UO由同比放大器決定：穩(wěn)壓原理：UOUNUBUOUOUNUBUO輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍：二.具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路68UO+－UI+-ILDZRLRR3+-R1R'2R''2R2一般可以將串聯(lián)式穩(wěn)壓電路分成由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。T+_UIUO比較放大基準(zhǔn)取樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件+–+–69一般可以將串聯(lián)式穩(wěn)壓電路分成由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和T+_UIUO比較放大基準(zhǔn)取樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件+–+–調(diào)整元件T：與負(fù)載串聯(lián)，通過全部負(fù)載電流?？梢允菃蝹€功率管，復(fù)合管或用幾個功率管并聯(lián)。比較放大器：可以是單管放大電路，差動放大電路，集成運(yùn)算放大器?；鶞?zhǔn)電壓：可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓UO的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。70T+UIUO比較放大基準(zhǔn)取樣URFUO+C2RLT+_UIUO比較放大基準(zhǔn)取樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件+–+–因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。71T+UIUO比較放大基準(zhǔn)取樣URFUO+C2RL三、一種實際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源1）穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2(=UB2-UZ）UC2Uo當(dāng)UI增加或輸出電流減小使Uo升高時R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB272三、一種實際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源1）穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2(2）輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2732）輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍R3T1T2UZRRW1RW2R3）影響穩(wěn)壓特性的主要因素2.流過穩(wěn)壓管的電壓隨UI波動，使UZ不穩(wěn)定，降低了穩(wěn)壓精度。1.電路對電網(wǎng)電壓的波動抑制能力較差。例：UIVC2UoR3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23.溫度變化時，T2組成的放大電路產(chǎn)生零點(diǎn)漂移時，輸出電壓的穩(wěn)定度變差。743）影響穩(wěn)壓特性的主要因素2.流過穩(wěn)壓管的電壓4）改進(jìn)措施1.選用差動放大器或運(yùn)放構(gòu)成的放大器代替T2管構(gòu)成的放大器，可以解決零點(diǎn)漂移的問題。調(diào)整管為核心元件，與選用一般大功率管的原則相同，應(yīng)考慮其極限參數(shù)ICM、U(BR)CEO、

PCM~220VRL+-Uo-+ATRDZR1RwR2754）改進(jìn)措施1.選用差動放大器或運(yùn)放構(gòu)成的放大器代替T采用輔助電源(比較放大部分的電源)。用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益。4.調(diào)整管采用復(fù)合三極管以擴(kuò)大輸出電流的范圍。串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路UITR1R2UFRLUoAV+-RWRUZ76采用輔助電源(比較放大部分的電源)。串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路UIT四、穩(wěn)壓電源中的基準(zhǔn)電壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中UO由DZ上的基準(zhǔn)電壓經(jīng)電壓放大器放大后得到。故基準(zhǔn)電壓的穩(wěn)定決定了輸出電壓的穩(wěn)定。采用穩(wěn)壓二極管作為基準(zhǔn)電壓的電路結(jié)構(gòu)簡單，但其輸出電阻較大，噪聲影響和溫度影響也較大。所以要獲得好的穩(wěn)壓性能，就必需要有穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。1、具有溫度補(bǔ)償作用的基準(zhǔn)電壓電路電路中增加了T2，采用正溫度系數(shù)的穩(wěn)壓二極管，使基準(zhǔn)電壓為：（UZ<4V的穩(wěn)壓管為負(fù)溫度系數(shù)；UZ>7V的穩(wěn)壓管為正溫度系數(shù)；4V≤UZ≤7V的穩(wěn)壓管正負(fù)溫度系數(shù)均有）77四、穩(wěn)壓電源中的基準(zhǔn)電壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中U由于T2具有負(fù)溫度系數(shù)，當(dāng)溫度變化時選擇元件參數(shù)使得兩者變化大小相等變化趨勢相反，從而維持UREF基本不變。同時該電路引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋能更加穩(wěn)定UREF的值，并使RO減小，提高電路帶負(fù)載能力。在集成電路中很容易制成三極管，因此利用該思想在UREF上下各連接多個作為二極管使用的溫度系數(shù)相反的三極管就可以實現(xiàn)零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓電路。78由于T2具有負(fù)溫度系數(shù)，當(dāng)溫度變化時選擇元件2、能隙基準(zhǔn)電壓電路電路如圖所示，基準(zhǔn)電壓為：由于UBE3具有負(fù)溫度系數(shù)（隨T升高UBE3降低），因此用一個正溫度系數(shù)的電壓I2RC2來補(bǔ)償（隨T升高UBE3增大），可寫為：合理選擇和的值，即可利用正溫度系數(shù)電壓補(bǔ)償負(fù)溫度系數(shù)電壓，使得UREF的溫度系數(shù)為0，此時：792、能隙基準(zhǔn)電壓電路電路如圖所示，基準(zhǔn)電壓為：EQ為Si元素的禁帶寬度電壓；q為電子電荷。該電路又稱為禁帶寬度基準(zhǔn)電壓電路（或能帶間隙基準(zhǔn)電壓電路）。該電路輸出電壓較低但溫度穩(wěn)定性好，故常用于低電壓電源電路中。常用的有：LM285（1.2V）、LM236（1.2V）、MC1403（2.5V）、LM336（2.5V）、LM385（2.5V）等。這類基準(zhǔn)電壓電路還可方便地轉(zhuǎn)換成1.2V~10V的基準(zhǔn)電壓電路，使之廣泛應(yīng)用于集成穩(wěn)壓器；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換（A/D、D/A）及集成傳感器中。80EQ為Si元素的禁帶寬度電壓；q為電子電荷。為避免在使用中因非正常原因造成輸出短路或過載，致使調(diào)整管流過很大的電流，使之損壞。故需有快速保護(hù)措施。常見保護(hù)電路有：過流保護(hù)；調(diào)整管安全保護(hù)；過熱保護(hù)等。T1RT'1IL1）限流型：當(dāng)調(diào)整管的電流超過額定值時，對調(diào)整管的基極電流進(jìn)行分流，使發(fā)射極電流不至于過大。當(dāng)IL不超過額定值時，T’1截止；當(dāng)IL超過額定值時，T'1導(dǎo)通，其集電極從T1的基極分流。R為一小電阻，用于檢測負(fù)載電流。五、穩(wěn)壓電源中的保護(hù)電路1．過流保護(hù)81為避免在使用中因非正常原因造成輸出電流在額定值內(nèi)時：三極管T2截止，這時，電壓負(fù)反饋保證電路正常工作。輸出電流超出額定值時：UB電壓上升，三極管T2導(dǎo)通，使UO

迅速下降，由于R1、R2>>RO，故UB的下降速度慢于UO，使UO迅速下降到0，實現(xiàn)了截流作用。82輸出電流在額定值內(nèi)時：三極管T2截止，這時，電壓負(fù)反饋保證電2．調(diào)整管安全區(qū)保護(hù)電路832．調(diào)整管安全區(qū)保護(hù)電路833．調(diào)整管過熱保護(hù)電路843．調(diào)整管過熱保護(hù)電路84六、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路缺點(diǎn)損耗(P=UCEIL)大電源的效率(=Po/Pi=UoIL/UiIi)較低為了提高效率，可采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。調(diào)整管工作在線性放大區(qū)，當(dāng)負(fù)載電流較大時:85六、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路缺點(diǎn)損耗(P=UCEIL)大為隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。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)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)。七、集成穩(wěn)壓電源86隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源87871端:輸入端2端:公共端3端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形123881端:輸入端W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端注：型號后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:5V、9V、12V、18V、24V等。三端集成穩(wěn)壓器固定式可調(diào)式正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓W79XX1、集成穩(wěn)壓電源的分類89注：型號后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:51、輸出為固定電壓的電路2、應(yīng)用電路輸出為固定正壓時的接法如圖所示。注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_W7800系列穩(wěn)壓器基本接線圖CoW7800CIUI+_Uo1320.1~1F1μF901、輸出為固定電壓的電路2、應(yīng)用電路輸出為固定正壓時的接法2、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時輸出電路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO912、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時輸出電路W78XXCIUCOW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX:為W78XX固定輸出電壓UO=UXX+UZ3、提高輸出電壓的電路92COW78XXCIUI++UO132UXXUZRDZUXX4、輸出電壓可調(diào)式電路用三端穩(wěn)壓器也可以實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，下圖是用W7805組成的7－30V可調(diào)式穩(wěn)壓電源。W7805132R1CICoUI76234UoR2F0070.3333V10k0.1μ934、輸出電壓可調(diào)式電路用三端穩(wěn)壓器也可以實現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，下(UXX=5V)運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器使用,它的電源就借助于穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。由于運(yùn)放的輸入阻抗很高,輸出阻抗很低，可以克服穩(wěn)壓器受輸出電流變化的影響。132R1CICoUI76234UoR2F0070.3333V10k0.1μW7805Uo194(UXX=5V)運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器使用,它的電源就借作業(yè)：P521~524

10.1.1~3、10.2.1~495作業(yè)：P521~52495湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院第十章直流穩(wěn)壓電源96湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院第十章直流穩(wěn)壓電源1本章內(nèi)容：教學(xué)時數(shù)：6學(xué)時重點(diǎn)與難點(diǎn)：1、直流電源的組成2、整流電路的結(jié)構(gòu)、原理及性能指標(biāo)3、濾波電路的工作原理及性能指標(biāo)4、串聯(lián)穩(wěn)壓電路的工作原理5、開關(guān)穩(wěn)壓電路97本章內(nèi)容：教學(xué)時數(shù)：6學(xué)時210.1直流電源的組成及各部分的作用在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，許多電氣設(shè)備和家用電器中，通常需要電壓電流穩(wěn)定的直流電源供電，而電網(wǎng)提供的通常為單相220伏或三相380伏的交流電源；將交流電源通過變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓后變?yōu)榉捣€(wěn)定、電流穩(wěn)定的直流電的設(shè)備稱為直流穩(wěn)壓電源。輸入電壓為單相220V，輸出電流在10A以下，調(diào)整管工作在線性工作區(qū)的穩(wěn)壓電源稱為小功率線性直流穩(wěn)壓電源。9810.1直流電源的組成及各部分的作用在工業(yè)生電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo99電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波本課主要介紹：單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。整流電路分類：整流電路的任務(wù)：10-1單相整流電路為分析方便，假設(shè)所用元件為理想元件。100單相二極管橋式半波本課主要介紹：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電1.單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，uo=u2u1u2aTbDRLuo二極管截止,uo=0+–io+–當(dāng)u2>0時:當(dāng)u2<0時:以單相半波整流電路為例說明整流電路的工作原理。設(shè)變壓器附邊輸出電壓有效值為U2。1011.單相半波整流電路二極管導(dǎo)通，uo=u2u1u2aTbDR單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouDt2340工作效率為50%。102單相半波整流電壓波形u1u2aTbDRLuouDu2uouD輸出電壓平均值（Uo(AV)）,輸出電流平均值（Io(AV))：u1u2aTbDRLuouDioIo(AV)=Uo(AV)/RL=0.45U2/RL

uo20t主要參數(shù)：103輸出電壓平均值（Uo(AV)）,輸出電流平均值（Io(AV)二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRLuouDiouD20tUDRM二極管上的平均電流：ID=IOUDRM=22U承受的最高反向電壓:應(yīng)用時選擇反向耐壓≥1.1UDRM的整流二極管。104二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbDRL脈動系數(shù)S：輸出電壓的基波峰值UO1M與平均電壓

UO(AV)之比。紋波系數(shù)Kγ：輸出電壓交流分量有效值與輸出電壓

平均值之比。105脈動系數(shù)S：輸出電壓的基波峰值UO1M與平均電壓紋波系數(shù)Kγ2.單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+–+–原理：+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個相等的電壓u2當(dāng)u2正半周時，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時，D2導(dǎo)通，D1截止。1062.單相全波整流電路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u2uouD1t2340uD2+–+–0~：uD2=2u2+忽略二極管正向壓降107u1u2aTbD1RLuoD2u2io單相全波整流電壓波形u輸出電壓平均值Uo(AV)；輸出電流平均值Io(AV)u1u2aTbD1RLuoD2u2iouo20t()ò=pwp01tduUoO(AV)=()òpwp

01tdsinwt22UIo(AV)=Uo/RL=0.9U2/RL

=p229.02UU=2主要參數(shù)：108輸出電壓平均值Uo(AV)；輸出電流平均值Io(AV)u1二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二極管上的平均電流：oDII21=uD20tDRM22UU=2二極管承受的最高反向電壓：109二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：u1u2aTbD1R3.單相橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成：由四個二極管組成橋路RLD1D3D2D4u2uou2uo1103.單相橋式整流電路u1u2TD3D2D1D4RLuo組成+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周時電流通路D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止111+–u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周時電流通路D-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負(fù)半周時電流通路D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止112-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2負(fù)半周時電流通路Du2>0時D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a

D1RLD4bu2<0時D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:bD2RLD4a單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形u2D3D2D1D4RLuoab整流輸出電壓平均值：

Uo=0.9U2負(fù)載電流平均值:Io=Uo/RL=0.9U2/RL

二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2uD2,uD3uD1,uD4uo113u2>0時D1,D4導(dǎo)通u2<0時D2,D3導(dǎo)通單相橋式幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-~+-~u2uo+

–

114幾種常見的硅整流橋外形：+AC-~+~-整流電路的主要參數(shù)：負(fù)載電壓Uo(AV)的平均值為:()ò=πoO(AV)tduπU2021w負(fù)載上的(平均)電流:LO(AV)RUIo=(1)整流輸出電壓的平均值uo20t115整流電路的主要參數(shù)：負(fù)載電壓Uo(AV)的平均值為:()

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。(2).脈動系數(shù)Ｓ用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出uo

分解后可得:uo20t基波基波峰值輸出電壓平均值116S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。oDII21=在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流ID

是負(fù)載平均電流的一半。二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：(3)二極管平均電流與反向峰值電壓（選購時：二極管額定電流

1.1ID)（選購時：最大反向電壓1.1URM)117平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要自行分析輸出雙極性電壓單相橋式整流電路和三相橋式整流電路工作原理。118自行分析輸出雙極性電壓單相橋式整流電路和三相橋1192410.3濾波電路交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓經(jīng)過整流后的電源電壓雖然沒有交流變化成分，但其脈動較大，需要經(jīng)過濾波電路消除其脈動成分，使其更接近于直流。濾波的方法一般采用無源元件電容或電感，利用其對電壓、電流的儲能特性達(dá)到濾波的目的。12010.3濾波電路交流脈動整流濾波直流經(jīng)過整一、電容濾波電路電容濾波電路是使用最多也是最簡單的濾波電路。其結(jié)構(gòu)為在整流電路的輸出端并聯(lián)一較大容量的電解電容，利用電容對電壓的充放電作用使輸出電壓趨于平滑。該形式電路多用于小功率電源電路中。1．電容濾波原理以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC121一、電容濾波電路電容濾波電路是使用最多也是最簡當(dāng)RL未接入時(電容初始電壓為0)：u2tuot設(shè)t1時刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒有電容時的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucuo=uc=U2τc=RintC（Rint為充電回路等效電阻）122當(dāng)RL未接入時(電容初始電壓為0)：u2tuot設(shè)t1時刻接當(dāng)RL接入時（假設(shè)RL是u2在從0上升時接入的）：u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot無濾波電容時的波形加入濾波電容時的波形123當(dāng)RL接入時（假設(shè)RL是u2在從0上升時接入的）：u1u2uuotu2上升,u2大于電容上的電壓uc,u2對電容充電，uo=ucu2u2下降，u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過RL放電，uc按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)

=RLC124uotu2上升,u2大于電容u2下降，u2小于電容上的電u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC125u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時，才有充電電流。因u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出電壓越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時126u2tuot電容充電時，電容電壓滯后于u2。RLC越小，輸出2．電容濾波的主要參數(shù)因為濾波的過程中含有正弦波、指數(shù)曲線及諧波成分，一般很難用精確的數(shù)學(xué)表達(dá)式進(jìn)行計算，所以一般使用中多采用近似估算來確定其參數(shù)。輸出電壓可以近似看成鋸齒波，如圖所示。設(shè)uc每次充電到峰值Uomax=U2后按RLC放電的初始斜率線性下降，經(jīng)過τ=RLC放電結(jié)束交于橫軸；并令在（T為正弦波周期）處為電容充放電轉(zhuǎn)換時的電壓值Uomin。則：1272．電容濾波的主要參數(shù)因為濾波的過程中含有正弦由相似三角形關(guān)系可得：則：即：Io(AV)=Uo(AV)/RL128由相似三角形關(guān)系可得：則：即：Io(AV)=Uo(AV)/脈動系數(shù)S：采用近似波形計算。以（Uomax－Uomin）為基波峰-峰值，則實際uo的波動沒有近似波形誤差大，故實際S比計算值要小。129脈動系數(shù)S：采用近似波形計算。以（Uomax－Uomin）為一般取近似估算:Uo(AV)≈1.2U2(b)流過二極管瞬時電流很大RLC越大Uo越高負(fù)載電流的平均值越大;

整流管導(dǎo)電時間越短iD的峰值電流越大(a)輸出電壓平均值Uo與時間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大電容器放電愈慢Uo(平均值)愈大(c)二極管承受的最高反向電壓：(d)濾波電容應(yīng)選用耐壓>1.1的電解電容。130一般取近似估算:Uo(AV)≈1.2U2(b)流過二由UO(AV)的表達(dá)式可看出，C越大，UO(AV)也越大，IO(AV)也會增大，而整流管的通電時間卻越短，整流管的導(dǎo)通電流加大，如果C太大則初始充電時間要長，整流管中通過的沖擊電流時間加長，長時間會影響整流管使用壽命。所以一般選擇整流管時ID(AV)＞（2~3）IO(AV)

。改變RLC會對UO(AV)和S有影響，將UO(AV)和IO(AV)的關(guān)系曲線稱為輸出特性，將S和IO(AV)的關(guān)系曲線稱為濾波特性，如果RLC越小，UO(AV)越低，則S越大，而加大C可使濾波效果和負(fù)載能力增強(qiáng)，但C不能無限增大。所以電容濾波形式電路一般適用于輸出電流較小且負(fù)載變化不大的場合。131由UO(AV)的表達(dá)式可看出，C越大，UO電路結(jié)構(gòu):在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLuo二、電感濾波電路132電路結(jié)構(gòu):在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感電感濾波原理對諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在XL上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。Uo(AV)≈0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓:u2u1RLLuo對直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上133電感濾波原理對諧波分量:f越高，XL越大,電壓大部三、其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：L-C型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC–型濾波電路：在電容濾波后再接一級RC濾波電路。性能及應(yīng)用場合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC–

型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C型濾波電路。134三、其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級濾波。如：１.RC–型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uoRu2u1C1C2uo1′RLRC–

型濾波器135１.RC–型濾波器改善濾波特性的方法：采取多級濾波uuoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值：136uoRu2u1C1C2uo1′RLuo的交流分量的基波的幅值通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系數(shù)S′的關(guān)系：137通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系２、L-C

型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設(shè)uo1的直流分量為U′O，交流分量的基波的幅值為U′O1m，：138２、L-C型濾波電路u2u1LuoCRLuo1設(shè)uo1的通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系數(shù)S′的關(guān)系：139通常選擇濾波元件的參數(shù)使得：uo的脈動系數(shù)S與uo1的脈動系３、LC–

型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯然，LC–型濾波電路輸出電壓的脈動系數(shù)比只有LC濾波時更小，波形更加平滑；由于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波時，提高了輸出電壓。請自行分析LC–

型濾波電路的輸出電壓和脈動系數(shù)等基本參數(shù)。140３、LC–型濾波電路u2u1LuoC2RLuo1C1顯四．倍壓整流電路利用濾波電容的充放電作用，將多個電容和二極管組合可獲得倍數(shù)于變壓器附邊電壓的輸出電壓。1、二倍壓整流電路u2的正半周時：D1導(dǎo)通，D2截止，理想情況下，電容C1的電壓：u2的負(fù)半周時：D2導(dǎo)通，D1截止，理想情況下，電容C2的電壓：輸出端的電壓：即二倍壓電壓。141四．倍壓整流電路利用濾波電容的充放電作用，將+–2、多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D1構(gòu)成回路，C1充電到：u2的第一個負(fù)半周：u2、C2、D2、C1構(gòu)成回路，C2充電到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6142+–2、多倍壓整流電路+–u2的第一個正半周：u2、C1、D+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二個正半周：u2、C1、C3、D3、C2構(gòu)成回路，C1補(bǔ)充電荷，C3充電到：u2的第二個負(fù)半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1構(gòu)成回路，C2補(bǔ)充電荷，C4充電到：把電容接在相應(yīng)電容組的兩端，即可獲得所需的多倍壓直流輸出。143+–+–+–+–+–+–C1u1u2D1D2D3D4D5D610.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:使直流電路在電網(wǎng)波動、負(fù)載變化、溫度變化等因素影響下保證輸出電壓穩(wěn)定。交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓14410.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用:使直一.穩(wěn)壓電源類型以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時有限，這里不做介紹。145一.穩(wěn)壓電源類型以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電二.穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù)S（越小越好）穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動時對穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時，輸出電壓的相對變化量與輸入電壓的相對變化量之比。(2)輸出電阻Ro（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)輸入電壓固定時輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。146二.穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(1)穩(wěn)壓系數(shù)S（越小越好）uiIZminIZmax穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有電路簡單、元件數(shù)量少等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較為廣泛。適用于負(fù)載電流小、負(fù)載電壓不變的場合。三.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路147uiIZminIZmax穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有電路簡單、元件數(shù)量從穩(wěn)壓管的特性可知，在電路中若能使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，即：使穩(wěn)壓管的電流IZ滿足條件：IZmin≤

IZ≤

IZmax,則輸出電壓UO基本上保持不變，約為UZ。uiIZminIZmaxUZ所以穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓作用是利用穩(wěn)壓管中電流的調(diào)節(jié)實現(xiàn)穩(wěn)壓目的。電路中R必不可少，其作用是限流和電壓、電流補(bǔ)償。148從穩(wěn)壓管的特性可知，在電路中若能使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，通過對電路分析容易得到關(guān)系式：1、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時：以上過程是利用關(guān)系中，使，從而實現(xiàn)UO的穩(wěn)定。149通過對電路分析容易得到關(guān)系式：1、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時：以上過程是利用關(guān)系中，使，使IR基本不變而實現(xiàn)UO的穩(wěn)定。150當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時：以上過程是利用2、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)主要有穩(wěn)壓系數(shù)Sr、輸出電阻RO、電壓調(diào)整率、電流調(diào)整率、最大紋波電壓、溫度系數(shù)等。主要了解前兩個。Sr定義為：在負(fù)載固定時穩(wěn)壓電路輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比。Sr反映電網(wǎng)波動對輸出電壓的影響，其值越小說明穩(wěn)壓性能越好。1512、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)RO定義為：在輸入電壓固定時，穩(wěn)壓電路輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。RO反映負(fù)載波動對穩(wěn)壓電路的影響，其值越小說明穩(wěn)壓電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)。在只考慮變化量條件下，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路可等效為如圖形式，rz為穩(wěn)壓管的動態(tài)電阻。+-UIUO+-IZIODZRLR限流電阻IR+-UIUO+-RLRrz152RO定義為：在輸入電壓固定時，穩(wěn)壓電路輸出電壓變化量與輸出電脈動系數(shù)Sr：∴Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)

+-UIUO+-RLRrz輸出電阻RO：RO=R//rz≈rz(R>>rz)(R>>rz)另外，用電網(wǎng)電壓波動±10%時UO的變化量ΔUO作為衡量指標(biāo)，稱為電壓調(diào)整率。用IO從0變到額定值時，UO的變化量作為衡量指標(biāo)，稱為電流調(diào)整率。153脈動系數(shù)Sr：∴Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)+3、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的參數(shù)選擇首先應(yīng)確定輸出電壓UO，輸出電流范圍Iomin、Iomax（或RLmax、RLmin），輸入電壓UI波動范圍（一般為±10%）等，據(jù)此選擇整流、濾波、穩(wěn)壓元件參數(shù)。（1）UI的選擇根據(jù)經(jīng)驗，一般選擇UI=（2~3）UO確定Ii：該電流的選擇原則為Ii>

Iomax。1543、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的參數(shù)選擇首先