电工电子技术基础
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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


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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


4021459

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


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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。


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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。


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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


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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


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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):


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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:


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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。


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+

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


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-

T

D4

RL

u1

u2

D1

D3

D2

+

u2负半周时电流通路

u0

桥式整流电路


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+

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!


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(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:


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+

+

+

+

★ 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。


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u2

t

2

3

0

4

uL

uD1

uD2

★全波整流电压波形


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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


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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。


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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


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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。


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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


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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。


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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


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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。


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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。


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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:


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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。


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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


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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:


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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


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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。


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(2)确立稳压管参数。一般取


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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。


4021459

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


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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 。


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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!


4021459

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


4021459

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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