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  直流电源的组成及各部分的作用本章讨论的问题:1.如何将 50Hz、220V 的交流 电压变为 6V 的直流电压?2.220V 的交流电压经整流后是否输出 220V 的直流电压?3.将市场销售的 6V 直流 电源接到收音机 上,为什么有的声音清晰,有的含有交流声? 4.对于同样标称输出电压为 6V 的直流电源,在未接收音机时,为什么测量 输出端子的电压, 有的为 6V,而有的为 7-8V? 5.为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时输出电压不变,而有的 随之变化? 6.一个 5V 交流电压是否可能转换为 6V 直流电压?一个 3V 电池是不是能够转 换成为 6V 流电压?7.对于一般直流电源,若不慎将输出端短路,则一定会使损坏吗? 8.线性电源和开关型电源有和区别?它们分别应用在什么场合? 10.1 直流电源的组成及各部分的作用 电子电路工作时都需要直流电源提供能量,电池因使用费用高,一般只用于 低功耗便携 式的仪器设施中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源。一般直流 电源由如下部分 组成: 整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。 滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除,减少交流成分,增加直流成分。 稳压电路采用负反馈技术,对整流后的直流电压进一步进行稳定。 直流电源的方框图如图 10.1 所示。 10.1.1整流滤波方框图 10.2 整流电路 10.2.1 整流电路的分析方法及其基本信息参数 一、工作原理 10.2.1单相半波整流电路 10.2.2半波整流电路的波形图 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。二、主要参数 1.输出电压平均值 输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值OAV 2.负载电流的平均值 0.45uU OAVO(AV) 2Usinwtdwt 0.45UOAV OAV三、二极管的选择 根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的 型号。二极管的正 向电流等于负载电流平均值 =ID(AV)O(AV) 二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压对于二极管最大整流平均电流 均应留10%的余 地,以保证二极管 安全工作。10.2.2单相桥式整流电路 一、单向桥式整流电路的组成单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直 电路,如图10.2.4(a)所示。 在分析整流电路工作原理时,整流电路中的二极管是作为开关运用,具有单 向导电性。 二、工作原理 根据图 10.2.4(a)的电路图可知: 当正半周时,二极管 在负载电阻上正、负半周经过合成,得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电 路的波形图见图 10.2.4(b)。 三、输出电压平均值 UOAV 和输出电流的平 均值 IOAV 根据图 15.02(b)可知,输出电压是单相脉动电压,通常用它的平均值 与直流电压等效。 输出平均电压为 2Vsinω tdω 0(a)桥式整流电路(b)波形图 10.2.4单相桥式整流电路 (动画 15-1)(动画 15-2) 流过负载的平均电流为 2V0.9V 2V0.45V 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量,可将脉动电压做傅里叶分析,此 时谐波分量中的二次谐波幅度最大。 脉动系数 cos2w cos4w 2S0.67 四、二极管的选择1.每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流, 所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。 0.45UO(AV) 2.二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压3.对于二极管最大整流平均电流 均应留10%的 余地,以保证二 极管安全工作。问题:怎么来实现正、负电源?将桥式整流电路变压器副边中点接地,并将二个 负载电阻相 连接,且连接点接地。 O1O2 图10.2.7 利用桥式整流电路实现正、负电源 问题:三相整流电路怎么来实现? 变压器副边的三个端均应接二只二极管,一只接阳极,另一只 接阴极。D 图10.2.8三相整流电路 单相半波整流电路单相整流电路除桥式整流电路外还有有单相半波和单相全波两种形式。单相 半波整流 电路如图 所示。根据图可知,输出电压在一个工频周期内,只是正半周导电,在负载上得到的是半个正 弦波。负载上输出平均电压为 2Vsinω 流过负载和二极管的平均电流为2V 0.45V 波形图图单相半波整流电路 二极管所承受的最大反向电压 单相全波整流电路根据图(b)可知,全波整流电路的输出电压与桥式整 流电路的输出相同。输出平均电 2Vsinω tdω 2V0.9V 2S0.67 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过,而半波和全波整流电路中均有直流 分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高,在同样功率容量条件 下,体积可以小 一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路,故广泛 应用于直流电源 之中。 注意,整流电路中的二极管是作为开关运用的。 整流电路既有交流量,又有直流量,通常对 输入(交流)?用有效值或最大值; 输出(交直流)?用平均值; 整流管正向电流?用平均值; 整流管反向电压?用最大值。10.3 滤波电路 滤波:将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。滤波电路的结构特点: 电容 与负载 10.3.1电容滤波电路 1.滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直 流阻抗的不同,实现滤波。电容器 对直流开路,对交流阻抗小,所以 对直流阻抗小,对交流阻抗大,因 应与负载串联。经过滤波电路后,既可保留直流分量,又可滤掉一部分交流分量,改 变了交直流成分的比例,减小了电路的脉动系数,改善了直流电压的质量。 2.电容滤波电路 现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图 10.3.1 示,在负载电阻上并联了一个滤波电容 10.3.1电容滤波电路 3.滤波原理若 到达wtp/2时,开始下降。先假设二极管关断,电容 就要以指数规律向负载R 放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过wtp/2 时,正弦曲线下降的 速率很慢。所 以刚过wtp/2 时二极管仍然导通。在超过wtp/2 后的某个点,正弦曲线下降 的速率越来越 快,当刚超过指数曲线起始放电速率时,二极管关断。所以在 时刻,二极管导电, 按指数曲线下降,放电时间 C。电容滤波过程见图10.3.2。 10.3.2电容滤波电路波形 需要指出的是,当放电时间常数 增加时,t点要右移,t 点要左移,二极管 关断时 减少时,导通角增加。显然。当R很小,即 电容滤波的效果不好,见图18.05 滤波曲线。反之,当 仍很大,电容滤波的效果也很好,见滤波曲线。所以电容滤 波适合输出电流 较小的场合。问题:有C 10.3.4电容滤波的效果(动画 15-3) (动画 15-4)4.电容滤波电路参数 的计算电容滤波电路的计算挺麻烦,因为决定输出电压的因素较多。工程上有 详细的曲线可 供查阅,一般常采用以下近似估算法: 一种是用锯齿波近似表示,即V2V 5.外特性整流滤波电路中,输出直流电压 的变化关系曲线电容滤波外特性曲线 二极管反向最大 每管平均电流 电压半波整流 0.45V2V 2V 全波整流、电1.2V 0.5I 桥式整流、电1.2V 0.5I 2V2V 容滤波桥式整流、电 0.9V 0.5I 2V2V *使用条件:10.3.3 其它形式的滤波电路 一、电感滤波电路 利用储能元件电感器 与整流电路的负载R相串联, 也能够更好的起到滤波的作用。桥式整流电感滤波电路如图10.3.8 所示。电感滤 波的波形图如图 15.11 所示。当 导电,电感中的电流将滞后v。当负半周时,电感中的电流将更换 经由 角都是180。 10.3.8电感滤波电路 10.3.8电感滤波电路波形图 (动画 15-5) 愈大,滤波效果愈好;适用于负载电流比较大的场合。二、LC 滤波电路 10.3.9LC滤波电路波形图 输出直流电压为: 脉动系数 UU0.9U OAV OAV