課題七電工電子

1、電工電子技術(shù)與技能溫風(fēng)燕 主編任務(wù)一 學(xué)習(xí)變壓器基本知識一、基本結(jié)構(gòu)二、工作原理任務(wù)二 認(rèn)識整流電路一、單相半波整流電路二、單相橋式整流電路課題七 直流穩(wěn)壓電源任務(wù)三 認(rèn)識濾波電路一、電容濾波二、電感濾波任務(wù)四 認(rèn)識穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路二、晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路三、三端集成穩(wěn)壓器圖7-1直流穩(wěn)壓電源框圖圖7-2三端可調(diào)穩(wěn)壓器的實際電路一、基本結(jié)構(gòu)圖7-3變壓器的鐵心變壓器主要由鐵心和繞在鐵心上的線圈(又稱繞組)兩部分組成。鐵心的構(gòu)造形式可分為心式和殼式兩種，其中心式鐵心呈“口”字形，線圈包著鐵心，如圖7-3a所示；殼式鐵心呈“日”字形，鐵心包著線圈，如圖7-3b所示。一、基本結(jié)構(gòu)圖

2、7-4變壓器的示意圖和符號圖7-4所示為變壓器的示意圖和符號。二、工作原理圖7-5變壓器的工作原理理想變壓器為忽略一、二次繞組的直流電阻和各種電磁能量損失的變壓器，如圖7-5所示。圖中一、二次繞組的匝數(shù)分別用N1和N2表示，一、二次繞組兩端的交流電壓分別用u1(有效值為U1)和u2(有效值為U2)表示。二、工作原理1.變電壓原理變壓器一、二次繞組的端電壓比等于它的匝數(shù)比。當(dāng)變壓器的一、二次繞組采用不同的匝數(shù)比時，就可達(dá)到升高或降低電壓的目的。 2.變電流原理變壓器工作時一、二次繞組中的電流跟繞組匝數(shù)成反比。 圖7-6阻抗變換原理3.變阻抗原理二、工作原理由于理想變壓器本身無功率損耗，所以一、二

3、次回路的功率相同，設(shè)變壓器二次阻抗為ZL，一次等效阻抗為ZL，依據(jù)圖7-6所示，可推出接在二次繞組側(cè)的負(fù)載阻抗通過變壓器接電源時，在變壓器一次側(cè)相當(dāng)于阻抗增加到k2倍(阻抗性質(zhì)不變)，這就是變壓器變換阻抗的原理。一、單相半波整流電路1.電路結(jié)構(gòu)與整流原理2.負(fù)載電壓和電流任務(wù)二 認(rèn)識整流電路1.電路結(jié)構(gòu)與整流原理(1)電路結(jié)構(gòu)該電路由整流二極管VD、負(fù)載電阻RL和電源變壓器T的二次繞組串聯(lián)組成，如圖7-9所示。其中電源變壓器將電網(wǎng)供給的交流電壓變換成符合整流電路所需要的交流電壓；二極管VD是整流器件，將交流電變成單向脈動電流；負(fù)載RL是耗能元件。圖7-9單向半波整流電路1.電路結(jié)構(gòu)與整流原理圖

4、7-10半波整流波形(2)整流原理該變壓器二次電壓為u2=U2sint，其波形如圖7-10a所示。在交流電壓u2的正半周，設(shè)變壓器二次電壓的極性為a正b負(fù)，此時二極管正偏導(dǎo)通，電流iV由電源變壓器a端通過二極管VD、負(fù)載RL回到變壓器二次側(cè)b端，其波形如圖7-10b所示。由于u2的正半周電流通過RL，忽略二極管正向壓降時，則負(fù)載RL上獲得的電壓為uo=u2，如圖7-10c所示。在u2的負(fù)半周，電源變壓器二次電壓極性變?yōu)閍負(fù)b正，二極管反偏截止，負(fù)載RL上電流、電壓均為零,u2成為二極管的反偏電壓，全部加在VD兩端，如圖7-10d所示。 負(fù)載得到的半波整流電壓雖然方向不變，但大小是隨時間不斷變化

5、的，一般用平均值表示其大小。數(shù)學(xué)理論證明，一個周期內(nèi)，半波整流電壓平均值是交流電壓峰值的1/倍，即2.負(fù)載電壓和電流式中,U2為交流電壓的有效值。在負(fù)載上的平均電流為在交流電壓的負(fù)半周，二極管所受的最高反向電壓為u2的峰值，即可見，正確選用二極管時，必須滿足：最大整流電流最高反向工作電壓二、單相橋式整流電路1.電路結(jié)構(gòu)與整流原理2.負(fù)載電壓和電流1.電路結(jié)構(gòu)與整流原理(1)電路結(jié)構(gòu)單相橋式整流電路由電源變壓器T、四只整流二極管VD1VD4和負(fù)載RL組成。其中四只整流二極管組成橋式電路的四條臂，變壓器二次繞組和接負(fù)載的輸出端分別接在橋式電路的兩條對角線頂點，如圖7-11所示，其中圖7-11a所示

6、為常用畫法，圖7-11b為變形畫法，圖7-11c為簡單畫法。圖7-11橋式整流電路1.電路結(jié)構(gòu)與整流原理圖7-12橋式整流電路整流原理(2)整流原理變壓器接入交流電源時，二次電壓u2=U2sint。在圖7-12a中可以看出單向脈動電流流向為aVD1cRLdVD3b，負(fù)載上電流方向從上到下，電壓極性為上正下負(fù)。從圖7-12b中可看出單向脈動電流流向為bVD2cRLdVD4a，負(fù)載上電流方向仍然是從上到下，電壓極性也仍為上正下負(fù)。1.電路結(jié)構(gòu)與整流原理圖7-13橋式整流電流波形在交流電壓u2的正負(fù)兩個半周內(nèi)，負(fù)載上都能獲得同方向的脈動電流和同極性的脈動電壓。負(fù)載電流io和負(fù)載電壓uo均為兩個半波的

7、合成。電源的兩個半波都能向負(fù)載供電，所以橋式整流屬于全波整流范疇，其電流波形如圖7-13所示。2.負(fù)載電壓和電流圖7-14截止二極管所受反向電壓在圖7-14所示橋式整流電路中，若VD1、VD3兩只二極管導(dǎo)通時，u2加到不導(dǎo)通的兩只二極管VD2、VD4兩端，這兩只二極管承受的最高反向電壓為變壓器二次電壓峰值，如圖7-13d 所示，即所以橋式整流電路中，二極管的選擇原則為最大整流電流最高反向工作電壓一、電容濾波1.電路組成及工作原理2.負(fù)載上電壓的計算3.元件參數(shù)4.電容濾波的特點任務(wù)三 認(rèn)識濾波電路常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等，如圖7-19所示。1.電路組成及工作原理圖7-20

8、半波整流電容濾波電路及輸出電壓波形圖7-20a為單相半波整流電容濾波電路，它由電容C和負(fù)載RL并聯(lián)組成。當(dāng)u2由零逐漸上升時，整流二極管VD正向偏置而導(dǎo)通，對電容C充電。u2達(dá)到峰值時，C兩端的電壓也充至U2m。隨著u2的下降，u2uC時，二極管截止，于是電容C就向負(fù)載RL放電，直到第二個周期開始，出現(xiàn)u2uC時，二極管VD又導(dǎo)通，重復(fù)上述過程。輸出電壓波形如圖7-20b所示。1.電路組成及工作原理圖7-21橋式整流電容濾波電路及輸出波形橋式整流電容濾波電路及輸出電壓波形如圖7-21所示。3.元件參數(shù)1)電容值按以下原則選取：C（35）T/2RL （橋式、全波）C（35）T/ RL （半波）

9、2)整流二極管參數(shù)如下：IVMIo（ 半波）IVM1/2 Io（ 橋式）URM （ 半波）URM （橋式）2.負(fù)載上電壓的計算222U22U4.電容濾波的特點電容濾波具有電路結(jié)構(gòu)簡單、輸出電壓高、脈動小等優(yōu)點，一般電容器的容量或RL的阻值越大時，濾波效果越好但只適用于負(fù)載電流較小的場合。濾波電容一般采用電解電容，使用時極性不能接錯。二、電感濾波圖7-22橋式整流電感濾波電路及輸出電壓波形電感線圈L和負(fù)載的串聯(lián)電路，同樣具有濾波作用，如圖7-22所示。一、穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓二極管2.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路任務(wù)四 認(rèn)識穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓二極管(1)工作特性及應(yīng)用穩(wěn)壓二極管是以特殊工藝制造的二

10、極管。穩(wěn)壓二極管的電路符號、應(yīng)用電路伏安特性如圖7 24所示，由圖可知，穩(wěn)壓二極管的正向特性與普通二極管相似，而反向特性比普通二極管更陡峭。穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)。從特性曲線可以看出，反向擊穿后特性曲線陡直，電流在很大范圍內(nèi)變化，但電壓卻基本不變，所以硅穩(wěn)壓二極管在反向擊穿狀態(tài)時具有穩(wěn)壓特性。當(dāng)外加反向電壓減小或撤消后，穩(wěn)壓二極管能恢復(fù)到擊穿前的狀態(tài)，所以它可以反復(fù)使用。圖7-24穩(wěn)壓二極管的電路符號、伏安特性曲線和應(yīng)用電路1.穩(wěn)壓二極管(2)主要參數(shù)1)穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)定電壓是指穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓。一般為一個范圍值，如2CW15型穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值為78.5V。2)穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)定電

11、流是指穩(wěn)壓二極管在穩(wěn)定電壓下的工作電流，其范圍為IZminIZmax。當(dāng)實際反向工作電流小于IZmin時，穩(wěn)壓二極管將失去穩(wěn)壓作用；當(dāng)實際工作電流大于IZmax時，穩(wěn)壓二極管將因熱擊穿而損壞。所以穩(wěn)壓二極管正常工作時，必須與限流電阻R串聯(lián)使用，以限制其電流在IZminIZmax范圍內(nèi)。3)耗散功率PZ耗散功率是指穩(wěn)壓管反向擊穿后所允許消耗功率的最大值，即PZ=UZIZmax。2.穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖7-24c所示為穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用電路。穩(wěn)壓二極管與負(fù)載RL并聯(lián)，R為限流電阻，輸出電壓Uo=UZ=Ui-RIR。此電路必須接在整流濾波電路之后，上端接高電位、下端接低電位。圖7-24c所示為穩(wěn)壓二極

12、管的應(yīng)用電路。穩(wěn)壓二極管與負(fù)載RL并聯(lián)，R為限流電阻，輸出電壓Uo=UZ=Ui-RIR。此電路必須接在整流濾波電路之后，上端接高電位、下端接低電位。相反地，Ui下降時的穩(wěn)壓過程如下：通過前面的分析可以看出，在硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓二極管VS負(fù)責(zé)控制電路的總電流，電阻R負(fù)責(zé)控制電路的輸出電壓，整個穩(wěn)壓過程由VS和R共同完成。二、晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路組成2.工作原理 3.輸出電壓的調(diào)節(jié)圖7-25具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路組成圖7-25所示為具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。圖7-26串聯(lián)型穩(wěn)壓電路框圖它由取樣電路、基準(zhǔn)電路、比較放大和調(diào)整電路等部分組成，如圖7-26所示。其中R

13、1、R2和RP組成取樣電路，稱為取樣電阻；R3和VT2組成基準(zhǔn)電路，R3是VS的限流電阻，VS給VT2發(fā)射極提供了一個基準(zhǔn)電壓；VT2為比較放大管，作用是將穩(wěn)壓電路輸出電壓的變化量先放大，然后再送到調(diào)整管基極；VT1是調(diào)整管，起調(diào)整作用。1.電路組成3.輸出電壓的調(diào)節(jié)2.工作原理 當(dāng)輸入電壓增加或負(fù)載電阻增大而使輸出電壓Uo增加時，取樣電壓UB2也隨之增加，由于穩(wěn)壓二極管的電壓不變，VT2的發(fā)射結(jié)電壓增加，它經(jīng)VT2比較放大后引起VT2集電極電流增大，因此電壓集電極電位降低，即VT1的基極電位降低，造成VT1的發(fā)射結(jié)電壓變小，基極電流減小，集電極電流減小，控制調(diào)整管起調(diào)整作用，使VT1集射極間

14、的電壓增大，從而使輸出電壓減小。上述穩(wěn)壓過程可以表示為同理，當(dāng)輸入電壓減小或負(fù)載電阻減小而使輸出電壓變小時，可通過類似過程，使調(diào)整管集射極間的電壓減小，從而使輸出電壓自動趨于穩(wěn)定。需要改變輸出電壓時，調(diào)節(jié)電位器RP即可。三、三端集成穩(wěn)壓器1.三端固定式集成穩(wěn)壓器2. 三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器3.三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路舉例1.三端固定式集成穩(wěn)壓器圖7-27三端集成穩(wěn)壓器外形及引腳功能三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及引腳功能如圖7-27所示1.三端固定式集成穩(wěn)壓器圖7-28三端固定式集成穩(wěn)壓器的電路符號電路符號如圖7-28所示1.三端固定式集成穩(wěn)壓器圖7-29三端固定式集成穩(wěn)壓器型號組成及其意義圖7-29所示

15、為三端固定式集成穩(wěn)壓器型號組成及其意義。2. 三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器圖7-30三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器外形及引腳功能三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器外形及引腳功能如圖7-30所示。2. 三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器圖7-31三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器型號組成及其意義圖7-31所示為三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器型號組成及其意義。3.三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路舉例(1)三端固定式集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電路如圖7-32所示。濾波后得到的直流電壓Ui接在穩(wěn)壓電路的輸入端和公共端之間，C1的作用是消除因輸入線路較長引起的自激振蕩，C2用于消除電路高頻噪聲。該電路可以輸出12V正電壓。如果需用負(fù)電源，可改用CW79系列穩(wěn)壓器，電路的其他結(jié)構(gòu)不變。圖7-32三端固定式集成穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓電路3.三端集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路舉例圖7-33三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路(2)三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器應(yīng)用