第十章直流电源
- 格式:doc
- 大小:2.29 MB
- 文档页数:18
第十章 直流电源自 测 题一、判断下列说法是否正确,用“√”“×”表示判断结果填入空内。
(1) 直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。
( )(2) 直流电源是一种能量转换电路,它将交流能量转换为直流能量。
( )(3)在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下,桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。
( )因此,它们的整流管的平均电流比值为2:1。
( )(4)若U 2为电源变压器副边电压的有效值,则半波整流电容滤波电路和全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压均为22U 。
( )(5)当输入电压U I 和负载电流I L 变化时,稳压电路的输出电压是绝对不变的。
( )(6)一般情况下,开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。
( ) 解:(1)× (2)√ (3)√ × (4)√ (5)×(6)√二、在图10.3.1(a )中,已知变压器副边电压有效值U 2为10V ,23T C L ≥R (T 为电网电压的周期)。
测得输出电压平均值U O (AV )可能的数值为A. 14VB. 12VC. 9VD. 4.5V选择合适答案填入空内。
(1)正常情况U O (AV )≈ ;(2)电容虚焊时U O (AV )≈ ;(3)负载电阻开路时U O (AV )≈ ;(4)一只整流管和滤波电容同时开路,U O (AV )≈ 。
解:(1)B (2)C (3)A (4)D三、填空:图T10.3在图T10.3所示电路中,调整管为 ,采样电路由 组成,基准电压电路由 组成, 比较放大电路由 组成, 保护电路由 组成;输出电压最小值的表达式为 ,最大值的表达式为 。
解:T 1,R 1、R 2、R 3,R 、D Z ,T 2、R c ,R 0、T 3;)( )(BE2Z 3321BE2Z 32321U U R R R R U U R R R R R +++++++,。
科目:模拟电子技术题型:填空题章节:第十章 直流电源难度:全部-----------------------------------------------------------------------1. 稳压电路的主要作用是 稳定输出电压 。
2. 在直流电源中,在变压器副边电压相同的条件下,若希望二极管承受的反向电压较小,而输出直流电压较高,则应采用 倍压 整流电路。
3. 在直流电源中,负载电流若为200mA ,则宜采用 电容 滤波电路。
4. 在负载电流较小的电子设备中,为了得到稳定的但不需要调节的直流输出电压,则可采用 硅稳压或硅二极管 稳压电路或集成稳压电路。
5. 为了适应电网电压和负载电流变化较大的情况,且要求输出电压可以调节,则可采用 串联 晶体管稳压电路或可调的集成稳压器电路。
6. 在电容滤波和电感滤波二者之中, 电感 滤波选用大电流负载。
7. 在电容滤波和电感滤波二者之中, 电容 滤波的直流输出电压高。
8. 具有放大环节的串联型稳压电路在正常工作时,调整管处于 放大 工作状态。
9. 具有放大环节的串联型稳压电路在正常工作时,若要求输出电压为18V ,调整管压降为6V ,整流电路采用电容滤波,则电源变压器次级电压有效值应为 20 V 。
10. 单相桥式整流电路,变压器的副边电压是U 2,则输出电压的平均值 U 0 = 0.9 U 2 。
11. 单相桥式整流电路,变压器的副边电压是U 2,加入电容滤波器后,则输出电压的平均值 U 0 = 1.2U 2 。
12. 小功率直流电源一般由电源变压器、 整流 、滤波、稳压四部分组成。
13. 直流电源能将电量变为直流电量,实质上是一种 能量 转换电路。
14. 单相半波整流电路和桥式整流电路相比,在变压器次级电压相同条件下, 桥式整流 电路的输出电压平均值高了一倍。
15. 若变压器次级电压有效值为U 2,每个整流管的反向峰值电压记作U RM ,则半波整流电路的U RM = 22U 。
第10章直流电源10.1教学基本要求10.1.1 基本要求(1)掌握单相桥式整流电路的工作原理和主要参数计算,了解单相半波整流电路的工作原理、主要参数计算及二极管的选择(2)掌握电容滤波电路的工作原理和主要参数计算,滤波电容的选择原则,了解电感滤波电路及其它形式的滤波电路的特点及各种滤波器的性能比较(3)理解硅稳压管稳压电路的工作原理,稳压系数和输出电阻的估算,稳压电路中限流电阻R的选择(4)掌握串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算,掌握三端固定式输出集成稳压器及其应用,了解三端可调输出集成稳压器及其应用(5)了解开关稳压电路的工作原理及集成开关稳压器及其应用10.1.2 重点难点及考点(1)本章重点单相桥式整流电路的工作原理和主要参数计算,电容滤波电路的工作原理和主要参数计算,串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算,三端固定式输出集成稳压器及其应用。
(2)本章难点电容滤波电路的工作原理和主要参数计算,串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算。
(3)本章主要考点单相桥式整流电路的工作原理,输出直流电压与输入交流电压有效值间的关系,二极管的选择。
电容滤波电路的主要参数计算,滤波电容的选择。
串联型直558559流稳压电路的组成、工作原理及参数计算。
三端固定式输出集成稳压器及其应用。
1.2典型题型精解10.2 单相桥式整流电路如图10.2.1所示,若输出直流电压U O =9V ,输出直流电流I O =1A ,试求:(1) 变压器二次电压有效值U 2; (2) 整流二极管最大反向峰值电压U RM ; (3) 流过二极管正向平均电流I D 。
图10.2.1 题10.2图分析方法:单相桥式整流电路的输出电压的平均值(输出直流电压)2O 9.0U U =,二极管最大反向峰值电压2RM 2U U =,二极管正向平均电流L2O D 45.02R U I I ==,这里的U 2是变压器二次电压有效值。
第十章直流电在我们的日常生活和现代科技中,电扮演着至关重要的角色。
而在电的大家族里,直流电是其中一位低调但却十分关键的成员。
首先,让我们来搞清楚什么是直流电。
简单来说,直流电就是电流方向始终保持不变的电流。
想象一下,电流就像一群小人在排队前进,如果它们始终朝着一个方向走,不改变路线,那这就是直流电。
与之相对的是交流电,交流电的电流方向会周期性地改变。
直流电在很多领域都有着广泛的应用。
比如,我们日常使用的电池,像手机电池、干电池、锂电池等等,它们提供的就是直流电。
还有电动汽车里的动力电池,也是直流电的来源。
这些电池能够稳定地输出直流电,为设备提供持续的能量支持。
在电子设备中,直流电同样不可或缺。
像电脑的主板、硬盘、显卡等内部组件,都需要稳定的直流电才能正常工作。
为了把我们家里插座上的交流电转换成电脑能用的直流电,电源适配器就派上了用场。
它就像一个翻译官,把交流电翻译成直流电,让电脑听懂并顺利运行。
直流电的优点之一是它的稳定性。
由于电流方向不变,电压也相对稳定,这对于一些对电源要求较高的设备来说非常重要。
比如在一些精密的仪器仪表中,稳定的直流电能够确保测量结果的准确性和可靠性。
再来说说直流电的传输。
在长距离传输方面,直流电曾经面临一些挑战。
但随着技术的不断进步,高压直流输电技术逐渐崭露头角。
与传统的交流输电相比,高压直流输电具有线路损耗小、能够实现远距离大容量输电等优点。
比如在跨区域的电力输送中,高压直流输电可以有效地减少能量损失,提高输电效率。
在工业生产中,直流电也有不少用武之地。
一些电镀、电解等工艺过程,都需要直流电来驱动。
直流电能够精确地控制电流的大小和方向,从而实现对生产过程的精准控制,保证产品的质量和性能。
然而,直流电也并非完美无缺。
它在电压变换方面相对较为复杂,不像交流电可以通过变压器轻松地改变电压。
这在一定程度上限制了它在某些场景的应用。
为了获得直流电,我们通常需要使用一些转换设备。
比如整流器,它可以把交流电转换为直流电。
第10章 直流电源自测题一.判断下列说法是否正确,用“√”和“×”表示判断结果填入括号内。
(1)直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。
( × )(2)直流电源是一种能量转换电路,它将交流能量转换为直流能量。
( √ )(3)在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下,桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。
( √ );因此,它们的整流管的平均电流比值为2:1。
( × )(4)若2U 为电源变压器副边电压的有效值,则半波整流电容滤波电路和全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压均为22U 。
( √ )(5)当输入电压U I 和负载电流I L 变化时,稳压电路的输出电压是绝对不变的。
( × )(6)一般情况下,开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。
( √ )二、在图10.3.l (a)中,已知变压器副边电压有效值U 2为10V , 32L T R C ≥(T 为电网电压的周期)。
测得输出电压平均值()O AV U 可能的数值为A . 14VB . 12VC . 9VD . 4.5V选择合适答案填入空内。
(1)正常情况()O AV U ≈( B );(2)电容虚焊时()O AV U ≈( C );(3)负载电阻开路时()O AV U ≈( A );(4)一只整流管和滤波电容同时开路,()O AV U ≈( D )。
三、填空:在图T10.3所示电路中,调整管为( T 1 ),采样电路由(R 1、R 2、R 3)组成, 基准电压电路由( R 、D Z )组成,比较放大电路由( T 2、R c )组成,保护电路由( R 0、T 3 )组成;输出电压最小值的表达式为( 12323()Z BE R R R U U R +++ ),最大值的表达式 ( 123223()Z BE R R R U U R R ++++ )。
图T10.3 图T10.4四、在图T10.4所示稳压电路中,已知稳压管的稳定电U Z 为6V ,最小稳定电流I Zmin 为5mA ,最大稳定电流I Zmax 为40mA ;输入电压U i 为15V ,波动范围为±10%;限流电阻R 为200Ω。
[教学目的]1、了解直流电源的组成,理解半波、全波桥式整流电路的工作原理及电路参数2、理解滤波电路的原理,学会定量分析其性能,理解倍压整流电路原理3、掌握稳压电路的工作原理、主要指标限流电阻的计算,了解稳压电路中的保护措施4、掌握串联型稳压电路的组成、工作原理,估算输出电压的调节范围。
5、掌握集成稳压器W7800、W7900、W117的应用[教学重点和难点]1、稳压二极管稳压电路2、串联型稳压电路3、三端稳压器的应用[教学时数]8学时[教学内容]第一节直流电源的组成及各部分的作用第二节整流电路一、整流电路的分析方法及其基本参数二、单相桥式整流电路第三节滤波电路第四节稳压二极管稳压电路第五节串联型稳压电路一、串联型稳压电路的工作原理二、集成稳压器中的基准电压电路和保护电路三、集成稳压器电路四、三端稳压器的应用[电子教案]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电池是否可以转换成为6V的直流电压?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备中。
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。
图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参数一、工作原理图10.2.1单相半波整流电路tUsin22LRU2222U22U图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 U O(A V)输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值 2.负载电流的平均值3.脉动系数三、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I F 和最高反向工作电压U R 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流的电路,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D 1、D 3导通,在负载电阻上得到正弦波的正半周。
当负半周时,二极管D 2、D 4导通,在负载电阻上得到正弦波的负半周。
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 UO(A V) 和输出电流的平均值IO(A V)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)(d 2120o O(AV)t u U ω⎰ππ=2202O(AV)45.02)(td sin 21U U t U U ===⎰π2ππωωL 2L AV O AV O R U 45.0R U I ≈)()(=O(AV)O1m U U S =L2AV O AV D R U 45.0I I ≈)()(=2max R 2U U =2202L O 9.0π22d s i n 2π1V V t ωt ωV V V ====⎰π(a )桥式整流电路 (b )波形图图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L2L 2L 9.0π22R V R V I ==流过二极管的平均电流为L2L 2L D 45.0π22R V R V I I ===二极管所承受的最大反向电压2Rmax 2V V =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S 定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。
)4cos π1542cos π34π2(22O +--=t t V v ωω67.032π22 π32422===V V S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。
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I F 和最高反向工作电压U R 均应留10%的余地,以保证二极管安全工作。
问题:如何实现正、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。
u O1 为正; u O2为负问题:三相整流电路如何实现?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 1 D 2 D 3轮流导通,阳极电位高的D 先导通; D 4D 5D 6轮流导通,阴极电位低的D 先导通。
附1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 (a)所示,波形图如图 (b)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L2AV O AV D R U 45.02I I ≈)()(=2max R 2U U =图10.2.7 利用桥式整流电路实现正、负电源图10.2.8 三相整流电路2202L O 45.0π2)ω(d ωsin 2π1V V t t V V V ====⎰π流过负载和二极管的平均电流为L2L 2L D 45.0π2R V R V I I ===(a)电路图 (b)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2Rmax 2V V =附2.单相全波整流电路单相全波整流电路如图 (a)所示,波形图如图 (b)所示。
(a)电路图 (b)波形图图 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。
输出平均电压为2202L O 9.0π22d sin 2π1V V t ωt ωV V V ====⎰π流过负载的平均电流为 L2L 2L D 9.0π22R V R V I I === 二极管所承受的最大反向电压 2Rmax 22V V =单相全波整流电路的脉动系数S 与单相桥式整流电路相同。
67.032π22π32422===V V S 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 R L 并联或电感与负载R L 串联。
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C 对直流开路,对交流阻抗小,所以C 应该并联在负载两端。
电感器L 对直流阻抗小,对交流阻抗大,因此L 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所示,在负载电阻上并联了一个滤波电容C 。
图10.3.1 电容滤波电路3.滤波原理若v2处于正半周,二极管D1、D3导通,变压器次端电压v2给电容器C充电。
此时C 相当于并联在v2上,所以输出波形同v2,是正弦波。
当v2到达ωt=π/2时,开始下降。
先假设二极管关断,电容C就要以指数规律向负载RL 放电。
指数放电起始点的放电速率很大。
在刚过ωt=π/2时,正弦曲线下降的速率很慢。
所以刚过ωt=π/2时二极管仍然导通。
在超过ωt=π/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t2到t3时刻,二极管导电,C充电,V i=V o按正弦规律变化;t1到t2时刻二极管关断,V i=V o按指数曲线下降,放电时间常数为R L C。
电容滤波过程见图10.3.2。
图10.3.2电容滤波电路波形需要指出的是,当放电时间常数R L C增加时,t1点要右移,t2点要左移,二极管关断时间加长,导通角减小;反之,R L C减少时,导通角增加。
显然。
当RL很小,即I L很大时,电容滤波的效果不好,见图18.05滤波曲线中的2。
反之,当RL很大,即I L很小时,尽管C 较小, R L C仍很大,电容滤波的效果也很好,见滤波曲线中的3。
所以电容滤波适合输出电流较小的场合。
问题:有C无RL 即空载,此时V C =V O =?图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比较麻烦,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)41(2L 2O CR TV V -=另一种是在R L C =(3~5)2T的条件下,近似认为V O =1.2V 2。
5.外特性整流滤波电路中,输出直流电压V O 随负载电流I O 的变化关系曲线如图10.3.5所示。
图10.3.5电容滤波外特性曲线*使用条件:2)5~3(L d T C R ≥=τ10.3.3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L的电流不能突变的性质,把电感L与整流电路的负载RL 相串联,也可以起到滤波的作用。
桥式整流电感滤波电路如图10.3.8所示。