《电子技术》课程教案讲义（模拟电子技术）第9章 直流电源

第9章直流电源直流电源是电子设备的能源供给中心，已成为电子设备中不可缺少的组成部分。直流电源广泛地应用于工农业生产、国防军事、科学实验和日常生活中。直流电源是将频率为50Hz，有效值为220V的单相交流电转换为幅值稳定、输出电流一般为几十安以下的直流电。S9.1直流电源的组成一、直流电源的组成框图220V电源整流滤波稳压50Hz0变压器电路电路电路Q...OAm. .二、各部分功能1、电源变压器的作用是把220V电网电压变换成所需要的交流电压；2、整流电路的作用是利用二极管的单向导电性，将正弦交流电压变换成单方向的脉动电压；3、滤波电路是将整流后的波纹滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电：4、稳压电路的则是把输出的直流电压在电网电压或负载发生变化时保持稳定。S9.2整流电路整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电压转换成脉动直流电压。在小功率直流电源中，经常采用单相半波和单相桥式整流电路。其中单相桥式整流电路得到广泛应用。一、单相半波整流电路

第 9 章 直流电源 直流电源是电子设备的能源供给中心，已成为电子设备中不可缺少的组成部分。直 流电源广泛地应用于工农业生产、国防军事、科学实验和日常生活中。 直流电源是将频率为 50Hz，有效值为 220V 的单相交流电转换为幅值稳定、输出电流 一般为几十安以下的直流电。 §9.1 直流电源的组成 一、直流电源的组成框图 二、各部分功能 1、电源变压器的作用是把 220V 电网电压变换成所需要的交流电压； 2、整流电路的作用是利用二极管的单向导电性，将正弦交流电压变换成单方向的脉 动电压； 3、滤波电路是将整流后的波纹滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电； 4、稳压电路的则是把输出的直流电压在电网电压或负载发生变化时保持稳定。 §9.2 整流电路 整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电压转换成脉动直流电压。在小功率 直流电源中，经常采用单相半波和单相桥式整流电路。其中单相桥式整流电路得到广泛 应用。 一、单相半波整流电路

21.sin.o/2U2元3元otbio=1,/2UR01V2otu0otV2U(a)(b)这种电路只在交流电正半个周期内二极管才导通，电流才流过负载，故称为单相半波整流电路。主要参数：1、输出电压平均值--负载上的直流电压有效值Uo。由单相半波整流电路上负载的输出可知，输出电压uo为一分段函数。[2U,sinot0≤ot≤元uo0元≤0t≤2元直流电压有效值U。是输出电压瞬时值u.在一个周期内的平均值。即：1-27U.u,d(ot)2元2U,sinotd(ot)2元J0V2U元= 0.45U

这种电路只在交流电正半个周期内二极管才导通，电流才流过负载，故称为单相半 波整流电路。 主要参数： 1、输出电压平均值-负载上的直流电压有效值 Uo。 由单相半波整流电路上负载的输出可知，输出电压 uo为一分段函数。     0 2 sin 2 U t uO       2 0     t t 直流电压有效值 Uo是输出电压瞬时值 uo在一个周期内的平均值。即： 2 2 0 2 2 0 0.45 2 2 sin ( ) 2 1 ( ) 2 1 U U U td t U u d t o o              

如果采用半波整流，负载上所得的直流电压U。只有变压器副边电压有效值U的45%。2、二极管的选用u212U00uo2U,W04元012元3元TuDA00元3元元V2U12UUBmaIu(Av)0.45UID(Av) =2RL考虑到电网电压波动范围为+10%，二极管的极限参数应满足：, >1.1× 0.45U,R.[UR>1.1/2U,单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但输出电压低，交流分量大，因此效率低。该类型电路适用于整流电路输出电压较小，对脉动电压要求不高的场合。二、单相桥式整流电路1、电路组成及工作原理

如果采用半波整流，负载上所得的直流电压 Uo 只有变压器副边电压有效值 U2 的 45%。 2、二极管的选用 UR max  2U2 L L(AV) 2 D(AV) 0.45 2 R I U I   考虑到电网电压波动范围为±10％，二极管的极限参数应满足：         R 2 L 2 F 1.1 2 0.45 1.1 U U R U I 单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但输出电压低，交流分量大，因 此效率低。该类型电路适用于整流电路输出电压较小，对脉动电压要求不高的场合。 二、单相桥式整流电路 1、电路组成及工作原理

.xDI本本D3-RLuo1RLueD2ioD4ioC(a)(b)uiRL0(c)V2U03元：2元:4元01元Veu,iD,'D2ATR-001V2u,iD3.D4R.otJ2U6R,O0tuo2UCo1Upl0o1

2、主要参数负载上的输出电压平均值U。=0.9U负载上的直流电流平均值，=0.9R,=0.45/-流过二极管的平均电流I2R,3、二极管的选择二极管的最大整流电流为：0.45U,/0=1.1×9I, ≥1.1I,=1.1xR,2二极管的最大反向工作电压：U,≥1.1U RM =1.1× /2U,桥式整流虽然需要四只二极管，但其结构相对简单、易于集成、电源利用率高、脉动系数小的优点，因此，应用最为广泛。目前，已实现将桥式整流电路封装成一个硅桥式整流器，它具有4个接线端，两端接交流电源，两端接负载。思考题：形成短路开路这个半波没电流成

2、主要参数 负载上的输出电压平均值 2 Uo  0.9U 负载上的直流电流平均值 L O R U I 2  0.9 ； 流过二极管的平均电流 L D O R U I I 2 0.45 2 1   。 3、二极管的选择 二极管的最大整流电流为： L F D O R U I I I 45 2 0. 1.1 2 1 1.1 1.1   二极管的最大反向工作电压： 1 2 2 UR 1.1URM 1.  U 桥式整流虽然需要四只二极管，但其结构相对简单、易于集成、电源利用率高、脉 动系数小的优点，因此，应用最为广泛。 目前，已实现将桥式整流电路封装成一个硅桥式整流器，它具有 4 个接线端，两端 接交流电源，两端接负载。 思考题：

$9.3滤波电路整流电路的输出电压虽然方向单一，但含有较大的交流成分，脉动系数高，不满足电子电路及设备对电源的需要。因此，在整流后，需利用滤波电路将脉动的直流电变为比较平滑的直流电。直流电源中常采用电抗元件滤波。由于电容两端电压不能突变，和负载并联，电感上电流不能突变，和负载串联，即可实现滤波。、电容滤波电路DO+Ruolo1、滤波原理uo波形K2U0ot(a)放电C充电0otIr(b)in010(c)当U2为正半周时，二极管DI、Dz导通，D3、D4截止，通过D、Dz对电容进行充电

§9.3 滤波电路 整流电路的输出电压虽然方向单一，但含有较大的交流成分，脉动系数高，不满足 电子电路及设备对电源的需要。因此，在整流后，需利用滤波电路将脉动的直流电变为 比较平滑的直流电。 直流电源中常采用电抗元件滤波。由于电容两端电压不能突变，和负载并联，电感 上电流不能突变，和负载串联，即可实现滤波。 一、电容滤波电路 1、滤波原理 当 U2为正半周时，二极管 D1、D2导通，D3、D4截止，通过 D1、D2对电容进行充电

直到C充电结束，此时电容与负载两端的电压为√2u2：随后U2下降，电容电压U因为不能突变，故电容两端电压变化要慢于电源电压U2的变化，当uc≥uz时，所有二极管都截止，故电容通过负载电阻RL放电。负半周同理。电容滤波以后，输出直流电压提高了，同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数有关。uoR,C大R,C小Vot02元元C越大，R越大，越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。(3～5)=时，RU1.2U,ONAV2C的耐压值应大于1.1V2Uz。2、二极管的导通角uoot2元otF无滤波电容时0=元。有滤波电容时<元，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！

直到 C 充电结束，此时电容与负载两端的电压为 2 2u ；随后 U2下降，电容电压 Uc 因为 不 能 突 变 ， 故 电 容 两 端 电 压 变 化 要 慢 于 电 源 电 压 U2 的 变 化 ， 当 2 u u C  时，所有二极管都截止，故电容通过负载电阻 RL放电。 负半周同理。 电容滤波以后，输出直流电压提高了，同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输 出直流电压与放电时间常数有关。 C 越大， RL越大，τ越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。 当 L ～ 时， O(AV) 1.2 2。 2 (3 5) U U T R C   C的耐压值应大于1.1 2U2。 2、二极管的导通角 无滤波电容时θ＝π。 有滤波电容时θ < π，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！

0小到一定程度，难于选择二极管！[脉动c个[R 个→Tm T→UoAm→i,的峰值个3、主要元件的选择原则二极管的反向工作电流：1UI, ≥(2 ~3)2R,滤波电容的容量：1R,C≥(3~5)2滤波的效果一般与电容的充放电时间常数有关。通常选取电容值比较大，从几十微法至几千微法，故选用电解电容器。4、优缺点简单易行，Uo(Av高，C足够大时交流分量较小：不适于大电流负载。二、电感滤波电路YQ4LuoRLO(a)8L11R2ucr(b)

θ小到一定程度，难于选择二极管！                  的峰值 脉动 放电 D O(AV) L i U R C   3、主要元件的选择原则 二极管的反向工作电流： LO F R U I 2 1  (2 ~ 3) 滤波电容的容量： 2 (3 ~ 5)T RLC  滤波的效果一般与电容的充放电时间常数有关。通常选取电容值比较大，从几十微 法至几千微法，故选用电解电容器。 4、优缺点 简单易行，UO(AV)高，C 足够大时交流分量较小；不适于大电流负载。 二、电感滤波电路

三、元型滤波电路QOR+RLC2uo0四、各种滤波电路性能的比较类型电容滤波电感滤波LC滤波RC或LC元型滤波1.20.90.91.2UL(AV)/U,小大大小0适用场合小电流负载大电流负载适应性较强小电流负载练习题：220V50Hz已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值Uo(av~?正常工作：1.2.C开路：3.RL开路；4.D1和C同时开路：s9.4稳压电路虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是，由于电网电压的波动和负载的变化，均会影响到输出电压的平均值。这种电压的不稳定有时会产

三、 型滤波电路 四、各种滤波电路性能的比较 练习题： 已知变压器副边电压有效值为 10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值 UO(AV)≈？ 1. 正常工作； 2. C 开路； 3. RL 开路； 4. D1 和 C 同时开路； §9.4 稳压电路 虽然整流滤波电路能将正弦交流电压变换成较为平滑的直流电压，但是，由于电网 电压的波动和负载的变化，均会影响到输出电压的平均值。这种电压的不稳定有时会产

生测量和计算误差，引起检测仪表和控制装置的工作不稳定，甚至无法正常工作。因此，设计性能稳定的稳压电路十分必要。一、稳压二极管稳压电路1、电路构成O+V+RILAU?UDz本RUIUo44Ia1)Y(a)(b)U是整流滤波后的输出电压，R是限流电阻，Dz是稳压二极管。2、稳压原理（1）输入电压U保持不变，当负载电阻RL减小，L增大时，由于电流在电阻R上的压降升高，输出电压Uo将下降。由于稳压管并联在输出端，由伏安特性可看出，当稳压管两端的电压略有下降时，电流Iz将急剧减小，而IR=lL+Iz，所以IR基本维持不变，R上的压降也就维持不变，从而保证输出电压Uo基本不变，即RL↓→ht-IRt-Uo+-Iz+-lR+=+lz→Uot(2）负载电阻RL不变，当电网电压升高时，将使U增加，随之输出电压Uo也增大，由稳压管伏安特性可见，Iz将急剧增加，则电阻R上的压降增大，Uo=Ui-UR，从而使输出电压基本保持不变，即Ut-Uot-Izt-IRt-URt→Uo!综上所述，稳压管作为电流调节器件和限流电阻R相互配合，以保证输出电压基本保持不变。3、稳压管稳压电路的设计

生测量和计算误差，引起检测仪表和控制装置的工作不稳定，甚至无法正常工作。因此， 设计性能稳定的稳压电路十分必要。 一、稳压二极管稳压电路 1、电路构成 UI是整流滤波后的输出电压，R 是限流电阻，DZ是稳压二极管。 2、稳压原理 (1) 输入电压 UI保持不变，当负载电阻 RL减小，IL增大时，由于电流在电阻 R 上的 压降升高，输出电压 UO将下降。由于稳压管并联在输出端，由伏安特性可看出，当稳压 管两端的电压略有下降时，电流 Iz 将急剧减小，而 IR=IL+Iz，所以 IR基本维持不变，R 上 的压降也就维持不变，从而保证输出电压 UO基本不变，即 RL↓→IL↑→IR↑→UO↓→Iz↓→IR↓=IL+Iz UO↑ (2) 负载电阻 RL不变，当电网电压升高时，将使 UI增加，随之输出电压 UO 也增大， 由稳压管伏安特性可见，Iz 将急剧增加，则电阻 R 上的压降增大，UO=UI-UR，从而使输 出电压基本保持不变，即 UI↑→UO↑→Iz↑→IR↑→UR↑ UO↓ 综上所述，稳压管作为电流调节器件和限流电阻 R 相互配合，以保证输出电压基本 保持不变。 3、稳压管稳压电路的设计