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最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S。
单相桥式整流电路的负载特性曲线
●单相半波整流电路
(a)电路图(b)波形图
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
流过负载和二极管的平均电流为
二极管所承受的最大反向电压
●单相全波整流电路
(a)电路图(b)波形图
流过负载的平均电流为
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。
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,在同样的功率容量条件下,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。
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。
1.2滤波电路
●
电容滤波电路
滤波原理
若电路处于正半周,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,是正弦形。
当v2到达90°
时,v2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90°
时,正弦曲线下降的速率很慢。
所以刚过90°
时二极管仍然导通。
在超过90°
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t1到t2时刻,二极管导电,C充电,vC=vL按正弦规律变化;
t2到t3时刻二极管关断,vC=vL按指数曲线下降,放电时间常数为RLC。
电容滤波的计算
另一种是在RLC=(35)T/2的条件下,近似认为VL=VO=1.2V2。
(或者,电容滤波要获得较好的效果,工程上也通常应满足RLC≥6~10。
)
整流滤波电路中,输出直流电压VL随负载电流IO的变化关系曲线如图所示。
纯电阻和电容滤波电路的输出特性
●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。
当v2正半周时,D1、D3导电,电感中的电流将滞后v2。
当负半周时,
电感中的电流将经由D2、D4提供。
因桥式电路的对称性,和电感中电流的
连续性,四个二极管D1、D3;
D2、D4的导通角都是180°
。
第二节直流稳压电路
2.1概述
●引起输出电压不稳定的原因
引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化。
负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降,从而使输入电压发生变化。
●稳压电路的技术指标
用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。
VI和IO引起的VO可用下式表示
1)稳压系数Sr
有时稳压系数也用下式定义
2)电压调整率SV(一般特指ΔVi/Vi=±
10%时的Sr)
3)输出电阻Ro
4)电流调整率SI
当输出电流从零变化到最大额定值时,输出电压的相对变化值。
5)纹波抑制比Srip输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。
(6)输出电压的温度系数ST
如果考虑温度对输出电压的影响,则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数
2.2硅稳压二极管稳压电路
利用稳压二极管的反向击穿特性稳压。
●输入电压变化时稳压过程
根据电路图可知
输入电压VI的增加,必然引起VO的增加,即VZ增加,从而使IZ增加,IR增加,使VR增加,从而使输出电压VO减小。
这一稳压过程可概括如下:
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
这里VO减小应理解为,由于输入电压VI的增加,在稳压二极管的调节下,使VO的增加没有那么大而已。
VO还是要增加一点的,这是一个有差调节系统。
●负载电流变化时稳压过程
负载电流IL的增加,必然引起IR的增加,即VR增加,从而使VZ=VO减小,IZ减小。
IZ的减小必然使IR减小,VR减小,从而使输出电压VO增加。
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓(VO↓)→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
2.3线性串联型稳压电路
●工作原理
1)线性串联型稳压电源的构成
线性串联稳压电源的工作原理可用图说明。
VO=VI-VR,当VI增加时,R受控制而增加,使VR增加,从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。
若负载电流IL增加,R受控制而减小,使VR减小,从而在一定程度上抵消了因IL增加,使VI减小,对输出电压减小的影响。
在实际电路中,可变电阻R是用一个三极管来替代的,控制基极电位,从而就控制了三极管的管压降VCE,VCE相当于VR。
要想输出电压稳定,必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。
由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。
2)线性串联型稳压电源的工作原理
(1)输入电压变化,负载电流保持不变
输入电压VI的增加,必然会使输出电压VO有所增加,输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较,获得误差信号ΔV。
误差信号经放大后,用VO1去控制调整管的管压降VCE增加,从而抵消输入电压增加的影响。
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
(2)负载电流变化,输入电压保持不变
负载电流IL的增加,必然会使输入电压VI有所减小,输出电压VO必然有所下降,经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较,获得的误差信号使VO1增加,从而使调整管的管压降VCE下降,从而抵消因IL增加,使输入电压减小的影响。
IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
(3)输出电压调节范围的计算
根据图可知Vf≈VREF
调节R2显然可以改变输出电压。
●稳压电路的保护环节
1)截流型
当发生短路时,通过保护电路使调整管截止,从而限制了短路电流,使之接近为零。
2)限流型
是当发生短路时,通过电路中取样电阻的反馈作用,输出电流得以限制。
2.4三端集成稳压器
●概述
集成稳压器只有三个:
输入端、输出端和公共端,称为三端集成稳压器。
电路符号三端集成稳压器外形
●线性三端集成稳压器的分类
(1)三端固定正输出集成稳压器,国标型号为CW78--/CW78M--/CW78L--
(2)三端固定负输出集成稳压器,国标型号为CW79--/CW79M--/CW79L--
(3)三端可调正输出集成稳压器,国标型号为CW117--/CW117M--/CW117L--
CW217--/CW217M--/CW217L--
CW317--/CW317M--/CW317L--
(4)三端可调负输出集成稳压器,国标型号为CW137--/CW137M--/CW137L-
CW237--/CW237M--CW237L--
CW337--/CW337M--/CW337L--
(5)三端低压差集成稳压器
(6)大电流三端集成稳压器
以上1---为军品级;
2---为工业品级;
3---为民品级。
军品级为金属外壳或陶瓷封装,工作温度范围-55℃~150℃;
工业品级为金属外壳或陶瓷封装,工作温度范围-25℃~150℃;
民品级多为塑料封装,工作温度范围0℃~125℃。
●应用电路
可调输出三端集成稳压器的内部,在输出端和公共端之间是1.25V的参考源,因此输出电压可通过电位器调节。
●利用三端集成稳压器组成恒流源
三端集成稳压器可做恒流源使用,电路见图
(b)大电流恒流源
(a)小电流恒流源
2.5开关型稳压电源
开关型稳压电源效率可达90%以上,造价低,体积小。
现在开关型稳压电源已经比较成熟,广泛应用于各种电子电路之中。
开关型稳压电源的缺点是纹波较大,用于小信号放大电路时,还应采用第二级稳压措施。
由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。
三角波发生器通过比较器产生一个方波vB,去控制调整管的通断。
调整管导通时,向电感充电。
当调整管截止时,必须给电感中的电流提供一个泄放通路。
续流二极管D即可起到这个作用,有利于保护调整管。
为了稳定输出电压,应按电压负反馈方式引入反馈,以确定基准源和比较放大器的连线。
设输出电压增加,FVO增加,比较放大器的输出Vf减小,比较器方波输出的toff增加,调整管导通时间减小,输出电压下降。
起到了稳压作用。
根据电路图的接线,当三角波的幅度小于比较放大器的输出时,比较器输出高电平,对应调整管的导通时间为ton;
反之输出为低电平,对应调整管的截止时间toff。
输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分,对方波而言,相当方波存在的部分。
输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分,对方波而言,相当方波不存在的部分。
各点波形见图。
由于调整管发射极输出为方波,有滤波电感的存在,使输出电流iL为锯齿波,趋于平滑。
输出则为带纹波的直流电压。
忽略电感的直流电阻,输出电压VO即为vE的平均分量。
于是有:
在输入电压一定时,输出电压与占空比成正比。
方波高电平的时间占整个周期的百分比称为占空比。
可以通过改变比较器输出方波的宽度(占空比)来控制输出电压值。
这种控制方式称为脉冲宽度调制(PWM)。
结论:
1)调整管工作在开关状态,功耗大大降低,电源效率大为提高;
2)调整管在开关状态下工作,为得到直流输出,必须在输出端加滤波器;
3)可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值;
4)在许多场合可以省去电源变压器;
5)由于开关频率较高,滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。
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