直流電源第十章第十章

直流電源10.1直流電源的組成及各部分作用10.2整流電路10.3濾波電路10.4穩壓二極管穩壓電路10.5串聯型穩壓電路第三版童詩白第三版童詩白本章重點和考點：1.重點掌握整流、濾波和穩壓的流程及參數的計算。2.掌握串聯型穩壓電路原理及輸出電壓的調節范圍。本章教學時數：4學時

10.1直流電源的組成及各部分的作用電網電壓電源變壓器整流電路濾波電路穩壓電路負載整流：將交流變為直流的過程。濾波：將脈動的直流電壓變為平滑的直流電壓。穩壓：在電網電壓和負載發生變化時，輸出電壓能夠穩定。單相半波整流電路10.2整流電路10.2.1整流電路的分析方法及其基本參數優點：使用元件少。缺點：輸出波形脈動大；直流成分小；變壓器利用率低。一、工作原理二、主要參數1.輸出電壓平均值UO(AV)輸出電壓平均值就是負載電阻上電壓的平均值2.負載電流的平均值3.脈動系數uL20t三、二極管的選擇①電流的平均值②最大反向電壓對于二極管最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR均應留10%的余地，以保證二極管安全工作。

例電路如圖。已知變壓器副邊電壓有效值負載電阻，試問：⑴負載電阻上的電壓平均值和電流平均值各為多少？

⑵電網電壓波動范圍是±10%，二極管承受的最大反向電壓和流過的最大電流平均值各為多少？解：⑴負載電阻上電壓平均值流過負載電阻的電流平均值⑵二極管承受的最大反向電壓二極管流過的最大平均電流10.2.2單相橋式整流電路單向橋式整流電路一、單向橋式整流電路的組成在實用電路中，多采用全波整流電路，最常用的是單向橋式整流電路u2的正半周A→D1→RL→D3→B,uO=u2u2的負半周B→D2→RL→D4→A,uO=-u2二、工作原理三、估算脈動系數：四、二極管的選擇考慮到電網電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數應滿足：優點：輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動小。缺點：二極管數量多，內阻大，損耗也大。橋式整流電路的優缺點：

⑵當電網電壓波動范圍為，二極管的最大整流平均電流IF與最高反向工作電壓UR至少應選取多少？例:

在如圖所示電路中，已知變壓器副邊電壓有效值負載電阻，試問：

⑴輸出電壓與輸出電流平均值各為多少？解：濾波電路的結構特點:

電容與負載RL并聯，或電感與負載RL串聯。交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC10.3濾波電路濾波：將脈動的直流電壓變為平滑的直流電壓。以單向橋式整流電容濾波為例進行分析，其電路如圖所示。一、濾波原理au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（電容器的充、放電）空載時(忽略整流電路內阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuLtu2＞uC時：二極管導通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。由于RL=∞，無放電回路，所以uC保持。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且RLC較大）時

(忽略整流電路內阻)u2tiDtu2＞uC時：二極管導通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。二極管中的電流uc=uL二、二極管的導通角導通角無濾波電容時θ＝π。有濾波電容時θ<πRLC較大u2tiDt考慮變壓器和整流電路的內阻內阻使

簡單易行，UO（AV）高，C足夠大時交流分量較小。三、電容的選擇及UO（AV）的估算五、濾波電路的特點四、脈動系數S

約為

10%~20%

例:在圖所示電路中,要求輸出電壓平均值,負載電流平均值試問：⑴濾波電容的大小；

⑵考慮到電網電壓的波動范圍為濾波電容的耐壓值。⑵變壓器副邊電壓有效值為電容的耐壓值為：實際可選取容量為，耐壓為25V的電容做本電路的濾波電容。解：⑴

根據，可知C的取值滿足：的條件。討論題:已知變壓器副邊電壓有效值為10V，電容足夠大，判斷下列情況下輸出電壓平均值UO（AV）≈？1.正常工作；2.C開路；3.RL開路；4.D1和C同時開路。UO（AV）=1.2U2=12VUO（AV）=U2=14VUO（AV）=0.9U2=9VUO（AV）=0.45U2=4.5V10.4穩壓二極管穩壓電路整流濾波電路輸出電壓不穩定的主要原因：·負載變化；·電網電壓波動穩壓電路能夠自動維持輸出電壓的穩定。交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩壓直流電壓10.4.1穩壓管穩壓電路的性能指標一、穩壓系數Sr表明電網電壓波動對輸出電壓的影響，其值愈小，電網電壓變化時輸出電壓的變化愈小。一般是10-2-----10-4輸出電壓：二、輸出電阻Ro

表明負載電阻對穩壓性能的影響。

RO<1越小越好三、溫度系數10.4.2穩壓管穩壓電路的組成兩個基本公式1.RL不變，

UI升高UIUOIZUR基本不變UO10.4.2穩壓原理UO2.UI

不變，RL

減小RLILURUOIZ基本不變UOIRIR10.4.3電路參數的選擇在選擇元件時，應首先知道負載所要求的輸出電壓UO，負載電流IL的最小值ILmin和最大值ILmax，輸入電壓UI的波動范圍。1.穩壓電路輸入電壓UI的選擇UI＝（2~3）UO2.穩壓管的選擇UZ＝UOIZM－IZ>ILmax－ILmin3.限流電阻R的選擇（1）當電網電壓最高和負載電阻最大時，穩壓管IZ的值最大3.限流電阻R的選擇（2）當電網電壓最低和負載電阻最小時，穩壓管IZ的值最小在如圖所示電路中，變壓器的內阻及二極管的正向電阻均可忽略不計，正常工作時，測得整流、濾波后的電壓平均值UI＝36V，UO＝15V，試問在下列情況下是P1～P4點處什么地方開路。（1）UI=

42.4V，這是因為

點開路；（2）UI＝27V，

這是因為

點開路；（3）UI＝13.5V，這是因為

點開路；（4）UO

＝18V，這是因為

點開路。在如圖所示電路中，變壓器的內阻及二極管的正向電阻均可忽略不計，正常工作時，測得整流、濾波后的電壓平均值UI＝36V，UO＝15V，試問在下列情況下是P1～P4點處什么地方開路。（1）UI

=42.4V，這是因為

P3

點開路；（2）UI＝27V，

這是因為

P2

點開路；（3）UI＝13.5V，這是因為

P1和P2

點開路；（4）UO

＝18V，這是因為

P4

點開路。P4一直流穩壓電源如圖所示：變壓器副邊電壓是20V，穩壓管Dz的穩壓值Uz＝8V，R＝1KΩ，RL＝1KΩ。

a.開關K1、K2都打開時，Uo＝

伏，UL＝

伏二極管UDRM＝

伏。

b.開關K1閉合、K2打開時，Uo＝

伏，UL＝

伏二極管UDRM＝

伏c.開關K1、K2都閉合時，Uo＝

伏，UL＝

伏18

９

２４

1２

２４

8

在下圖所示電路中，參數如圖中所標注，變壓器內阻與二極管正向電阻均可忽略不計。

⑴若電路正常工作，估算UI的平均值。

⑵若P2點斷開，求

UI平均值。

⑶若P1、P2兩點均斷開，求UI的平均值。

⑷若P3點斷開，估算UI平均值。

⑸若P4點斷開，求

UO的值。

⑹若P5點斷開，求

UO的值。36V27V13.5V42V18V12V穩壓管穩壓電路的缺點：（1）輸出電流小帶負載能力差（2）輸出電壓不可調UI（UO不變）IZURIRRLILIZ（UO不變）10.5串聯型穩壓電路改進：（1）提高帶負載能力——在輸出端加一射極輸出器一、基本調整管穩壓電路改進：（2）使輸出電壓可調——在射極輸出器前加一帶有負反饋的放大器。調節反饋系數即可調節放大倍數為了進一步穩定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端。

二、具有放大環節的串聯型穩壓電路1.電路的構成2.穩壓原理UOUNUBUOUOUNUBUO電壓串聯負反饋++++_3.輸出電壓的可調范圍由于U+=U-

，UF=UZ，

所以則：3.輸出電壓的可調范圍當R2

的滑動端調至最右端時，UO為最小值當R2

的滑動端調至最左端時，UO為最大值，4.常見畫法調整管比較放大基準電壓取樣電阻調整管：是電路的核心，UCE隨UI和負載產生變化以穩定UO。基準電壓：是UO的參考電壓。取樣電阻：對UO

的取樣，與基準電壓共同決定UO

。比較放大：將UO

的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩壓性能。舉例：分立元件組成的串聯式穩壓電源輸出電壓的調節范圍因為：所以：小結：穩壓二極管穩壓電路輸出電流較小，帶負載能力差，輸出電壓不可調。具有放大環節的串聯型穩壓電路以穩壓管穩壓電路為基礎，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流；在電路中引入電壓負反饋使輸出電壓穩定；可通過改變反饋網絡的參數使輸出電壓可調。基本調整管穩壓電路輸出電流大，帶負載能力強，但是輸出電壓不可調例.電路如圖所示為串聯型穩壓電源。⑴標出集成運放同相輸入端和反相輸入端；⑵求出UO的調節范圍；⑶若VT1管的管壓降UCE>3V才能正常工作，則UI至少應選多少伏？解：⑴上“－”，下“＋”（2分）⑵，⑶（4分）（4分）如圖所示串聯型穩壓電路，三極管的UBE＝0.7V，試求解：（1）正常工作時UO的值；（2）當R3短路時，UO的值；（3）當R2開路時，UO的值。UO=20VUO=10VUO=10V

⑴正確理解直流穩壓電源的組成和各部分的作用。

⑵能夠分析整流電路的工作原理，估算輸出電壓及電流的平均值。本章小結⑶了解濾波電路工作原理，能夠估算電容濾波電路輸出電壓平均值。

⑷掌握穩壓管穩壓電路的工作原理，能夠合理選擇限流電阻。

⑸正確理解串聯型穩壓電路的工作原理，能夠估算輸出電壓的調節范圍。1.直流穩壓電源如圖