在電子電路和電氣設備中，通常都需要電壓穩定的直流電源供電，直流電源可分為兩大類，一類是化學電源，如各種各樣的干電池、蓄電池、充電電池等電源；其優點是體積小、重量輕、攜帶方便等，缺點是成本高，易污染。另一類是穩壓電源，它是把交流電網220V的電壓降為所需要的數值，然后通過整流、濾波和穩壓電路，得到穩定的直流電壓，這是現實生活中應用比較廣泛的一類。引言第1頁/共78頁第一頁，共79頁。直流穩壓電源第一節第三節第四節第五節第二節直流穩壓電源的組成及工作原理串聯反饋式穩壓電路開關式直流穩壓電路第2頁/共78頁第二頁，共79頁。第一節直流穩壓電源

的基本組成及工作原理一、直流穩壓電源的組成二、直流電源各部分原理三、直流穩壓電源的性能指標第3頁/共78頁第三頁，共79頁。

電源變壓器vo0tvF0tvR0tv10tv20t

整流電路濾波電路穩壓電路一、直流穩壓電源的組成

直流穩壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩壓電路四部分組成。

VO

VI第4頁/共78頁第四頁，共79頁。功能作用交流電壓變換部分將電網電壓變為所需的交流電壓將直流電源與交流電網隔離二、直流穩壓電源各部分原理電源變壓器

1、電源變壓器第5頁/共78頁第五頁，共79頁。電源變壓器電源變壓器

第6頁/共78頁第六頁，共79頁。仿真一：電源變壓器的基本特性1、要求：電源變壓器：10：1，200V/50Hz

負載電阻：100歐，示波器2、仿真電路：

電源變壓器

第7頁/共78頁第七頁，共79頁。3、回答問題：變壓器初級輸出電壓幅值約為

V

變壓器次級輸出電壓幅值約為

V初級繞組輸入電壓與次級繞組輸出電壓之比約為

：

。注：理想變壓器滿足：

I1/I2=U2/U1=N2/N1（P1=P2）電源變壓器

第8頁/共78頁第八頁，共79頁。

問題變壓器是否可以進行直流變壓？是否可以用電位器來變壓？變壓器的輸出功率與輸入功率關系是怎樣？電源變壓器

第9頁/共78頁第九頁，共79頁。2、整流部分作用：將變換后的交流電壓轉換為單方向的脈動電壓。(AC→DC)說明：1、單方向的脈動電壓存在很大脈動成份，不能直接提供給負載。2、脈動諧波成份——紋波整流電路

第10頁/共78頁第十頁，共79頁。

技術：二極管的單向導電性

電路形式：半波整流

全波整流

橋式整流

整流電路

第11頁/共78頁第十一頁，共79頁。v2vo00tt234Trv1v2DRLvo整流電路

1、電路圖：如圖所示，利用二極管的單向導電性，在負載電阻RL上得到單向脈動電壓VO整流電路1半波整流電路：整流：利用二極管的單向導電性，把交流變成脈動的直流第12頁/共78頁第十二頁，共79頁。v2vo00tt234Trv1v2DRLvo2、電路特點：電路結構簡單，輸出電壓波動較大、效率低輸出的直流電壓值為:整流電路

整流電路1半波整流電路：第13頁/共78頁第十三頁，共79頁。

v2vo00tt234Trv1v2DRLvo3、工作原理：U2為正半周：D管導通，有輸出電壓；U2為負半周：D管截止，無輸出電壓輸出的直流電壓值為:整流電路

整流電路1半波整流電路：第14頁/共78頁第十四頁，共79頁。仿真二：半波整流電路1、要求：二極管（理想）1只2、仿真電路：整流電路

第15頁/共78頁第十五頁，共79頁。3、觀察并回答問題：二極管輸入電壓是

（雙極性/單極性）電路輸出電壓是

（雙極性/單極性）輸出電壓的波形是

（全波/半波）輸出電壓與輸入電壓的幅值相比（基本相等/相差很大）整流電路

第16頁/共78頁第十六頁，共79頁。

4、參數計算（1）輸出的直流電壓值為:（2）流過負載平均電流:IDO=UO/RL=0.45U2/RL（3）流過整流二極管的平均電流:IF=IDO=0.45U2/RL（4）整流二極管的最大反向電壓:UDR=SQR（2）U2整流電路

整流電路1半波整流電路：第17頁/共78頁第十七頁，共79頁。5、二極管的選擇：（1）D管的最大整流電流IF必須大于實際流過二極管的平均電流IDO

：

IF>IDO=ULO/RL=0.45U2/RL（2）D管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URMUR>URM=SQR（2）U2整流電路

整流電路1半波整流電路：第18頁/共78頁第十八頁，共79頁。1、電路圖：如圖所示，二極管D1、D2分別在V2的正、負半周導通，在RL上得到如圖所示電壓波形。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流電路

整流電路2全波整流電路：第19頁/共78頁第十九頁，共79頁。2、電路特點：是輸出電壓波動小，變壓需中心抽頭，繞制復雜，成本高，笨重v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流電路

整流電路2全波整流電路：第20頁/共78頁第二十頁，共79頁。

3、工作原理：在U2正半周：D1導通、D2管截止，負載中有電流流過；在U2負半周：D1截止、D2管導通，負載中有電流流過。v1v2voD1Trv2D2v2vo00tt234整流電路

整流電路2全波整流電路：第21頁/共78頁第二十一頁，共79頁。仿真三：單相全波整流電路1、要求：二極管（理想）2只2、仿真電路：整流電路

第22頁/共78頁第二十二頁，共79頁。3、觀察并回答問題：全波整流電路的輸出電壓波形并記錄。輸出電壓是

（雙極性/單極性）輸出電壓是

（全波/半波）輸出電壓與輸入電壓的幅值相比是

（基本相等/相差很大）整流電路

第23頁/共78頁第二十三頁，共79頁。4、參數計算：（1）輸出的直流電壓值為:（2）流過負載平均電流:IDO=UO/RL=0.9U2/RL（3）流過整流二極管的平均電流:IF=IDO/2=0.45U2/RL（4）整流二極管的最大反向電壓:UDR=2SQR(2)U2整流電路

整流電路2全波整流電路：第24頁/共78頁第二十四頁，共79頁。

5、二極管的選擇：（1）D管的最大整流電流IF必須大于實際流過二極管的平均電流IDO

：

IF>IDO=ULO/RL=0.45U2/RL（2）D管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URMUR>URM=2SQR(2)U2整流電路

整流電路2全波整流電路：第25頁/共78頁第二十五頁，共79頁。1、電路圖：如圖所示，二極管D1、D2、D3、D4四只二極管接成電橋的形式，名稱由此而來。v1D1D4v2Tr簡化畫法RL整流電路

整流電路3橋式整流電路：第26頁/共78頁第二十六頁，共79頁。2、工作原理：在V2的正半周，D1、D3導通，D2、D4截止，通過D1、D3給RL提供電流，方向由上向下（圖中虛線)；在V2的負半周，D2、D4導通，D1、D3截止，通過D2、D4給RL提供電流，方向仍然是由上向下（圖中虛線）由此得到圖示的整流波形v1D1vLv2TrD4D3D2RL(+)(-)+-(+)(-)ab電網電壓

整流電路

第27頁/共78頁第二十七頁，共79頁。3、波形圖00tt234VL0tD3D1D2D4D3D1D2D4V2iLiD1iD3iD2iD4iD2iD4iD1iD3導通導通導通導通Vo的大小與全波整流電路相同，即:整流電路

整流電路3橋式整流電路：第28頁/共78頁第二十八頁，共79頁。仿真四：橋式整流電路1、要求：整流橋（理想）1只。2、仿真電路：整流電路

第29頁/共78頁第二十九頁，共79頁。3、觀察并回答問題：橋式整流電路的輸出電壓波形并記錄。輸出電壓是

（雙極性/單極性）輸出電壓是

（全波/半波）輸出電壓與輸入電壓的幅值相比是

（基本相等/相差很大）如何用次級帶中心抽頭變壓器輸出正、負兩種極性的電壓？整流電路

第30頁/共78頁第三十頁，共79頁。

4、參數計算：（1）輸出的直流電壓值為:（2）流過負載平均電流:IDO=UO/RL=0.9U2/RL（3）流過整流二極管的平均電流:IF=IDO/2=0.45U2/RL（4）整流二極管的最大反向電壓:UDR=U2整流電路

整流電路3橋式整流電路：第31頁/共78頁第三十一頁，共79頁。5、整流二極管的選擇：（1）D管的最大整流電流IF必須大于實際流過二極管的平均電流IDO

：

IF>IDO=ULO/RL=0.45U2/RL（2）D管的最大反向工作電壓UR必須大于二極管實際所承受的最大反向峰值電壓URMUR>URM=SQR（2）U2整流電路

整流電路3橋式整流電路：第32頁/共78頁第三十二頁，共79頁。3、濾波電路作用：對整流電路輸出的脈動直流進行平滑，使之成為含交變成份很小的直流電壓。說明：1、濾波電路實際上是一個低通濾波器。2、截止頻率低于整流輸出電壓的基波頻率濾波電路

第33頁/共78頁第三十三頁，共79頁。電路形式：一、電容濾波二、電感濾波三、L型濾波電路四、型濾波電路濾波電路

第34頁/共78頁第三十四頁，共79頁。（1）電容濾波電路

盡管整流后的電壓為直流電壓，但波動較大，仍然不能直接作為電源使用，還需進一步濾波，將其中的交流成份濾掉。濾波通常是采用電容或電感的能量存儲作用來實現的常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、倒L型濾波、型濾波等幾種。在小功率整流濾波電路中，電容濾波是最常用的一種，其特點是結構簡單，效果較好。本節中只介紹電容濾波電路。電感濾波電路主要用于大電路中，其他濾波電路自行分析。濾波電路

第35頁/共78頁第三十五頁，共79頁。電容濾波電路（1）橋式整流、電容濾波電路如圖所示1電路組成：v1D1vLv2TrD4D3D2RL(+)(-)+-(+)(-)+CSab濾波電路

第36頁/共78頁第三十六頁，共79頁。

（2）電容濾波的原理：電容是一個能儲存電荷的元件。有了電荷，兩極板之間就有電壓UC=Q/C。在電容量不變時，要改變兩端電壓就必須改變兩端電荷，而電荷改變的速度，取決于充放電時間常數。時間常數越大，電荷改變得越慢，則電壓變化也越慢，即交流分量越小，也就“濾除”了交流分量。電容濾波電路1電路組成：濾波電路

第37頁/共78頁第三十七頁，共79頁。

（1）負載未接入（開關S斷開）時：設電容兩端初始電壓為零，接入交流電源后，當V2為正半周時，V2通過D1、D3向電容C充電；V2為負半周時，經D2、D4向電容C充電。充電時間常數為：C=RintCtv20234vc電容濾波電路2工作原理：濾波電路

第38頁/共78頁第三十八頁，共79頁。

（1）其中Rint包括變壓器副繞組的直流電阻和二極管的正向電阻。由于Rint一般很小，電容器很快就充電到交流電壓V2的最大值V2

，由于電容無放電回路，故輸出電壓（電容C兩端的電壓)保持在V2不變。tv20234vc電容濾波電路2工作原理：濾波電路

第39頁/共78頁第三十九頁，共79頁。tv20234vc電容濾波電路2工作原理：（2）.1

接入負載RL（開關S合上）時：設變壓器副邊電壓V2從0開始上升時接入RL，由于電容已到V2

，故剛接入負載時，V2＜VC，二極管在反向電壓作用下而截止，電容C經RL放電，放電時間常數為：d=RLC。因d一般較大，故電容兩端電壓Vc(即Vo)按指數規律慢下降（圖中a,b段）濾波電路

第40頁/共78頁第四十頁，共79頁。tv20234vc電容濾波電路2工作原理：（2）.2

當V2升至V2＞VC時，二極管D1、D3在正向電壓作用下而導通，此時V2經D1、D3一方面向RL提供電流，一方面向C充電（接入RL后充電時間常數變為C=RL//RintC≈RintC

）。VC將如圖中b、c段所示濾波電路

第41頁/共78頁第四十一頁，共79頁。（2）.3

當V2又降至V2＜VC時，二極管又截止，電容C又向RL放電，如圖中c

、d段所示.電容如此周而復始充放電，就得到了一個如圖所示的鋸齒波電壓Vo=VC

，由此可見輸出電壓的波動大大減小。tv20234vc電容濾波電路2工作原理：濾波電路

第42頁/共78頁第四十二頁，共79頁。（2）.4

為了得到平滑的負載電壓，一般取

d=RLC≥(35)T/2(T為交流電周期20ms)此時：Vo=(1.11.2)

V2tv20234vc電容濾波電路2工作原理：濾波電路

第43頁/共78頁第四十三頁，共79頁。t02340tC放電C充電RL接入后RL未接入D1D3導電D2D4導電D2D4導電D1D3導電abcdevC=vLiDiDiCvZ,vL,vC濾波電路

第44頁/共78頁第四十四頁，共79頁。仿真五：電容濾波1、要求：電容1000μF1只2、仿真電路：濾波電路

第45頁/共78頁第四十五頁，共79頁。3、觀察并回答問題：觀察電容濾波電路的輸出電壓波形并記錄。輸出電壓直流分量為

V，紋波分量峰峰值（用AC輸入檔測量）為

mV。濾波電路

第46頁/共78頁第四十六頁，共79頁。輸出電壓紋波

（已消失/仍存在），濾波后的紋波要比濾波前

（大得多/小得多）濾波后的輸出電壓的直流分量（大于/等于/小于）濾波前的輸出電壓的直流分量。電容是不是越大濾波效果越好？濾波電路

第47頁/共78頁第四十七頁，共79頁。電容濾波電路3電容濾波的特點1、RLC越大，電容放電速度越慢，負載電壓中的紋波成份越小，負載平均電壓越高。為了得到平滑的輸出電壓，一般取：

RLC≧（3—5）T/2(T—交流電源電壓周期)濾波電路

第48頁/共78頁第四十八頁，共79頁。2、RL越小，輸出電壓越小。（1）當C一定時，RL→∞時，即空載：

ULO=1.4U2（2）當C=0時，即無電容時：ULO=0.9U2（3）一般情況下，ULO=（1.1——1.2)U23、電容濾波適用于負載電壓較高、負載變化不大的場合。濾波電路

第49頁/共78頁第四十九頁，共79頁。

v1Dvov2TrRLL濾波電路

（2）電感濾波電路1、電路圖第50頁/共78頁第五十頁，共79頁。

電感濾波電路2、電感濾波的原理：電感濾波是利用電感的儲能來減小輸出電壓紋波的。當電感中電流增大時，自電感電動勢的方向與原電流方向相反，自感電動勢阻礙電位增加的同時，也將能量儲存起來，使電流的變化減小；反之，當電感中電流減少時，自感電動勢的作用阻礙電流的減少，同時釋放能量，使電流變化減小，因此，電流的變化小，電壓的紋波得到抑制。濾波電路

第51頁/共78頁第五十一頁，共79頁。

濾波電路

電感濾波電路的仿真分析請按課本進行。（P119）第52頁/共78頁第五十二頁，共79頁。3、電感濾波電路的幾點說明：1、L越大、RL越小，輸出電壓紋波越小；2、忽略電感內阻，ULO=0.9U2

（理論值）3、電感濾波適用于低電壓，大電流的場合電感濾波電路濾波電路

第53頁/共78頁第五十三頁，共79頁。1、L型濾波電路其它濾波電路濾波電路

第54頁/共78頁第五十四頁，共79頁。2、型濾波電路其它濾波電路濾波電路

第55頁/共78頁第五十五頁，共79頁。4、穩壓部分作用：維持輸出直流電壓的基本穩定。說明：1、經過濾波電路后的電壓的穩定性比較差。2、電壓受溫度、負載、電網電壓波動等因素的影響較大穩壓電路

第56頁/共78頁第五十六頁，共79頁。一、穩壓管電路組成（并聯穩壓電路）：1、電路圖：2、說明：

R——限流電阻

Dz——穩壓二極管穩壓電路

第57頁/共78頁第五十七頁，共79頁。二、穩壓管穩壓原理：

利用穩壓管在反向擊穿時電流可在較大范圍內變動但擊穿電壓卻基本不變的特點而實現的。三、工作原理：

UO↓→IZ↓→IR↓→UR

↓→UO

↑穩壓電路

第58頁/共78頁第五十八頁，共79頁。仿真一：穩壓管穩壓電路1、要求：穩壓二極管（1N4740A，Uz=10V）1只電阻R=100歐，電阻RL=1K2、仿真電路：第59頁/共78頁第五十九頁，共79頁。3、觀察并回答問題：按下表要求改變輸入電壓并記錄仿真結果：UI/V30252015951UO/VRL/歐∞50001000200502010UO/V穩壓電路

按下表要求改變負載電阻并記錄仿真結果：第60頁/共78頁第六十頁，共79頁。當輸入電源電壓和負載變化時，穩壓二極管穩壓電路

（可以/不可以）實現穩壓作用。當穩壓電路實現穩壓作用時，對輸入電源電壓和負載變化的范圍

（有/沒有）限制。穩壓電路

第61頁/共78頁第六十一頁，共79頁。四、R的取值范圍：

（UImax-UZ)/IZmax≦R≦(UImin-UZ)/(IZmin+UZ/RLmin)

注：一般情況下，在穩壓管安全工作條件下，R應盡可能小，從而使輸出電流范圍增大。穩壓電路

第62頁/共78頁第六十二頁，共79頁。直流穩壓電源的性能指標：1、最大輸出電流IOmax：2、輸出電壓UO和電壓調節范圍：3、保護特性：4、效率：5、過沖幅度：穩壓電源性能指標

第63頁/共78頁第六十三頁，共79頁。二、質量指標1、輸入電壓調整因數Su和穩壓系數Sr：2、輸出電阻Ro：3、溫度系數ST：穩壓電源性能指標

第64頁/共78頁第六十四頁，共79頁。直流穩壓電源第一節第三節第四節第五節第二節串聯反饋式穩壓電路直流穩壓電源的組成及工作原理開關式直流穩壓電路第65頁/共78頁第六十五頁，共79頁。一、電路組成串聯反饋式穩壓電路

串聯線性穩壓電路如圖所示，它由四部分組成：調整電路、比較放大電路、基準電壓和取樣電路。根據比較放大電路的不同，它可分兩種基本電路。一種是三極管組成比較放大器的穩壓電路，另一種是由運放組成比較放大器的穩壓電路。盡管電路不同，但工作原理是相同的。下面以運放為例分析其工作原理。第66頁/共78頁第六十六頁，共79頁。

一、電路組成串聯反饋式穩壓電路

比較放大vivo+_調整基準電壓取樣+_第67頁/共78頁第六十七頁，共79頁。集成運放作比較放大電路串聯反饋式穩壓電路

vIvo+–+_R1RLR2ADZvREFvFRvBTbce比較放大調整基準電壓取樣第68頁/共78頁第六十八頁，共79頁。二、工作原理串聯反饋式穩壓電路

VO

VF

VBVO

VCE

IC集成運放作比較放大電路：

VO

VF

VBVO

VCE

IC第69頁/共78頁第六十九頁，共79頁。三、輸出電壓的計算串聯反饋式穩壓電路

運放作比較放大電路：第70頁/共78頁第七十頁，共79頁。仿真按課本P124進行。第71頁/共78頁第七十一頁，共79頁。單