杨素行模电第三版ppt---10

第十章 直流电源,10.1 直流电源的组成,10.2 单相整流电路,10.3 滤波电路,10.4 倍压整流电路,10.5 硅稳压管稳压电路,10.6 串联型直流稳压电路,10.7 集成稳压器,10.8 开关型稳压电路,10.9 可控整流电路,10.1 直流电源的组成,图 10.1.1 直流电源的组成,电网电压,电源 变压器,整流电路,滤波器,稳压电路,负载,10.2 单相整流电路,10.2.1 单相半波整流电路,优点：使用元件少。,缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。,图 10.2.1,10.2.2 单相全波整流电路,图 10.2.3 全波整流电路波形图,10.2.3 单相桥式整流电路,图 10.2.4,图 10.2.5,图 10.2.6,10.2.4 整流电路的主要参数,一、输出直流电压 UO(AV),二、脉动系数 S,三、二极管正向平均电流 ID(AV),四、二极管最大反向峰值电压 URM,在桥式整流电路中，,输出直流电压：,脉动系数：,二极管正向平均电流：,二极管最大反向峰值电压：,表 10 - 1 单相整流电路的主要参数,10.3 滤波电路,10.3.1 电容滤波电路,适用于负载电流较小的场合。,滤波电容大，效果好。,输出直流电压为：,脉动系数 S 约为 10% 20%。,图 10.3.1,10.3.2 RC - 型滤波电路,输出直流电压为：,脉动系数 S 约为：,适用于负载电流较小的场合。,图 10.3.4,10.3.3 电感滤波电路和 LC 滤波电路,一、电感滤波器,适用于负载电流比较大的场合。,二、LC 滤波器,输出直流电压为：,脉动系数 S ：,适用于各种场合。,图 10.3.5,图 10.3.6,10.3.4 LC - 型滤波电路,图 10.3.7,图 10 - 2 各种滤波电路的性能比较,10.4 倍压整流电路,10.4.1 二倍压整流电路,iD1,iD2,图 10.4.1 二倍压整流电路,10.4.2 多倍压整流电路,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。,图 10.4.2 多倍压整流电路,10.5 硅稳压管稳压电路,10.5.1 稳压电路的主要指标,整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因： ·负载变化； ·电网电压波动。,一、内阻 Ro,二、稳压系数 Sr,10.5.2 硅稳压管的伏安特性,在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。,10.5.3 硅稳压管稳压电路,一、电路组成和工作原理,稳压原理：,1. UI 不变，RL 减小,RL,IL,UR,UO,IZ,IR=IL+IZ,基本不变,2. RL 不变， UI 升高,UI,UO,IZ,UR,UO=UI - UR,基本不变,UO,UO,图 10.5.2,二、内阻和稳压系数的估算,1. 内阻 Ro,2. 稳压系数 Sr,当 rZ RL ， rZ R 时，,图 10.5.2,图 10.5.4,三、限流电阻的选择,1. 当电网电压最高和负载电流最小时，IZ 的值最大，此时 IZ 不应超过允许的最大值，即,或：,2. 当电网电压最低和负载电流最大时，IZ 的值最小，此时 IZ 不应低于其允许的最小值，即,或：,10.6 串联型直流稳压电路,10.6.1 电路组成和工作原理,采样电路：R1、 R2、 R3 ；,放大电路：A；,基准电压：由 VDZ 提供；,调整管：VT；,稳压过程：,UI 或 IL, UO, UF, UId, UBE, IC,UCE,UO,图 10.6.1,10.6.2 输出电压的调节范围,由于 U+ = U- ，UF = UZ， 所以,当 R2 的滑动端调至最上端时，UO 为最小值,当 R2 的滑动端调至最下端时，UO 为最大值，,则：,图 10.6.1 串联型直流稳压电路,10.6.3 调整管的选择,一、集电极最大允许电流 ICM,二、集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO,三、集电极最大允许耗散功率 PCM,稳压电路的输入直流电压为：,变压器副边电压为：,10.6.4 稳压电路的过载保护,R4 很小，约为 1 。,负载电流超过某一值后，VT2 导通，限制 VT1 中的电流，保护调整管。,保护电路的输出特性：,正常稳压区,限流保护,一、限流型保护电路,图 10.6.2,图 10.6.3,二、截流型保护电路,过载时，T2 导通，引起正反馈过程：,IC2 ,IB1 ,UO ,UE2 ,UBE2 ,IC2,使 VT2 饱和，输出电压下降到 1 V 左右。,图 10.6.5,负载故障排除后，IL 减小，引起正反馈过程：,UR4 ,UB2 ,IC2 ,IB1 ,UO,IC2 ,使稳压电路的输出恢复到原来的数值。,UE2,UBE2 ,10.7 集成稳压器,10.7.1 三端集成稳压器的组成,图 10.7.1 三端集成稳压器的组成,10.7.2 三端集成稳压器的主要参数,10.7.3 三端集成稳压器的应用,一、三端集成稳压器的外形及电路符号,图 10.7.2,二、三端集成稳压器应用电路,1. 基本电路,若输出电压较高，接一保护二极管 VD，以保护集成稳压器内部的调整管。,图 10.7.4 三端集成稳压器基本应用电路,2. 扩大输出电流,VD 的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。,图 10.7.5 扩大三端集成稳压器的输出电流,3. 提高输出电压,图 10.7.6,4. 使输出电压可调,图 10.7.7,10.8 开关型稳压电路,10.8.1 开关型稳压电路的特点和分类,特点：,效率高、,体积小重量轻、,对电网电压要求不高、,调整管的控制电路比较复杂、,输出电压中纹波和噪声成分较大。,分类：,有脉冲宽度调制型(PWM)、,有低压开关稳压电路、高压开关稳压电路；,脉冲频率调制型(PFM)和混合调制型；,有自激式、他激式；双极型三极管、MOS 场效应管和可控硅开关电路等。,10.8.2 开关型稳压电路的组成 和工作原理,图 10.8.1 开关型稳压电路示意图,一、脉冲宽度调制式开关型稳压电路,二、工作原理,当 ut uA 时，uB = + UOPP，调整管饱和导通，iE 向负载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中；,当 ut uA 时，uB = - UOPP，调整管截止， iE = 0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。,图 10.8.2,结论：调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经 LC 滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压互感器 uO。,脉冲波形的占空比。,图 10.8.3 图 10.8.2 电路的波形图,10.9 可控整流电路,10.9.1 晶闸管的基本特性,一、结构与符号,图 10.9.2 晶闸管的结构和符号,阳极,阴极,控制极,二、工作原理,图 10.9.4,1. 控制极不加电压，无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。,称为阻断,2. 控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。,IG,1 2IG,1IG,图 10.9.3,结论：,晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时，再在控制极加一个正的触发脉冲； 晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流 IA 。 晶闸管导通后，管压降很小，约为 1 V 左右。,三、伏安特性和主要参数,1. 伏安特性,UBO,A,B,C,IH,IG= 0,正向阻断特性：当 IG= 0 ，而阳极电压不超过一定值时，管子处于阻断状态。,UBO 正向转折电压,正向导通特性：管子导通后，伏安特性与二极管的正向特性相似。,IH 维持电流,当控制极电流 IG 0 时， 使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小。,IG 增大,反向特性：与二极管的反向特性相似。,UBR,图 10.9.6 晶闸管的伏安特性,2. 主要参数,断态重复峰值电压 UDRM 反向重复峰值电压 URRM 额定通态平均电流 IT 额定通态平均电压 UT 维持电流 IH ： 控制极触发电压 UGT 控制极触发电流 IGT,10.9.2 单相桥式可控整流电路,在 u2 正半周，当控制极加触发脉冲，VT1 和 VD2 导通；,在 u2 负半周，当控制极加触发脉冲，VT2和 VD1 导通；,：控制角； ：导电角,一、电路组成及工作原理,图 10.9.7,图 10.9.8,二、电路参数的估算,即：,输出电压平均值：,输出电流平均值：,晶闸管承受的最大反向电压：,图 10.9.9,10.9.3 单结管触发电路,对触发电路的要求： (1) 触发时，能提供足够的触发脉冲电压和电流。 (2) 触发电路的漏电压不超过 0.25 V。 (3) 触发脉冲的前沿时间小于 10 s。 (4) 触发脉冲要有足够的宽度。一般要求大于 20 s。 (5) 控制角的范围接近或大于 150。 (6) 触发电路必须与主电路同步。,一、单结管的结构及特性,N 型硅片,P 区,PN 结,e,b1,b2,单结晶体管又称为双基极晶体管。,(a)结构,(b)符号,等效电路,图 10.9.10 单结管的结构及符号,特性：,分压比,A,P,V,B,IP,UP,截止区,负阻区,饱和区,峰点,UP：峰点电压,IP：峰点电流,谷点,UV：谷点电压,IV：谷点电流,图 10.9.11(a),图 10.9.11(b),二、单结管的脉冲发生电路,图 10.9.12 单结管的脉冲发生电路,三、单结管的触发电路,图 10.9.14,图 10.9.15,