（二十五）【模电】第九章 直流电源
文章目录
- A 直流电源的组成
- B 整流电路
- C 滤波电路
- C.a 电容滤波电路
- C.b 电感滤波电路
- C.c 倍压整流电路
- D 稳压管稳压电路
- E 串联型稳压电路
A 直流电源的组成
直流电源是能量转换电路，将220V（或380V）50Hz的交流点转换为直流电。
- （1）负载变化输出电压基本不变。
- （2）电网电压变化输出电压基本不变。
在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动 ± 10 % \pm10\% ±10%，且负载有一定的变化范围。
B 整流电路
1 对整流电路要研究的问题
（1）电路的工作原理：即二极管工作状态、电路波形的分析。
（2）输出电压和输出电流平均值：即输出脉动直流电压和电流平均值的求解方法。
（3）整流二极管的选择：即二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压的分析。
为了分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为0.
整流二极管的伏安特性：
理想二极管的正向导通电压为0，即反向电阻为无穷大。
2 单向半波整流电路
（1）工作原理
u 2 u_2 u2的正半周， D D D导通， A → D → R L → B A\rightarrow D\rightarrow R_L \rightarrow B A→D→RL→B， u 0 = u 2 u_0=u_2 u0=u2。
u 2 u_2 u2的负半周， D D D截止，承受反向电压为 u 2 u_2 u2， u 0 = 0 u_0=0 u0=0
波形：
（2） U o ( A V ) U_{o(AV)} Uo(AV)和 I L ( A V ) I_{L(AV)} IL(AV)的估算
已知变压器副边电压有效值为 U 2 U_2 U2。
（3）二极管的选择
考虑到电网电压波动范围为 ± 10 % \pm10\% ±10%，二极管的极限参数应满足：
3 单向桥式整流电路
（1）工作原理
u 2 u_2 u2正半周（ D 1 , D 3 D_1,D_3 D1,D3导通， D 2 , D 4 处 于 截 止 D_2,D_4处于截止 D2,D4处于截止）： A → D 1 → R L → D 3 → B , u o = u 2 A\rightarrow D_1 \rightarrow R_L \rightarrow D_3 \rightarrow B, u_o=u_2 A→D1→RL→D3→B,uo=u2。
u 2 u_2 u2负半周（ D 1 、 D 3 D_1、D_3 D1、D3截止， D 2 , D 4 D_2,D_4 D2,D4导通）： B → D 2 → R L → D 4 → A ， u o = − u 2 B\rightarrow D_2\rightarrow R_L\rightarrow D_4\rightarrow A，u_o=-u_2 B→D2→RL→D4→A，uo=−u2
集成的桥式整流电路称为整流堆。
（2）输出电压和电流平均值的估算
（3）二极管的选择
考虑到电网电压波动范围为 ± 10 % \pm 10\% ±10%，二极管的极限参数应满足：
C 滤波电路
C.a 电容滤波电路
1工作原理
∣ u 2 ∣ > u c |u_2|>u_c ∣u2∣>uc， D 1 , D 2 D_1,D_2 D1,D2导通， C C C充电， τ 充 电 \tau_{充电} τ充电非常小， U o = U 2 U_o=U_2 Uo=U2
∣ u 2 ∣ < ∣ u c ∣ |u_2|<|u_c| ∣u2∣<∣uc∣， D 1 − D 4 D_1-D_4 D1−D4都截止，C放电， τ 放 电 = R L C \tau_{放电}=R_LC τ放电=RLC。
滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。
考虑变压器和整流电路的内阻：
C C C越大， R L R_L RL越大， τ 放 电 \tau_{放电} τ放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。
2 二极管的到导通角
无滤波电容时 θ = π \theta=\pi θ=π
有滤波电容时 θ < π \theta<\pi θ<π,且二极管平均电流增大，故其峰值很大。
滤波的效果主要取决于电容的放电时间：
3 U_{o(AV)}的估算及电容的选择
当 R L R_L RL开路时，电容只充电不放电
4 特点
简单易行， U 0 ( A V ) U_{0(AV)} U0(AV)高， C C C足够大时交流分量较小；适用于负载电流较小且变化较小的场合。
C.b 电感滤波电路
当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。
电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为 w L wL wL
直流分量：
交流分量：
C.c 倍压整流电路
分析时的两个要点：设负载开路；电路进入稳态
u 2 u_2 u2正半周 C 1 C_1 C1充电： A → D 1 → C 1 → B A\rightarrow D_1\rightarrow C_1 \rightarrow B A→D1→C1→B，最终：
u 2 u_2 u2负半周， u 2 u_2 u2加 C 1 C_1 C1上电压对 C 2 C_2 C2充电： P → D 2 → C 2 → A P\rightarrow D_2\rightarrow C_2 \rightarrow A P→D2→C2→A，最终：
D 稳压管稳压电路
1 稳压电路的性能指标
（1）输出电压
（2）输出电流
（3）稳压系数：表明电网电压波动时电压的稳压性能，在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。
（4）输出电阻：表明负载电流变化时电路的稳压性能
。
在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。
（5）纹波电压：测试出输出电压的交流分量。
2 稳压管稳压电路
（1）稳压管的伏安特性和主要参数
稳定电压 U Z U_Z UZ：稳压管的击穿电压
稳定电流 I Z I_Z IZ：使稳压管工作在稳压状态的最小电流
最大耗散功率 P Z M P_{ZM} PZM：允许的最大功率， P Z M = I Z M U Z P_{ZM}=I_{ZM}U_Z PZM=IZMUZ
动态电阻 r Z r_Z rZ：工作在稳压状态时， r Z = Δ U / Δ I r_Z=\Delta U/\Delta I rZ=ΔU/ΔI
2 稳压管稳压电路的工作原理
若 Δ U I ≈ Δ U R \Delta U_I\approx \Delta U_R ΔUI≈ΔUR，则 U o U_o Uo基本不变。利用 R R R上的电压变化补偿 U I U_I UI的波动波动。
若 Δ I D Z ≈ . − Δ I o \Delta I_{D_Z}\approx. -\Delta I_o ΔIDZ≈.−ΔIo,则 U R U_R UR基本不变， U o U_o Uo也就基本不变。利用 I D Z I_{D_Z} IDZ的变化来补偿 I L I_L IL的变化。
限流电阻R：
- 与稳压管配合 D Z D_Z DZ调整使 U o U_o Uo基本不变。
- 保证 D Z D_Z DZ安全工作。
（3） 稳压管稳压电路的主要性能指标
R R R增大 U I U_I UI也增大，两者取值矛盾。
（4）特点
简单易行，稳压性好。适用于输出电压固定、暑促电流变化范围较小的场合。
（5）稳压管稳压电路的设计
*
如果求得 R ∈ [ 200 , 300 ] R\in [200,300] R∈[200,300]，则应该取接近300欧的，使得 S r S_r Sr小。
E 串联型稳压电路
1 基本调整管稳压电路
为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。
稳压原理：电路引入电压负反馈，稳定输出电压。
若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。
不管什么原因引起 U o U_o Uo变化，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。
2 具有放大环节的串联型稳压电路
等同于：
引入电压串联负反馈。构成同相比例运算电路。
1 稳压原理：若由于某种原因使 U o U_o Uo增大，则：
2输出电压的调节范围：
3 串联型稳压电路的基本组成及其作用
调整管：是电路的核心， U C E U_{CE} UCE随着 U I U_I UI和负载产生变化以稳定 U o U_o Uo。
基准电压：是 U o U_o Uo的参考电压。
取样电路：对 U o U_o Uo的取样，与基准电压共同决定 U o U_o Uo。
比较放大：将 U o U_o Uo的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。
（4）串联型稳压电源中调整管的选择
根据极限参数 I C M 、 U ( B R C E O ) 、 P C M I_{CM}、U_{(BRCEO)、P_{CM}} ICM、U(BRCEO)、PCM选择调整管应考虑电网电压的波动和负载电流的变化。
4 集成稳压器（三端稳压器）
（1）W7800系列
- 简介
输出电压：(W7805)5V、(W7806)6V、(W7809)9V、(W7812)12V、(W7815)15V、(W7818)18V、(W7824)24V七个档次。
输出电流：1.5A(W7800)、0.5A(W78M00)、0.1A(W78L00) - 基本应用
将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串类型稳压电路。
- 输出电流扩展电路
为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用射极输出器进行电流放大。
二极管作用：消除 U B E U_{BE} UBE对 U o U_o Uo的影响。
- 输出电压扩展电路
（2）基准电压源三端稳压器W117
输出电压 U R E F = 1.25 V U_{REF}=1.25V UREF=1.25V，调整端电流只有几微安。
