1、模模 擬擬 電電 子子 技技 術術制作簡易直流穩壓電源制作簡易直流穩壓電源會識別檢測整流、穩壓、發光二極管；會識別檢測整流、穩壓、發光二極管；會設計穩壓管直流穩壓電源；會設計穩壓管直流穩壓電源；會組裝、調試穩壓管直流穩壓電源。會組裝、調試穩壓管直流穩壓電源。穩壓管直流穩壓電源制作與調試穩壓管直流穩壓電源制作與調試穩壓管穩壓電路的分析與設計穩壓管穩壓電路的分析與設計第第5 5講講教學目標教學目標教學重點教學重點教學難點教學難點模模 擬擬 電電 子子 技技 術術 電子電路工作時都需要直流電源提供能量，電池因使用費用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設備中。本章討論如何把交流電源變換為直流穩壓電源，一

2、般直流電源由如下部分組成： 整流電路整流電路是將工頻交流電轉為具有直流電成分是將工頻交流電轉為具有直流電成分的脈動直流電。的脈動直流電。 濾波電路濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。少交流成分，增加直流成分。 穩壓電路穩壓電路對整流后的直流電壓采用負反饋技術對整流后的直流電壓采用負反饋技術進一步穩定直流電壓。進一步穩定直流電壓。 直流電源的方框圖如圖直流電源的方框圖如圖8.1所示。所示。直流穩壓電源的構成直流穩壓電源的構成模模 擬擬 電電 子子 技技 術術一、單相橋式整流電路二、電容濾波電路三、穩壓管穩壓電路四、發光指示電路穩壓管穩

3、壓電路的組成及原理模模 擬擬 電電 子子 技技 術術一、單相橋式整流電路 1 1、工作原理、工作原理 單相橋式整流電路是最基本單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，的將交流轉換為直流的電路，其電路如圖其電路如圖5.1（a）所示。）所示。（a）橋式整流電路 （b）波形圖圖5.1單相橋式整流電路模模 擬擬 電電 子子 技技 術術 在分析整流電路工作原理時，整流電路在分析整流電路工作原理時，整流電路 中的二極管是作為中的二極管是作為開關運用，具有單向導電開關運用，具有單向導電性。性。根據圖根據圖8.2(a)的電路圖可知：的電路圖可知： 當正半周時二極管當正半周時二極管D1、D3導通，在負

4、載導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。電阻上得到正弦波的正半周。 在負載電阻上正負半周經過合成，得到的在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖電路的波形圖見圖5.1(b)。 當負半周時二極管當負半周時二極管D2、D4導通，在負載導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。電阻上得到正弦波的負半周。模模 擬擬 電電 子子 技技 術術 根據圖根據圖5.1（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓輸出平均電壓為為

5、2 2、參數計算、參數計算2202LO9 . 022dsin21UUttUUU 流過負載的平均電流為L2L2L9 . 022RURUIL2L2LD45. 022RURUII流過二極管的平均電流為2Rmax2UU二極管所承受的最大反向電壓模模 擬擬 電電 子子 技技 術術注意：注意： 整流電路中的二極管是作為開關運整流電路中的二極管是作為開關運 用的。整流電路既有交流量，又有直流量，用的。整流電路既有交流量，又有直流量， 通常通常: 輸入（交流）輸入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值； 輸出（交直流）輸出（交直流）用平均值；用平均值； 整流管正向電流整流管正向電流用平均值；用平均值； 整

6、流管反向電壓整流管反向電壓用最大值。用最大值。模模 擬擬 電電 子子 技技 術術二、電容濾波電路二、電容濾波電路 1、濾波的基本概念、濾波的基本概念 濾波電路濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現濾波。實現濾波。電容器電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯在負載兩端。電感器應該并聯在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此阻抗大，因此L 應與負載串聯。經過濾波電路后，既可應與負載串聯。經過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，

7、改變了交直改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量。壓的質量。 模模 擬擬 電電 子子 技技 術術 2 2、電容濾波電路、電容濾波電路 現以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。現以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。電容濾波電路如圖電容濾波電路如圖5.2所示，在負載電阻上并聯了所示，在負載電阻上并聯了一個濾波電容一個濾波電容C。圖5.2電容濾波電路 模模 擬擬 電電 子子 技技 術術當v2到達90時，v2開始下降。先假設二極管關斷，電容C就要以指數規律向負載L放電。指數放電起始點的放電速率很大。3 3、濾波原理、濾波原理

8、 若電路處于正半周，二極管D1、D3導通，變壓器次端電壓u2給電容器C充電。此時C相當于并聯在u2上，所以輸出波形同u2 ，是正弦形。 圖5.3電容濾波波形圖 所以，在t1到t2時刻，二極管導電，充電，uC=uL按正弦規律變化；t2到t3時刻二極管關斷，uC=uL按指數曲線下降，放電時間常數為RLC。電容濾波過程見圖5.3。 在剛過90時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90時二極管仍然導通。在超過90后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當剛超過指數曲線起始放電速率時，二極管關斷。模模 擬擬 電電 子子 技技 術術 需要指出的是，當放電時間常數RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二

9、極管關斷時間加長，導通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導通角增加。顯然，當L很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖5.4濾波曲線中的2。反之，當L很大，即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。問題：問題：有有無無L即空載，此時即空載，此時UC=UL=？圖5.4 電容濾波的效果模模 擬擬 電電 子子 技技 術術4 4、電容濾波的計算、電容濾波的計算 電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱。一般的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查

10、閱。一般常采用以下近似估算法：常采用以下近似估算法： 一種是用鋸齒波近似表示，即一種是用鋸齒波近似表示，即)41 (2L2OLCRTUUU 另一種是在另一種是在RLC=(3 5)T/ 2的條件下，近似認的條件下，近似認為為UL=UO=1.2U2。（。（或者，電容濾波要獲得較好的或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應滿足效果，工程上也通常應滿足 RLC610。）。）模模 擬擬 電電 子子 技技 術術1 1、硅穩壓二極管穩壓電路的原理、硅穩壓二極管穩壓電路的原理 硅穩壓二極管穩壓電路的電路圖如硅穩壓二極管穩壓電路的電路圖如圖圖5.55.5所示。所示。 它是利用穩壓二極管它是利用穩壓二極管的

11、反向擊穿特性穩壓的，的反向擊穿特性穩壓的，由于反向特性陡直，較大由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較的電流變化，只會引起較小的電壓變化。小的電壓變化。 圖圖5.5 5.5 硅穩壓二極管穩壓電路硅穩壓二極管穩壓電路三、穩壓管穩壓電路穩壓管穩壓電路模模 擬擬 電電 子子 技技 術術(1) (1) 當輸入電壓變化時如何穩壓當輸入電壓變化時如何穩壓根據電路圖可知根據電路圖可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO= 輸入電壓UI的增加，必然引起UO的增加，即UZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使UR增加，從而使輸出電壓IO減小。這一穩壓過程可概括如下： 這里UO減小應理解為，由于輸入電壓U

12、I的增加，在穩壓二極管的調節下，使UO的增加沒有那么大而已。UO還是要增加一點的，這是一個有差調節系統。UIUOUZIZIRURUO圖圖5.65.6硅穩壓二極管穩壓電路硅穩壓二極管穩壓電路模模 擬擬 電電 子子 技技 術術(2) (2) 當負載電流變化時如何穩壓當負載電流變化時如何穩壓 負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，從而使UZ=UO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，UR減小，從而使輸出電壓UO增加。這一穩壓過程可概括如下： ILIRURUZ（UO）IZIRURUO模模 擬擬 電電 子子 技技 術術2 2、穩壓電阻的作用、穩壓電阻的作用穩壓二極管的動態電阻越小，穩穩

13、壓二極管的動態電阻越小，穩壓電阻壓電阻R越大越大，穩壓性能越好。，穩壓性能越好。穩壓電阻穩壓電阻R 的作用的作用 將穩壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化，將穩壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化，從而起到調節作用，同時從而起到調節作用，同時R也是限流電阻。也是限流電阻。 顯然顯然R 的數值越大，較小的數值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的的變化就可引起足夠大的UR變化，就可達到足夠的穩壓效果。但變化，就可達到足夠的穩壓效果。但R 的數值越大，就的數值越大，就需要較大的輸入電壓需要較大的輸入電壓UI值，損耗就要加大。值，損耗就要加大。 穩壓二極管穩壓電路的穩壓性能與穩壓二極管擊穿穩壓二極管穩壓電

14、路的穩壓性能與穩壓二極管擊穿特性的動態電阻有關，與穩壓電阻特性的動態電阻有關，與穩壓電阻R的阻值大小有關。的阻值大小有關。模模 擬擬 電電 子子 技技 術術3、穩壓電阻的計算、穩壓電阻的計算 （1 1）當當輸入電壓最小，負載電流最大輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩壓時，流過穩壓二極管的電流最小。此時二極管的電流最小。此時I IZ Z不應小于不應小于I IZminZmin，由此可計算，由此可計算出出穩壓電阻的最大值穩壓電阻的最大值，實際選用的穩壓電阻應小于最大，實際選用的穩壓電阻應小于最大值。即值。即LmaxZminZIminmax=IIVVR （2 2）當當輸入電壓最大，負載電流最小輸入電

15、壓最大，負載電流最小時，流過時，流過 穩壓二極管的電流最大。此時穩壓二極管的電流最大。此時I IZ Z不應超過不應超過I IZmaxZmax，由，由此可計算出此可計算出穩壓電阻的最小值穩壓電阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR 穩壓二極管在使用時穩壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規定值，能使它的功耗超過規定值，否則會造成損壞！否則會造成損壞！模模 擬擬 電電 子子 技技 術術一、分析題意，畫出電路框圖，設計整機電路；二、設計穩壓電路（計算選擇穩壓管極限流電阻）；三、設計濾波電路（計算選擇濾波電容）四、設計單相橋式整流電路（計算選擇整流二極管）；五、選擇電源變壓器（功率及輸出電壓）；六、設計發光指示電路（計算選擇限流電阻）簡易直流穩壓電源的制作與調試步驟模模 擬擬 電電 子子 技技 術術一