第12章直流稳压电源(共4学时,2次课 第1次课 整流滤波电路 学时:2学时 目的和要求:了解单相整流滤波;掌握分析方法及应用 三.重点:工作原理,波形分析法 四.难点:波形分析。 五.教学方式:多媒体 六.习题安排:121.1、12.13 七.教学内容 121单相桥式整流电路: 1.电路原理图(如图形1211) R 公AA 2.1,1单相桁式整流电路 2.1.2单相桥式整流电路电压、电流波形图 2.原理分析 电压、电流波形图如图形121.2所示 (1)u2>0时,a点为正、b点为负。D1、D3同时正向导通。D2、D4截止,导通路径是: a→D1→R→D3→b。此时负载电阻R上得到一个上正、下负的半波电压,如图 12.1.2(b)中的0~π段所示 (2)u2<0时,D、D同时正导通,而D1、D3截止,导通路径为:b→D2→RL→D4→a 同样在负载电阻上得到一个上正、下负的半波电压。如图12.1.2(b)中的~2 π段所示。 可见:一个周期内D1、D与D2、D4轮流导通,在负载电阻RL上得到的整流电压u 在正、负半周内都有,而且是同一方向。 3.平均值的计算: 全波整流电路的整流电压的平均值为 Uo=2×0.452=092 负载电流(整流电流的平均值)为 R
第 12 章 直流稳压电源（共 4 学时，2 次课） 第 1 次课 整流滤波电路 一．学时：2 学时 二．目的和要求：了解单相整流滤波; 掌握分析方法及应用。 三．重点：工作原理，波形分析法。 四．难点：波形分析。 五．教学方式：多媒体 六．习题安排：12.1.1、12.1.3 七．教学内容： 12.1 单相桥式整流电路： 1. 电路原理图(如图形 12.1.1) 2. 原理分析 电压、电流波形图如图形 12.1.2 所示： (1) u2>0 时，a 点为正、b 点为负。D1、D3 同时正向导通,。D2、D4 截止，导通路径是： a→D1→RL→D3→b。此时负载电阻 RL 上得到一个上正、下负的半波电压，如图 12.1.2(b)中的 0～π段所示; (2) u2<0 时,D2、D4 同时正导通，而 D1、D3 截止，导通路径为：b→D2→RL→D4→a。 同样在负载电阻上得到一个上正、下负的半波电压。如图 12.1.2（b）中的π～2 π段所示。 可见: 一个周期内 D1、D3 与 D2、D4 轮流导通，在负载电阻 RL 上得到的整流电压 u0 在正、负半周内都有，而且是同一方向。 3. 平均值的计算： 全波整流电路的整流电压的平均值为 UO ＝20.45U2 ＝0.9U2 负载电流（整流电流的平均值）为 R U R U I L 2 L O O ＝ ＝0.9
流过每只二极管的电流平均值为负载电流的一半,即 D=lo=045 4.二极管的选择:UwMs=Ub=√2U2 loLp=1/2lo 5.变压器副边电流有效值: 12=1. 11l0 6.单相桥式整流电路的优劣: 变压器利用率高、U大,脉动小、使用范围广、但元件多,安装不便,电路复杂 122滤波电路: ●电容滤波:与负载并联一个容量足够大的电容就是电容滤波电容,利用电容器的 充放电,以发送输出电压Uo的脉动程度。 1.电路图 导通I截止"D导選 L导通D截止D导通 12藉蟲流灌路单 122.2电容滤波电路的输出被形 2.原理分析:由电路图看出 1)当u2>u时,二极管导通,电源在给负载供电时,也对电容器C进行充电。充电电 压u随着正弦电压u2升至峰值,如图12.2.2中0~m′段波形所示。但u2由 峰值下降时,由于u下降较慢 (2)当uuk(即n点)为止二极管又重新导通,电源再一次放电。如此重复.负载得 到的是在全周期内都变化不大的平滑直流电。也就是说,不仅波形脉动程度大 大减小,而且负载得到的整流电压数值也提高了。一般有: Uo=1.2U2 3.电容滤波的选择 (1).电容值C 为获得较好的滤波效果,通常选择 R2C≥(3 因此C≥(1.5~2.5)T/R1 式中T是交流电源的周期
流过每只二极管的电流平均值为负载电流的一半，即 R U I I L 2 D O 0.45 2 1 ＝ ＝ 4. 二极管的选择：URWM>UDRM= 2U2 IOM>ID=1/2I0 5. 变压器副边电流有效值： I2=1 .11I0 6. 单相桥式整流电路的优劣： 变压器利用率高、U0 大，脉动小、使用范围广、但元件多，安装不便，电路复杂。 12.2 滤波电路： ⚫ 电容滤波：与负载并联一个容量足够大的电容就是电容滤波电容，利用电容器的 充放电，以发送输出电压 U0 的脉动程度。 1. 电路图: 2. 原理分析：由电路图看出: (1) 当 u2>uc时,二极管导通，电源在给负载供电时，也对电容器 C 进行充电。充电电 压 uc随着正弦电压 u2 升至峰值，如图 12.2.2 中 0～m＇段波形所示。但 u2 由 峰值下降时，由于 uc下降较慢; (2) 当 u2<uc 时（即 m 点），二极管截止。电容 C 放电，直到下一个正半周到出现 u2 ＞uc（即 n 点）为止二极管又重新导通，电源再一次放电。如此重复. 负载得 到的是在全周期内都变化不大的平滑直流电。也就是说，不仅波形脉动程度大 大减小，而且负载得到的整流电压数值也提高了。一般有: U0=1.2U2 3. 电容滤波的选择 (1). 电容值 C 为获得较好的滤波效果，通常选择 2 (3 ~ 5) T = RLC 因此 C≥ (1.5～2.5)T/RL 式中 T 是交流电源的周期
(2)电容耐压值≥√2U2 4.二极管的选择: URWM loM>(1.5~2)lD 这里:(1.5~2)是考虑浪涌电流而引出的安全裕量 电感滤波:(了解) 1工作原理: 整流电路和负载电阻之间串接一个铁芯线圈L,即构成电感滤波电路。电感线圈 的电流发生变化时,线圈中要产生一个自感电动势阻碍电流的变化,通过负载的电流脉 动受到抑制,波形变得平滑。L值愈大。滤波效果愈好 2主要优点: 外特性好,适用于负载电流较大和负载变化较大的场合 3主要缺点 体积大、笨重、成本高。 例题解析: ◇有一单相半波整流电路如图12.1.1所示,已知负载电阻RL=3009,要 输出电压UO=24V,交流电源电压为220V。求整流变压器副边电压U2,计算整流 极管通过的电流ID和所承受的最高反相UDRM ID=l R 变压器的副边电压 24 0.45045 (V) 三极管承受的最高反向电压 ◇有一单相桥式整流电路,要求输出40V的直流电压和2A的直流电流,交流电源电 压为220V。试选择整流二极管。 【解】变压器副边电压有效值为 U2sUo=1.1lUo=1.11×40=444V) 9 二极管承受的最高反向电压为 U 二极管的平均电流为 lo 2=1(A) 根据:UwM> UDRM lOM>lb 因此:査手册知,可能性选用2CZ56C型硅整流二极管。其最高反向工作电压URwM为100V 最大整流电流IoM为3A
(2.) 电容耐压值≥ 2 U2 4. 二极管的选择: URWM> UDRM ＝ 2U2 IOM>(1.5～2)ID 这里：(1.5～2)是考虑浪涌电流而引出的安全裕量. ⚫ 电感滤波：(了解) 1.工作原理： 整流电路和负载电阻之间串接一个铁芯线圈 L，即构成电感滤波电路。电感线圈 的电流发生变化时，线圈中要产生一个自感电动势阻碍电流的变化,通过负载的电流脉 动受到抑制，波形变得平滑。L 值愈大。滤波效果愈好。 2.主要优点： 外特性好，适用于负载电流较大和负载变化较大的场合。 3.主要缺点： 体积大、笨重、成本高。 ➢ 例题解析： 有一单相半波整流电路如图 12.1.1 所示，已知负载电阻 RL=300Ω，要 输出电压 UO=24V，交流电源电压为 220V。求整流变压器副边电压 U2，计算整流 二极管通过的电流 ID 和所承受的最高反相 UDRM。 【解】 80 300 24 L O D = O = = = R U I I （mA） 变压器的副边电压 54 0.45 24 0.45 2 = = UO U （V） 三极管承受的最高反向电压 UDRM = 2U2 = 2 54 = 76 （V） 有一单相桥式整流电路，要求输出 40V 的直流电压和 2A 的直流电流，交流电源电 压为 220V。试选择整流二极管。 【解】 变压器副边电压有效值为 1.11 1.11 40 44.4（V） 0.9 O O 2 = = U = = U U 二极管承受的最高反向电压为 UDRM = 2U2 = 2 44.4 = 62.8（V） 二极管的平均电流为 2 （1 A） 2 1 2 1 I D = I O = = 根据: URWM>UDRM IOM>ID 因此:查手册知,可能性选用 2CZ56C 型硅整流二极管。其最高反向工作电压 URWM为 100V， 最大整流电流 IOM为 3A
◇有一单相桥式滤波整流电路,如图(12.2.1)已知交流电源频率f=50HZ,负载电阻 RL=200Ω,要求直流输出电压U0=30V,选择整流二极管及滤波电容器 【解】(1)选择整流二极管 =lo/2=Uo/2RL=30/(2×200)=75mA U=Uo/1.2=30/1.2=25V Up=V2U2=V2×2003 根据:URwM> UDRM IOM>lD 因此:查手下册知,可选用二极管2CZ55B,其最高反向工作电压UwM为50V 最大整流电流LoM为1000mA。 (2)选择滤波电容 C=0.05/RL=0.05/200=250uF 根据:电容耐压值≥V2U2C≥(1.5~25)T/R 因此:选用C=250uF,耐压为50V的极性电容器
有一单相桥式滤波整流电路,如图(12.2.1)已知交流电源频率 f=50HZ, 负载电阻 RL=200Ω,要求直流输出电压 U0=30V,选择整流二极管及滤波电容器. 【解】 (1)选择整流二极管 ID=I0/2=U0/2RL=30/(2×200)=75mA U=U0/1.2=30/1.2=25V UDRM ＝ 2U2 = 2 200 =35V 根据: URWM>UDRM IOM>ID 因此：查手下册知，可选用二极管 2CZ55B,其最高反向工作电压 URWM为 50V， 最大整流电流 IOM为 1000 mA。 （2） 选择滤波电容 RL=5×1/50=0。05s C=0.05/RL=0.05/200=250uF 根据：电容耐压值≥ 2 U2 C≥ (1.5～2.5)T/RL 因此：选用 C=250uF，耐压为 50V 的极性电容器
第2次课 直流稳压电源 学时:2学时 .目的和要求:了解稳压电路的组成、工作原理; 掌握分析方法及应用。 三.重点:集成三端稳压器的应用 四.难点:稳压过程分析 五,教学方式:多媒体,例题分析 六.习题安排:123.1、123.2 七.教学内容: 123直流稳压电源 稳压管稳压电路 (1)电路图如图123.1所示 图12.31由桥式整流电路整流和电容滤波器滤波后得到的直流电压U,经过限流电阻 R和稳压管Dz组成的稳压电路接到负载电阻RL上。这样,负载上得到的就是一个比 较稳定的电压。因DZ与RL并联,故又称为并联型稳压电路。。 个却本 12.3.1 硅稳管稳压电各 (2).原理分析: 引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化。因此分析时因从这两 种情况对稳压过程进行讨论: ①当交流电源电压波动时的稳压过程:(不妨设电源电压增加) 电源电压增加而使整流输出电压UⅠ随着增加时,负载电压UO(U0即为稳压管两端的 反向压降)也要增加。当负载电压U0稍有增加,稳压管的电流LZ就显著增加,因此电阻R 上的压降增加,以抵偿Ul的增加,从而使负载电压U0保持近似不变。用箭头表示其变化 过程如下: U1↑→Uo↑=Uz↑→lz↑→R(lz+lo)→Uz;=Uo 如果交流电源电压降低而使U1降低时,也有相应的稳压过程(请同学自行分析)。 ②电源电压保持不变,负载电流变化引起负载电压Uo改变时的稳压过程: 不妨设负载电流增大。当负载电流增大时,电阻R上的电压增大,负载电压Uo因而下 降。只要Uo下降一点,稳压管电流就显著减小,通过电阻R的电流和电阻上的压降保持近 似不变,因此负载电压Uo也就近似稳定不变 当负载电流减小时,同样可以维持输出电压基本不变(请同学自行分析)。 (3)元件的选取:
第 2 次课 直流稳压电源 一．学时：2 学时 二．目的和要求：了解稳压电路的组成、工作原理； 掌握分析方法及应用。 三．重点：集成三端稳压器的应用 四．难点：稳压过程分析 五．教学方式：多媒体，例题分析 六．习题安排：12.3.1、12.3.2 七．教学内容： 12.3 直流稳压电源 1．稳压管稳压电路： （1）电路图如图 12.3.1 所示 图 12.3.1 由桥式整流电路整流和电容滤波器滤波后得到的直流电压 U1，经过限流电阻 R 和稳压管 Dz 组成的稳压电路接到负载电阻 RL 上。这样，负载上得到的就是一个比 较稳定的电压。因 DZ 与 RL 并联，故又称为并联型稳压电路。。 （2）. 原理分析： 引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化。因此分析时因从这两 种情况对稳压过程进行讨论： ①当交流电源电压波动时的稳压过程：（不妨设电源电压增加） 电源电压增加而使整流输出电压 U1 随着增加时，负载电压 U0（U0 即为稳压管两端的 反向压降）也要增加。当负载电压 U0 稍有增加，稳压管的电流 IZ 就显著增加，因此电阻 R 上的压降增加，以抵偿 U1 的增加，从而使负载电压 U0 保持近似不变。用箭头表示其变化 过程如下： U1↑→UO↑=UZ↑→IZ↑→R(IZ+IO)↑→UZ↓=UO↓ 如果交流电源电压降低而使 U1 降低时，也有相应的稳压过程（请同学自行分析）。 ②电源电压保持不变，负载电流变化引起负载电压 U0 改变时的稳压过程： 不妨设负载电流增大。当负载电流增大时，电阻 R 上的电压增大，负载电压 UO 因而下 降。只要 UO 下降一点，稳压管电流就显著减小，通过电阻 R 的电流和电阻上的压降保持近 似不变，因此负载电压 UO 也就近似稳定不变。 当负载电流减小时，同样可以维持输出电压基本不变（请同学自行分析）。 （3）元件的选取：
IIM=(1.5-3)IoM 例题分析:有一稳压管稳压电路,如图12.31所示,负载电阻RL由开路变到了3k9, 交流电压经整流滤波后得出Ul=30ⅴ。今要求输出直流电压UO=12V,试选择稳压管 根据输出电压Uo=12V的要求,负载电流最大值 Io=Uo/R1=12/(3×103)=4mA 查附录B,选择稳压管2CW60,其稳定电压Uz=(11.5~12.5)V稳 定电流Lz=5mA,最大稳定电流I=19mA 2.集成电路稳压电源(W7800系列): (1)W7800系列的外形及接线图如图123.2 /o\ W700 (2).输出电压与型号的关系:Uo=U23=10X+Y(V)(对于W78XY型) (3).三端集成稳态器的应用: ①正、负电压同时输出的稳态电路。 W7800 不D W7900 ②大输出 电流的电路 W7800 RLILU D C=10uF
Uz = UO I ZM = (1.5 ~ 3)I OM U1 = (2 ~ 3)UO ➢ 例题分析：有一稳压管稳压电路，如图 12.3.1 所示，负载电阻 RL 由开路变到了 3kΩ， 交流电压经整流滤波后得出 U1=30V。今要求输出直流电压 U0=12V，试选择稳压管 DZ 根据输出电压 U0=12V 的要求，负载电流最大值 IO.max=U0/RL=12/（3×103）= 4mA 查附录 B，选择稳压管 2CW60，其稳定电压 UZ=（11.5 ～12.5）V,稳 定电流 IZ=5mA,最大稳定电流 IZM=19mA 2．集成电路稳压电源（.W7800 系列）： （1）.W7800 系列的外形及接线图如图 12.3.2 （2）．输出电压与型号的关系：U0=U23=10X+Y（V）（对于 W78XY 型） (3). 三端集成稳态器的应用： ①正、负电压同时输出的稳态电路。 ② 大输出 电流的电路
③出电压可调的电路。 W7800 >例题解析: 令有一稳压管稳压电路,如图11.3.1所示。负载电阻RL由开路变到3KΩ,交流电 经过整流滤波后得出U1=45V。今要求输出直流电压Uo=15V,试选择稳压管 【解】根据输出电压Uo=15ⅴ的要求,负载电流最大值,即二极管的电流最大 15 5(mA) R13×103 ◇选择稳压二极管CW20,其稳定电压Uz=(13.5~17)V,稳压电流Lz=5mA, IZM=15mA 电路如图P1016所示,设I1≈Io=1.5A,晶体管T的UEB≈UbR1=19,R2=29, W7805 ID>>lB。求解负载电流L与Io的关系式 【解】:因为B≈UD,R1≈lDR2≈R2≈lR2,I≈l,l≈l,所以 R R R ≈(1+x)·lo=4.5A 在图所示电路中,R1=2409,R2=3k9;wl17输入端和输出端电压允许范 围为3~40V,输出端和调整端之间的电压UR为1.25V。试求解: (1)输出电压的调节范围; (2)输入电压允许的范围 WIlt 【解】:(1)输出电压的调节范围 R CTRL
③ 出电压可调的电路。 ➢ 例题解析： 有一稳压管稳压电路，如图 11.3.1 所示。负载电阻 RL 由开路变到 3KΩ,交流电 经过整流滤波后得出 U1＝45V。今要求输出直流电压 U0＝15V，试选择稳压管 DZ。 【解】 根据输出电压 UO＝15V 的要求，负载电流最大值，即二极管的电流最大 5(mA) 3 103 15 L O = = = R U I RM 选择稳压二极管 2CW20,其稳定电压 UZ＝(13.5～17)V，稳压电流 IZ＝5mA， IZM=15mA 电路如图 P10.16 所示，设 I ’ I ≈I ’ O =1.5A，晶体管 T 的 UEB≈UD R1＝1Ω，R2＝2Ω， ID＞＞IB。求解负载电流 IL 与 I ’ O 的关系式。 【解】：因为 2 C E ' 2 O ' EB D E 1 D 2 I U U ，I R I R I R I R ， I I ，IC≈IE，所以 (1 ) 4.5A ' O 1 2 L ' O 1 2 C + = I R R I I R R I 在图所示电路中，R1＝240Ω，R2＝3kΩ；W117 输入端和输出端电压允许范 围为 3～40V，输出端和调整端之间的电压 UR 为 1.25V。试求解： （1）输出电压的调节范围； （2）输入电压允许的范围； 【解】：（1）输出电压的调节范围
R2 Co=(+RF=125-169y (2)输入电压取值范围 UImin =Lomax +Ulmin a 20V Omin+012max≈4125V
(1 ) REF 1.25 16.9V 1 2 O + U = ～ R R U （2）输入电压取值范围 41.25V 20V Imax Omin 1 2max Imin Omax 1 2min = + = + U U U U U U