城市軌道交通電工電子技術(shù) 第2版 課件 項(xiàng)目八 穩(wěn)壓電源

項(xiàng)目八穩(wěn)壓電源課題一二極管整流電路學(xué)習(xí)導(dǎo)入當(dāng)今社會(huì)人們極大的享受著電子設(shè)備帶來(lái)的便利，但是任何電子設(shè)備都有一個(gè)共同的電路——電源電路。電源功率的大小，電流和電壓是否穩(wěn)定，將直接影響電子設(shè)備的工作性能和使用壽命，因此，穩(wěn)壓電源是生活和生產(chǎn)中重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。穩(wěn)壓電源的分類方法繁多，按輸出電源的類型分有直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源，小功率直流穩(wěn)壓電源一般由整流、濾波、穩(wěn)壓等幾個(gè)步驟組成，經(jīng)過(guò)這幾個(gè)步驟將交流電源轉(zhuǎn)化得到直流電源。本章將重點(diǎn)介紹整流、濾波、穩(wěn)壓的常用電路及其工作原理。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識(shí)目標(biāo)：掌握整流電路的工作原理。掌握電容、電感、復(fù)式濾波電路的工作原理。掌握穩(wěn)壓電路的工作原理。2.能力目標(biāo)：掌握整流電路基本物理量的計(jì)算方法。掌握電容濾波電路的參數(shù)計(jì)算方法。一、半波整流電路

利用二極管的單向?qū)щ娞匦詫⒔涣麟妷鹤儞Q成單向脈動(dòng)電壓的過(guò)程稱為整流。用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的的電路稱為整流電路。根據(jù)交流電源的相數(shù)，整流電路分為單相整流電路和三相整流電路。單相整流電路根據(jù)整流電壓波形，又可分為半波整流電路和全波整流電路，其中常用的全波整流包括單相全波整流和單相橋式整流，下面將逐一介紹。

一、半波整流電路

二極管半波整流電路實(shí)際上利用了二極管的單向?qū)щ娞匦?。?dāng)輸入電壓處于交流電壓的正半周時(shí)，二極管導(dǎo)通。當(dāng)輸入電壓處于交流電壓的負(fù)半周時(shí)，二極管截止，輸出電壓uD=0。半波整流電路輸入和輸出電壓的波形如圖8-1所示。

一、半波整流電路

半波整流電路負(fù)載上得到的整流電壓雖然是單方向的（極性一定），但其大小是變化的。這種稱為脈動(dòng)直流電壓，常用一個(gè)周期的平均值來(lái)說(shuō)明它的大小。單相半波整流輸出電壓的平均值為：式中——變壓器次級(jí)電壓有效值。

一、半波整流電路丄式說(shuō)明，如變壓器次級(jí)用交流電壓表測(cè)出二次側(cè)電壓為10V(有效值）時(shí)，則半波整流后，在負(fù)載上用直流電壓表測(cè)得的電壓只有4.5V(平均值）。負(fù)載電流的平均值可由下式求得：就是的峰值電壓，即：

一、半波整流電路通過(guò)上述分析可以得到半波整流電路的基本特點(diǎn)如下：1）半波整流輸出的是一個(gè)脈動(dòng)直流電壓。2）半波整流電路的交流利用率為50%。

3）實(shí)際電路中，半波整流電路二極管和電容的選擇必須滿足負(fù)載對(duì)電流的要求。

二、全波整流電路

全波整流電路，可以看作是由兩個(gè)半波整流電路組合成的。全波整流電路如圖8-3所示。

設(shè)交流電的正、負(fù)半周以圖示為準(zhǔn)，在正半周時(shí)二次側(cè)線圈的電壓極性均為上正下負(fù)(因?yàn)槭峭较蚶@的），此時(shí)VD1導(dǎo)通，VD2不導(dǎo)通。二次側(cè)線圈電壓在負(fù)半周時(shí)，電壓極性與之前相反（如圖8-3中帶圓圈的正、負(fù)號(hào)所示），可知VD2導(dǎo)通，VD1不導(dǎo)通。因此，在負(fù)載上得到的是正、負(fù)半周都有整流輸出的波形，故稱為全波整流。其整流輸出電壓平均值為半波整流的兩倍。單相全波整流的輸出電壓波形如圖8-4所示二、全波整流電路

全波整流電路的整流電壓的平均值為：

負(fù)載電阻中的直流電流也增加了一倍，則：

但是，由于兩個(gè)二極管是輪流導(dǎo)通的，每個(gè)二極管的平均電流只有負(fù)載直流電流的一半，即：

在全波整流電路中，每個(gè)二極管所承受的最高反向電壓為變壓器次級(jí)總電壓的最大值，而次級(jí)總電壓為2U2，因此：

二、全波整流電路

通過(guò)上述分析可以得到全波整流電路的基本特點(diǎn)如下：1）全波整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。2）全波整流電路的交流利用率為100%。3）實(shí)際電路中，全波整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負(fù)載對(duì)電流的要求。

二、全波整流電路

三、單相橋式整流

當(dāng)變壓器二次側(cè)電壓為正半周（上正下負(fù)）時(shí)，二極管VD1與VD3導(dǎo)通，負(fù)載電阻上得到一個(gè)與相同的電壓波形，是上正下負(fù)的。當(dāng)為負(fù)半周（上負(fù)下止）時(shí)，二極管VD2與VD4導(dǎo)通，相同，并且經(jīng)過(guò)二極管的引導(dǎo)仍為上正下負(fù)，負(fù)載上得到的是正、負(fù)載電阻上得到的波形仍與負(fù)半周都有的單向脈動(dòng)電壓波形。因此，橋式整流和全波整流的輸山電壓波形是相似的，如圖8-6中所畫(huà)的波形示意圖。

三、單相橋式整流

橋式整流電路的整流電壓和整流電流的大小與全波整流電路是一樣的，因此可知：

每?jī)蓚€(gè)二極管串聯(lián)導(dǎo)通半周，因此，每個(gè)二極管中流過(guò)的平均電流也和全波整流一樣，

但是，二極管截止時(shí)所承受的最大反向電壓與單相全波整流電路不同。截止管所承受的最高反向電壓就是變壓器二次側(cè)電壓的最大值，即：

為負(fù)載電流的一半，即：

三、單相橋式整流

通過(guò)上述分析，可以得到橋式整流電路的基本特點(diǎn)如下：1）橋式整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。2）橋式整流電路的交流利用率為100%。3）橋式整流電路二極管的負(fù)載電流僅為輸出電流的一半。4）實(shí)際電路中，橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負(fù)載對(duì)電流的要求。謝謝觀賞！項(xiàng)目八穩(wěn)壓電源課題二濾波電路學(xué)習(xí)導(dǎo)入整流電路雖會(huì)將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但負(fù)載上得到的是單方向上的電壓，波動(dòng)很大，需在整流電路之后加濾波電路，以減少輸出電壓中的脈動(dòng)成分，使輸出的電壓更加平滑。濾波電路類型：濾波電路的形式很多，歸納起來(lái)常見(jiàn)的有電容濾波電路、電感濾波電路、復(fù)式濾波電路三種。下面將對(duì)這三種電路進(jìn)行介紹。

一、電容濾波電路

1．空載時(shí)的情況當(dāng)電路采用電容濾波，輸出端空載，如圖8-7（a）所示，設(shè)初始時(shí)電容電壓UC為零。接入電源后，當(dāng)U2在正半周時(shí)，通過(guò)D1、D3向電容器C充電；當(dāng)在U2的負(fù)半周時(shí)，通過(guò)D2、D4向電容器C充電，充電時(shí)間常數(shù)為

式中R包括變壓器副邊繞組的直流電阻和二極管的正向?qū)娮?。由于一般很小，電容器很快就充到交流電壓U2的最大值，如波形圖8-7（b）的時(shí)刻。此后，U2開(kāi)始下降，由于電路輸出端沒(méi)接負(fù)載，電容器沒(méi)有放電回路，所以電容電壓值UC不變，此時(shí)，UC＞U2，二極管兩端承受反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，電路的輸出電壓，電路輸出維持一個(gè)恒定值。

一、電容濾波電路

2．帶載時(shí)的情況接通交流電源后，二極管導(dǎo)通，整流電源同時(shí)向電容充電和向負(fù)載提供電流,輸出電壓的波形是正弦波形。在t1時(shí)刻，即達(dá)到90°峰值時(shí)，開(kāi)始以正弦規(guī)律下降，此時(shí)二極管是否關(guān)斷，達(dá)到90°后，二極管關(guān)斷，在90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過(guò)90°以后有一段時(shí)間二極管仍然承受正向電壓，二極管導(dǎo)通。隨著的下降，正弦波的下降速率越來(lái)越快，的下降速率越來(lái)越慢。所以在超過(guò)90°后的某一點(diǎn)，例如圖8-8（b）中的t2時(shí)刻，二極管開(kāi)始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器C向負(fù)載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個(gè)半周的正弦波來(lái)到，再次超過(guò)，如圖8-8(b)中的t3時(shí)刻，二極管重又導(dǎo)電。。取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載放電，從而維持一定的負(fù)載電流。但是以上過(guò)程電容器的放電時(shí)間常數(shù)為

一、電容濾波電路

根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，一般用以下公式估算電容濾波時(shí)的輸出電壓平均值：（橋式、全波）（8-2-1）（半波）（8-2-2）越大越好，放電過(guò)程越慢，輸出電壓越高，脈動(dòng)成分越少，即濾波效果越好。一般滿足：（橋式、全波）（8-2-3）（半波）（8-2-4）電容選擇條件：電容的放電時(shí)間常數(shù)其中T為交流電源電壓的周期。

一、電容濾波電路

整流二極管選擇條件：每只二極管的平均電流為（橋式、全波）（8-2-5）（半波）（8-2-6）（橋式）（8-2-7）（半波、全波）（8-2-8）每只二極管所承受的最高反向電壓

一、電容濾波電路

電容濾波電路的特點(diǎn)：1）電容濾波電路適用于小電流負(fù)載。2）電容濾波電路的外特性比較軟。3）電容濾波適用于輸出電壓高、負(fù)載電流較小、負(fù)載較穩(wěn)定的場(chǎng)合。4）采用電容濾波時(shí)，整流二極管中將流過(guò)較大的沖擊電流。必須選用較大容量的整流二極管。

二、電感濾波電路

在大電流的情況下，由于負(fù)載電阻RL很小。若采用電容濾波電路，則電容容量勢(shì)必很大，而且整流二極管的沖擊電流也非常大，在此情況下應(yīng)采用電感濾波。如下圖8-10所示，由于電感線圈的電感量要足夠大，所以一般需要采用有鐵心的線圈。

二、電感濾波電路

當(dāng)流過(guò)電感的電流變化時(shí)，電感線圈中產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)將阻止電流的變化。當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流增大時(shí)，電感線圈產(chǎn)生的自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相反，阻止電流的增加，同時(shí)將一部分電能轉(zhuǎn)化成磁場(chǎng)能存儲(chǔ)于電感之中；當(dāng)通過(guò)電感線圈的電流減小時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)與電流方向相同，阻止電流的減小，同時(shí)釋放出存儲(chǔ)的能量，以補(bǔ)償電流的減小。因此經(jīng)電感濾波后，不但負(fù)載電流及電壓的脈動(dòng)減小，波形變得平滑，而且整流二極管的導(dǎo)通角增大。

二、電感濾波電路

已知橋式整流電路濾波電感的直流電阻R，則電感濾波電路輸出的電壓平均值為

（8-2-9）

要注意電感濾波電路的電流必須要足夠大，即RL不能太大，當(dāng)忽略電感電阻時(shí)，此時(shí)可得出以下公式

二、電感濾波電路

電感濾波電路的特點(diǎn)：1）電感濾波電路適用于大電流負(fù)載。2）電感濾波電路的外特性比較硬。3）由于電感有延長(zhǎng)整流管導(dǎo)電管電角的趨勢(shì)，因此電流的波形比較平滑，避免了在整流管中產(chǎn)生較大的沖擊電流。

三、復(fù)式濾波電路

1．型LC濾波電路圖8-11型LC濾波電路特點(diǎn)是：1）在負(fù)載電流較大或較小時(shí)均有良好的濾波作用。2）電感濾波和LC濾波電路克服了整流管電流較大的缺點(diǎn)，3）外特性比較硬,與電容濾波相比，U0較低，電路體積、重量大為增加。

三、復(fù)式濾波電路

2．型LC濾波電路圖8-12П型LC濾波電路

型LC濾波電路輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)比僅有LC濾波時(shí)更小，波形更加平滑。輸出直流電壓提高了。缺點(diǎn)是整流管的沖擊電流比較大，外特性比較軟。

三、復(fù)式濾波電路

3.П型RC濾波電路圖8-13П型RC濾波電路優(yōu)點(diǎn)：可進(jìn)一步降低輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)。缺點(diǎn)：1）R上有直流壓降；整流管的沖擊電流仍比較大；

2）外特性比電容濾波更軟，只適用于小電流的場(chǎng)合。謝謝觀賞！項(xiàng)目八穩(wěn)壓電源課題三穩(wěn)壓電路學(xué)習(xí)導(dǎo)入穩(wěn)壓電路是指利用電力的調(diào)整作用使輸出電壓穩(wěn)定的過(guò)程叫做穩(wěn)壓,在交流電經(jīng)過(guò)整流之后變成直流電,但是它的電壓不穩(wěn)定,供電電壓的變化或者用電電流的變化都能引起電源電壓的波動(dòng),要獲得穩(wěn)定不變的直流電源,需要增加穩(wěn)壓電路.

穩(wěn)壓電路

一般二極管都是正向?qū)?反向截止；加在二極管上的反向電壓、如果超過(guò)二極管的承受能力，二極管就要擊穿損毀。但是有一種二極管，它的正向特性與普通二極管相同，而反向特性卻比較特殊：這種特殊的二極管叫穩(wěn)壓管。

穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性

穩(wěn)壓管是利用反向擊穿區(qū)的穩(wěn)壓特性進(jìn)行工作的。

穩(wěn)壓電路

在實(shí)際應(yīng)用中，如果選擇不到穩(wěn)壓值符合需要的穩(wěn)壓管，可以選用穩(wěn)壓值較低的穩(wěn)壓管，然后正向串聯(lián)一只或幾只硅二極管使用，把穩(wěn)定電壓提高到所需數(shù)值。這是利用硅二極管的正向壓降為0.6～0.7伏的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓的。因此，二極管在電路中必須正向連接，這是與穩(wěn)壓管不同的。穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的好壞,可以用它的動(dòng)態(tài)電阻r上升來(lái)表示：

顯然,對(duì)于同樣的電流變化量ΔI，穩(wěn)壓管兩端的電壓變化量ΔU越小，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓管性能就越好。因此，為使穩(wěn)壓效果好，工作電流要選得合適。工作電流選得大些，可以減小動(dòng)態(tài)電阻，但不能超過(guò)管子的最大允許電流(或最大耗散功率)。穩(wěn)壓電路

三、磁路的歐姆定律

綜上所述可以看出，穩(wěn)壓管起著電流的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，而限流電阻起著電壓調(diào)整作用。穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，限流電阻越大，輸出電壓的穩(wěn)定性越好。

謝謝觀賞！項(xiàng)目八穩(wěn)壓電源項(xiàng)目實(shí)施測(cè)試整流橋一、任務(wù)目標(biāo)

1．學(xué)會(huì)半導(dǎo)體二極管的簡(jiǎn)單測(cè)試，了解其工作性能和作用；2．掌握單相橋式整流、濾波電路的工作原理和對(duì)應(yīng)電壓波形及測(cè)試方法；3．掌握輸入交流電壓與輸出直流電壓之間的關(guān)系；二、器材工具

序號(hào)名稱規(guī)格與型號(hào)數(shù)量1電位器10kΩ1個(gè)2電阻330Ω或者200Ω，

60Ω或者100Ω各1個(gè)3電容220μF/50V、470μF/50V各1個(gè)4二極管IN40074個(gè)5萬(wàn)用表VC890C1個(gè)6示波器GOS-6201臺(tái)7直流毫安表C65-mA，0-150-300mA1臺(tái)三、任務(wù)實(shí)施

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的實(shí)驗(yàn)設(shè)備完成以下實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)：1．用萬(wàn)用表測(cè)量二極管，學(xué)會(huì)用萬(wàn)用表檢查二極管