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电工电子技术基础

电工电子技术基础. 第 9 章 集成运算放大器. 武汉职业技术学院机械工程系. 目 录. 目 录. 1.1 电路和电路模型. 9.1 直流稳压电源的组成 9.2 整流电路 9.3 滤波电路 9.4 稳压电路. 1.2 电路基本物理量. 1.3 电阻元件、电感元件和电容元件. 1.4 电压源、电流源及其等效变换. 1.5 基尔霍夫定律. 1.6 复杂电路的分析和计算. 整 流 电 路. 滤 波 电 路. 稳 压 电 路. u 1. u 2. u 3. u 4. u o.

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Presentation Transcript

  1. 电工电子技术基础 第9章 集成运算放大器 武汉职业技术学院机械工程系

  2. 目 录 目 录 1.1 电路和电路模型 9.1 直流稳压电源的组成 9.2 整流电路 9.3 滤波电路 9.4 稳压电路 1.2 电路基本物理量 1.3 电阻元件、电感元件和电容元件 1.4 电压源、电流源及其等效变换 1.5 基尔霍夫定律 1.6 复杂电路的分析和计算

  3. 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 u1 u2 u3 u4 uo 9.1 直流稳压电源的组成 稳 压 电 路 整 流 电 路 滤 波 电 路 • 电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。 • 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。 • 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。 • 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压u0的稳定。

  4. 9.2 整流电路 整流电路是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。 为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

  5. 9.2.1 单相半波整流电路 D T a i0 u1 ui u2 RL u0 b uo 导通 u2>0: 忽略二极管正向压降：u0=u2 i0=u0 /RL

  6. i0 D T a u1 ui u2 RL u0 b uo 截止 u2<0时，二极管截止,输出电流为0。 u0=0 i0=0

  7. uo D T a i0 u1 u2 RL u0 b 输出电压波形与大小 输出电压波形： 输出电压平均值（U0）：

  8. uD D T a t  2 0 u1 u2 RL u0 UDRM b 二极管上的平均电流： ID=I0 二极管上承受的最高电压：

  9. 例有一单相半波整流电路接到电压为220Ｖ的正弦工频交流电源上，已知负载电阻ＲＬ＝750Ω,变压器二次侧电压有效值U2=20V,试求Uo、Io及UDRM并选择二极管.例有一单相半波整流电路接到电压为220Ｖ的正弦工频交流电源上，已知负载电阻ＲＬ＝750Ω,变压器二次侧电压有效值U2=20V,试求Uo、Io及UDRM并选择二极管. 解： 查附录B，二极管选取用2AP4（16mA，50V）。为了使用安全，二极管的反向工作峰值电压要选比UDRM大一倍左右。

  10. + T D4 RL u1 u2 D1 u0 D3 D2 - 9.2.2单相桥式整流电路 u2正半周时电流通路 桥式整流电路

  11. - T D4 RL u1 u2 D1 D3 D2 + u2负半周时电流通路 u0 桥式整流电路

  12. + D4 RL D1 u2 u0 D3 D2 - u2 uD4,uD2 uD3,uD1 uo 桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 u2>0 时 u2<0 时 D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: 由+经D1 RLD3- D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: 由-经D2 RLD4+ 输出是脉动的直流电压！

  13. (io ) uo 负载电压 U0的平均值: 负载上的(平均)电流: 每个二极管只有半周导通。流过每只整流二极管的平均电流 ID是负载平均电流的一半。 二极管截止时两端承受的最大反向电压：

  14. + + – – + + – – ★ 单向全波整流电路 变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2 当u2正半周时， D1导通，D2截止。 当u2负半周时， D2导通，D1截止。

  15. u2 t  2 3 0 4 uL uD1 uD2 ★全波整流电压波形

  16. IL uL t  0 2 （1）输出电压平均值UL： （2）输出电流平均值IL ： IL= UL /RL =0.9 U2/ RL

  17. 9.3 滤波电路 滤波原理: 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

  18. a D4 u1 u1 S u2 D1 u0 D3 C RL D2 b u0 u2 t1 设t1时刻接通电源 t t 没有电容时的输出波形 1. 电容滤波 RL未接入时 忽略整流电路内阻 充电结束

  19. a D4 u1 u1 S u2 D1 D3 C RL u0 D2 b u2 uo t t RL接入（且RLC较大）时 电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。

  20. RLC 较大 u2 t 一般取： (T:电源电压的周期) 电容滤波电路的特点： uc= uL (a) UL与RLC的关系： RLC 愈大 C放电愈慢  UL(平均值)愈大 近似估算: UL=1.2U2 (b) 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短  iD的峰值电流越大

  21. uo 1.4U2 电容滤波 0.9U2 纯电阻负载 IL 0 (c) 输出特性(外特性) 输出波形随负载电阻 RL 或 C的变化而改变, Uo和 S 也随之改变。 如: RL 愈小( IL越大), Uo下降多, S 增大。 结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。

  22. 电感滤波电路 电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L。 直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上 谐波分量:f越高，XL 越大,电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 输出电压平均值: UL=0.9U2

  23. L u1 u2 uo RL 电感滤波的特点 整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。

  24. LC滤波电路 RCπ型滤波电路 ★ 其它滤波电路 为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。

  25. 滤波 稳压 整流 交流 电压 脉动 直流电压 有波纹的 直流电压 直流 电压 9.4 稳压电路 稳压电路的作用:

  26. I R U z + + + + I I L Z U U Dz R o i L - - + + 9.4.1 稳压二极管稳压电路的工作原理 稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。

  27. Ui Uo I R U z + + + + I I L Z U U IZ I UR Uo UZ Dz R o i L - - + + (1) 当输入电压变化时

  28. Uo UR IZ I I R U z + + + + I I L Z U U Uo Dz R o i L - - + + (2)当负载电压变化时 稳压过程：

  29. 9.4.2 稳压电路参数确定 （1）限流电阻的计算。稳压电路要输出稳定电压，必须保证稳压管正常工作。因此必须根据电网电压和负载电阻RL的变化范围,正确地选择限流电阻R的大小。从两个极限情况考虑，则有 ①当Ui为最小值，Io达到最大值时，即 Ui=Uimin，Io=Iomax,这时IR=(Uimin-UZ)/R。 则IZ=IR-Iomax为最小值。为了让稳压管进入稳压区，此时IZ值应大于IZmin， 即IZ=(Uimin-UZ)/R-Iomax＞IZmin,则

  30. ②当Ui达最大值，Io达最小值时，Ui=Uimax， Io=Iomin,这时IR=(Uimax-UZ)/R，则IZ=IR-Iomin为最大值。为了保证稳压管安全工作，此时IZ值应小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-Iomin＜IZmax，则 所以限流电阻R的取值范围为 在此范围内选一个电阻标准系列中的规格电阻。

  31. （2）确立稳压管参数。一般取

  32. 三端集成稳压器 简介 随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。 本节主要介绍常用的W7800系列W7900系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。 该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。

  33. 3 3 2 2 1 1 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端 1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端 W7800系列稳压器 W7900系列稳压器

  34. 分类: 型号后XX两位数字 代表输出电压值 W78系列(输出正电压) W79系列(输出负电压) 输出电压额定电压值有: 5V、9V、12V 、18V、 24V等 。

  35. 1 3 W78XX + _ + _ 2 UI CI Co Uo 0.1~1F 1µF W7800系列稳压器 基本接线图 应用电路 一、输出为固定电压的电路 输出为固定正压时的接法如图所示。 注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！

  36. 3 1 + _ + _ W78XX UO 2 CI CO UI 1 CI CO W79XX UO 2 3 正负电压同时输出电路 二 、输出正负电压的电路

  37. 1 3 W78XX + _ + _ 2 UXX R UI CI CO UO DZ UZ 三、提高输出电压的电路 UXX : 为W78XX固定输出电压 UO = UXX + UZ

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