教案项目6 直流稳压电源电路.docx

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教案项目6直流稳压电源电路

《电子技术基础与技能》

任务1《整流滤波电路》

授课班级

课时

4

上课地点

教学目标

能力（技能）目标

知识目标

1、能分析桥式整流电路的工作过程；

2、能测试桥式整流电路的波形。

1、掌握直流电源的组成；

2、掌握单相半波、全波整流电路的组成和工作原理；

3、掌握整流电路的主要参数；

4、了解电容和电感滤波电路的组成和工作原理。

教学重点

1、直流电源的组成；

2、单相半波、全波整流电路的组成和工作原理；

3、整流电路的主要参数；

4、电容和电感滤波电路的组成和工作原理。

教学难点

1、整流电路的主要参数的计算；

2、电容和电感滤波电路的组成和工作原理。

教学步骤

教学内容

任务导入

当今社会人们极大的享受着电子设备带来的便利，但是任何电子设备都有一个共同的电路--电源电路。

大到超级计算机、小到袖珍计算器，所有的电子设备都必须在电源电路的支持下才能正常工作。

当然这些电源电路的样式、复杂程度千差万别。

超级计算机的电源电路本身就是一套复杂的电源系统。

通过这套电源系统，超级计算机各部分都能够得到持续稳定、符合各种复杂规范的电源供应。

袖珍计算器则是简单多的电池电源电路。

不过你可不要小看了这个电池电源电路，比较新型的电路完全具备电池能量提醒、掉电保护等高级功能。

可以说电源电路是一切电子设备的基础，没有电源电路就不会有如此种类繁多的电子设备。

由于电子技术的特性，电子设备对电源电路的要求就是能够提供持续稳定、满足负载要求的电能，而且通常情况下都要求提供稳定的直流电能。

提供这种稳定的直流电能的电源就是直流稳压电源。

直流稳压电源在电源技术中占有十分重要的地位。

任务讲解

一、直流电源的组成

对直流电源的主要要求：

能够输出不同电路所需要的电压和电流；直流输出电压平滑，脉动成分小；输出电压的幅值稳定；交流电变换成直流电时的转换效率高。

直流电源一般包括四个组成部分，即电源变压器、整流电路、滤波器和稳压电路。

二.单相半波整流电路

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

三、单相全波整流电路

波整流电路的输出电压与桥式整流电路的输出相同。

输出平均电压为

流过负载的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

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。

四、单相桥式整流电路

在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

单相桥式整流电路的波形图见图3（b）。

输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。

输出平均电压为

流过负载的平均电流为

流过二极管的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

五、电容滤波电路

滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。

经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

六、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。

电感滤波电路的特点

（1）电感滤波电路适用于大电流负载。

（2）电感滤波电路的外特性比较硬。

（3）由于电感有延长整流管导电管电角的趋势，因此电流的波形比较平滑，避免了在整流管中产生较大的冲击电流。

名称

VO（空载）

VO（带载）

二极管反向最大电压

每管平均电流

半波整流

IO

全波整流、电容滤波

1.2V2*

0.5IO

桥式整流、电容滤波

1.2V2*

0.5IO

桥式整流、电感滤波

0.9V2

0.5IO

任务训练

训练1：

某电子装置要求电压值为15V的直流电源，已知负载电阻RL等于100Ω，试问：

①如果选用单相桥式整流电路，则变压器二次电压U2应为多大？

整流二极管的正向平均电流ID（AV）和最大反向峰值电压URM等于多少？

输出电压的脉动系数S等于多少？

②如果改用单相半波整流电路，则U2、ID（AV）、URM和S各等于多少？

解：

①

②

任务总结

掌握的知识：

1、掌握直流电源的组成；

2、掌握单相半波、全波整流电路的组成和工作原理；

3、掌握整流电路的主要参数；

4、了解电容和电感滤波电路的组成和工作原理。

具备的能力：

1、能分析桥式整流电路的工作过程；

2、能测试桥式整流电路的波形。

作业布置

任务2《直流稳压电源电路》

授课班级

课时

4

上课地点

教学目标

能力（技能）目标

知识目标

1、能测试串联型直流稳压电路。

1、了解硅稳压管稳压电路的组成和工作原理；

2、了解串联型直流稳压电路结构；

3、掌握型稳压电路的特点和分类；

4、了解开关型稳压电路的组成和工作原理。

教学重点

1、硅稳压管稳压电路的组成和工作原理；

2、串联型直流稳压电路结构；

3、型稳压电路的特点和分类；

4、开关型稳压电路的组成和工作原理。

教学难点

1、硅稳压管稳压电路的组成和工作原理；

2、开关型稳压电路的组成和工作原理。

教学步骤

教学内容

任务导入

为解决线性型稳压电源功耗较大的缺点，研制了开关型稳压电源。

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。

任务讲解

一、硅稳压管稳压电路的组成和工作原理

硅稳压二极管稳压电路是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，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。

稳压电阻的作用是将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时也是限流电阻。

显然，电阻的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。

但电阻的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。

稳压电阻的计算如下。

稳压二极管在使用时，一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！

二、串联型直流稳压电路

稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。

线性串联型稳压电源工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。

目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。

线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。

三、开关型稳压电路的特点和分类

1.开关型稳压电路的特点

★效率高

★体积小重量轻

★对电网电压的要求不高

★调整管的控制电路比较复杂

★输出电压中纹波和噪声成分较大

2.开关型稳压电路的分类

开关型稳压电路的类型很多。

可以按不同的方法来分类。

按控制的方式分类，有脉冲宽度调制型（PWM）、脉冲频率调制型（PFM）和混合调制型。

按是否使用工频变压器来分类，有低压开关稳压电路，高压开关稳压电路（不用工频变压器）。

按激励的方式分类，有自激式和他激式。

按所用开关调整管的种类分，有双极型三极管、MOS场效应管和晶闸管开关电路等。

四、开关型稳压电路的组成和工作原理

当输出电压发生变化时，采样电路将输出电压变化量的一部分送到比较放大电路，与基准电压进行比较并将二者的差值放大后送至脉冲调制电路，使脉冲波形的占空比发生变化。

此脉冲信号作为开关管的输入信号，使调整管导通和截止时间的比例也发生变化，从而使滤波后输出电压的平均值基本保持不变。

任务训练

训练：

图示硅稳压管稳压电路中，设稳压管的UZ=6V,IZmax=40mA，IZmin=5mA，UImax=15V，UImin=12V;RLmax=600Ω，RLmin=300Ω。

给定当IZ由IZmax变到IZmin，UZ的变化量为0.35V。

（1）试选择限流电阻R；

（2）估算在上述条件下的输出电阻和稳压系数。

解：

（1）

可取R=200Ω。

电阻上消耗的功率为：

可选200Ω，1W的碳膜电阻。

（2）

估算稳压系数是，取UI=0.5（15+12）V=13.5V,则

任务总结

掌握的知识：

1、了解硅稳压管稳压电路的组成和工作原理；

2、了解串联型直流稳压电路结构；

3、掌握型稳压电路的特点和分类；

4、了解开关型稳压电路的组成和工作原理。

具备的能力：

1、能测试串联型直流稳压电路。

作业布置

在串联型直流稳压电路中，要求输出电压UO=（10~15）V，负载电流IL=（0~100）mA。

已选定基准电压的稳压管的稳定电压UZ=7V，最小电流IZmin=5mA，最大电流IZmax=33mA。

①假设采样电阻总的阻值选定为2kΩ左右，则R1、R2和R3三个电阻分别为多大？

②估算电源变压器二次电压的有效值U2；

③估算基准稳压管的限流电阻R的阻值；

④估算稳压电路中的调整管的极限参数。

任务3《三端集成稳压器电路》

授课班级

课时

2

上课地点

教学目标

能力（技能）目标

知识目标

1、能认识三端集成稳压器；

2、能使用三端集成稳压器搭建电路。

1、掌握三端集成稳压器的组成；

2、了解三端集成稳压器的参数分类。

教学重点

1、三端集成稳压器的组成；

2、三端集成稳压器的参数分类。

教学难点

三端集成稳压器的组成。

教学步骤

教学内容

任务导入

集成稳压器又叫集成稳压电路，将不稳定的直流电压转换成稳定的直流电压的集成电路，用分立元件组成的稳压电源，固有输出功率大，适应性较广的优点，但因体积大焊点多可靠性差而使其应用范围受到限制，近年来，集成稳压电源已得到广泛应用，其中小功率的稳压电源以三端式串联型稳压器应用最为普遍。

任务讲解

一、三端集成稳压器的组成

1.调整管

在W7800系列三端集成稳压电路中，调整管为由两个三极管组成的复合管。

这种结构要求放大电路用较小的电流即可驱动调整管发射极回路中较大的输出电流，而且提高了调整管的输入电阻。

2.放大电路

在W7800系列三端集成稳压电路中，放大管也是复合管，电路组态为共射接法，并采用有源负载，可以获得较高的电压放大倍数。

3.基准电源

在W7800系列三端集成稳压电路中，采用一种能带间隙式基准源，这种基准源具有低噪声、低温漂的特点，在单片式大电流集成稳压器中被广泛采用。

4.采样电路

在W7800系列三端集成稳压电路中，采样电路由两个分压电阻组成，它对输出电压进行采样，并送到放大电路的输入端。

5.启动电路

启动电路的作用是在刚接通直流输入电压时，使调整管、放大电路和基准电源等部分建立起各自的工作电流。

当稳压电路正常工作后，启动电路被断开，以免影响稳压电路的性能。

6.保护电路

在W7800系列三端集成稳压电路中，芯片内部集成了三种保护电路，它们是限流保护电路、过热保护电路和过压保护电路。

二、三端集成稳压器的参数分类

1、主要参数：

输入电压、输出电压、电压调整率、电流调整率、最小压差、输出噪声、输出电阻、峰值电流、输出温漂等。

2、种类

三端集成稳压器有如下几种：

三端固定正输出集成稳压器

（1）.三端固定负输出集成稳压器

（2）.三端可调正输出集成稳压器

（3）.三端可调负输出集成稳压器

（4）.三端低压差集成稳压器

（5）.大电流三端集成稳压器

任务训练

搭建如下电路，试分析各元件作用：

任务总结

通过本任务的学习要

掌握的知识：

1、掌握三端集成稳压器的组成；

2、了解三端集成稳压器的参数分类。

具备的能力：

1、能认识三端集成稳压器；

2、能使用三端集成稳压器搭建电路。

作业布置

用三端集成稳压器搭建电路一0~12V连续可调的电路。