模拟电子技术教案第18周.docx
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模拟电子技术教案第18周
广东省技工学校文化理论课教案(首页)
共4页
科目
模拟电子技术
课题
直流稳压电路
(二)
授课日期
第18周
第1次
课时
2
班级
制冷高101
授课方式
讲授、板书、任务驱动法、实验相结合
作业
题数
无
拟用
时间
/
教学目的
掌握电容滤波的原理、输出电压平均值的计算方法、RLC大小对滤波性能的影响;了解电容滤波的脉动系数及整流二极管导通角
选用教具挂图
无
重点
了解二倍压和多倍压原理
难点
了解电感滤波、LC滤波、LCπ型滤波及RCπ型滤波的特点
教学回顾
学生掌握了滤波电路的特点,效果不错。
说明
第18周第1次
审阅签名:
陈瑛
【复习回顾】
通过上次课的学习,我们学习了直流稳压电路
(一)。
【引入新课】
我们今天学习直流稳压电路
(二),这就是本课的教学目标。
【新课内容】
整流电路的输出电压脉动大,含有较大的谐波成分,不能适应大多数电路线性及设备的需要。
因此,整流后,还需利用滤波电路将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。
直流电源中滤波电路的显著特点是:
均采用无源电路;理想情况下,在滤波后只保留直流成分,而滤去所有交流成分;能够输入较大电流
电容滤波电路
如下图所示为电容滤波电路,滤波电容容量大,因此一般采用电解电容,在接线时要注意电解电容的正、负极。
电容滤波电路利用电容的充、放电作用,使输出电压趋于平滑。
一、滤波原理
★当u2为正半周并且数值大于电容两端电压uC时,二极管D1和D3管导通,D2和D4管截止,电流一路流经负载电阻RL,另一路对电容C充电。
当uC>u2,导致D1和D3管反向偏置而截止,电容通过负载电阻RL放电,uC按指数规律缓慢下降。
★当u2为负半周幅值变化到恰好大于uC时,D2和D4因加正向电压变为导通状态,u2再次对C充电,uC上升到u2的峰值后又开始下降;下降到一定数值时D2和D4变为截止,C对RL放电,uC按指数规律下降;放电到一定数值时D1和D3变为导通,重复上述过程。
RL、C对充放电的影响
电容充电时间常数为rDC,因为二极管的rD很小,所以充电时间常数小,充电速度快;
RLC为放电时间常数,因为RL较大,放电时间常数远大于充电时间常数,因此,滤波效果取决于放电时间常数。
电容C愈大,负载电阻RL愈大,滤波后输出电压愈平滑,并且其平均值愈大,如右上图所示。
二、输出电压平均值
经分析推导得,
★当负载开路,即
时,
;
★当RLC=(3~5)T/2时,可取得较好的滤波效果,
。
考虑电网电压波动范围为±10%,电容的耐压值应大于
整流二极管的导通角
★在未加滤波电容之前,整流电路中的二极管导通角θ为π。
★加滤波电容后,只有当电容充电时,二极管才导通,因此,每只二极管的导通角均小于π。
RLC的值愈大,滤波效果愈好,导通角θ将愈小。
由于电容滤波后输出平均电流增大,而二极管的导通角反而减小,所以整流二极管在短暂的时间内将流过一个很大的冲击电流为电容充电,如右图所示,这对二极管的寿命很不利,所以必须选用较大容量的整流二极管,通常应选择其最大整流平均电流IF大于负载电流的2~3倍。
电容滤波电路的输出特性和滤波特性
输出特性:
当滤波电容C选定后,输出电压平均值UO(AV)和输出电流平均值IO(AV)的关系称为输出特性。
滤波特性:
脉动系数S和输出电流平均值IO(AV)的关系称为滤波特性。
如图所示,曲线表明,C愈大电路带负载能力愈强,滤波效果愈好;IO(AV)愈大(即负载电阻RL愈小),UO(AV)愈低,S的值愈大。
倍压整流电路
倍压整流电路:
利用滤波电容的存储作用,由多个电容和二极管可以获得几倍于变压器副边电压的输出电压,称为倍压整流电路。
电路如图下所示。
二倍压整流电路其工作原理
★当u2正半周时节,电压极性如图所示,D1导通,D2截止;C1充电,电流方向和C1上电压极性如图所示,C1电压最大值可达
。
★当u2负半周时节,电压极性如图所示,D2导通,D1截止;C2充电,电流方向和C2上电压极性如图所示,C2电压最大值可达
。
可见,对电荷的存储作用,使输出电压(即C2上的电压)为变压器副边电压的两倍,利用同样原理可以实现所需倍数的输出电压。
多倍压整流电路其工作原理
如下图所示为多倍压整流电路,在空载情况下,根据上述分析方法可得,C1上的电压为
,C2~C6上的电压为
。
因此,以C1两端作为输出端,输出电压的值为
;以C2两端作为输出端,输出电压的值为
;以C1和C3上电压相加作为输出,输出电压的值为
……,依此类推,从不同位置输出,可获得
的4、5、6倍的输出电压。
【课堂小结】
电容滤波电路简单,输出电压平均值高,适用于负载电流较小且其变化也较小的场合。
【课后作业】
广东省技工学校文化理论课教案(首页)
共4页
科目
模拟电子技术
课题
直流稳压电源(三)
授课日期
第18周
第2次
课时
2
班级
制冷高101
授课方式
讲授、板书、任务驱动法、实验相结合
作业
题数
无
拟用
时间
/
教学目的
了解稳压二极管稳压电路的组成及工作原理
选用教具挂图
无
重点
会分析二极管稳压电路的稳压过程
难点
了解二极管稳压电路的性能指标
教学回顾
稳压电路的工作原理都掌握,但对较复杂的稳压电路还是不能理解工作原理。
说明
第18周第2次
审阅签名:
陈瑛
【复习回顾】
通过上次课的学习,我们学习了直流稳压电路
(二)
【引入新课】
我们今天学习直流稳压电源(三),这就是本课的教学目标。
【新课内容】
稳压二极管稳压电路
整流电路电压变化的原因
★当电网电压波动时,输出电压平均值将随之产生相应的波动;
★由于整流滤波电路内阻的存在,当负载变化时,内阻上的电压将产生变化,于是输出电压平均值也将随之产生相反的变化。
如,负载电阻减小,则负载电流增大,内阻上电流也就随之增大,其压降必然增大,输出电压平均值必将相应减小;
因此,整流滤波电路输出电压会随着电网电压的波动而波动,随着负载电阻的变化而变化。
为了获得稳定性好的直流电压,必须采取稳压措施
稳压管稳压电路的组成
由稳压二极管DZ和限流电路R所组成的稳压电路是一种最简单的直流稳压电源,如下图中所示。
其输入电压UI是整流滤波后的电压,输出电压UO就是稳压管的稳定电压UZ,RL是负载电阻。
从右图所示稳压管的伏安特性可以看出,在稳压管稳压电路中,只要能使稳压管始终工作在稳压区,即保证稳压管的电流IZ≤IDZ≤IZM,输出电压UO就基本稳定。
稳压原理
电路如图所示,其工作原理为
★电网电压波动,其输出电压的变化过程如下:
★负载变化,其输出电压的变化过程如下?
/span>:
综上所述,在稳压二极管所组成的稳压电路中,利用稳压管所起的电流调节作用,通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿,来达到目的。
串联型稳压电路
稳压管稳压电路输出电流较小,输出电压不可调,不能满足很多场合下的应用。
串联型稳压电路以稳压电路为基础,利用晶体管的电流放大作用,增大负载电流;在电路中引入深度电压负反馈使输出电压稳定;并且,通过改变反馈网络参数使输出电压可调
串联型稳压电路的工作原理
一、基本调整管电路
如下图(a)所示为稳压管稳压电路,负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差,即(IZM-IZ)。
扩大负载电流的最简单方法是:
利用晶体管的电流放大作用,将稳压管稳定电路的输出电流放大后,再作为负载电流。
电路采用射极输出形式,因而引入了电压负反馈,可以稳定输出电压,如图(b)所示,常见画法如图(c)所示。
其工作原理如下:
调整管:
晶体管的调节作用使UO稳定,晶体管称为调整管。
要使调整管起到调整作用,必须使它工作在放大状态。
串联稳压电源:
由于调整管与负载相串联,故称这类电路为串联型稳压电源。
线性稳压电源:
由于调整管工作在线性区,故称这类电路为线性稳压电源。
二、具有放大环节的串联稳压电路
★电路构成
基本调整管稳压电路的输出电压不可调,且输出电压因UBE的变化而变,稳定性较差。
为了使输出电压可调,加深电压负反馈,可在基本调整管稳压电路的基础上引入放大环节。
电路如图所示,由调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路组成。
★稳压原理
当电网电压波动(或负载电阻的变化)使输出电压UO上升时,取样电压UN增大,由于稳压管的电压UZ不变,运放的输入电压UNP(=UN-UP=UN-UZ)增大,使A的输出减小(即调整管的基极电位降低),而使调整管T的c-e压降低增大,从而调节输出电压UO(=UI-Uce)减小。
使输出电压得到稳定。
可见,电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。
★输出电压的可调范围
当电位器R2的滑动端在最上端时,输出电压最小为
当电位器R2的滑动端在最下端时,输出电压最大为
若R1=R2=R3=300Ω,UZ=6V,则输出电压9V≤UO≤18V。
★调整管的选择
在串联型稳压电路中,调整管是核心元件,它的安全工作是电路正常工作的保证。
调整管一般为大功率管,因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同,主要考虑其极限参数ICM、U(BR)CEO和PCM。
◆ICM的选取
调整管中流过的最大集电极电流为
ICmax=ILmax+IR1
其中ILmax为负载电流最大额定值,IR1为取样、比较放大和基准环节所消耗的电流,通常R1上的电流可忽略,所以
ICM>ILmax
◆击穿电压的选取
当电网电压波动±10%时,稳压电路输入电压UI到最大值UImax,同时输出电压又最低时,调整管承受的管压降最大,所以要求调整管击穿电压为
U(BR)CEO>UImax-UOmin
◆功率PCM的选取
调整管可能承受的最大集电极功耗为
PCmax=UCEmaxICmax=(UImax-UOmin)ICmax
UImax是考虑到电网电压波动±10%时,稳压电路输入电压的最大值,UOmin是输出电压的最小额定值。
所以要求
PCM>(UImax-UOmin)⨯ILmax
三、串联型稳压电路的方框图
根据以上的分析,实用的串联型稳压电源至少包含调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路四个部分组成。
此外,为使电路安全工作,还常在电路中加保护电路,如图所示。
在如图所示电路中,如果最大负载电流为500mA;输出电压调节范围为10~20V;输入电压25V,波动范围为±10%时,请问应如何选择调整管的极限参数。
解:
ICM>ILmax=500mA
U(BR)CEO>UImax-UOmin=1.1⨯25-0.9⨯10=18.5V
PCM>(UImax-UOmin)⨯ILma=18.5⨯0.5=9.25V
电路如图所示,已知输入电压UI的波动范围为±10%,调整管的饱和管压降UCES=2V,输出电压UO的调节范围为5~20V,R1=R2=200Ω试问:
(1)稳压管的稳定电压UZ和R2的取值各为多少?
(2)为使调整管正常工作,在电网电压为220V时,UI的值至少应取多少?
解:
(1)输出电压最小为
输出电压最大为
解上述二方程可得,R3=600Ω,UZ=4V。
(2)调整管正常工作,是指在输入电压波动和输出电压改变时调整管应始终工作在放大状态。
若输入电压最低且输出电压最高时管压降最小,若此时管压降大于饱和管压降,则在其它情况下管子一定会工作在放大区。
即
代入数据
得出UI>24.7V,故UI至少应取25V。
电路如图所示,已知集成运放输出电流IO最大值为2mA,调整管的电流放大倍数为30,试问:
(1)最大负载电流ILmax约为多少?
(2)若稳压电路的输出电流为1A,应采取什么办法?
画出改进部分的电路图来。
解:
(1)最大负载电流
(2)可以将调整管采用复合管,如右图所示。
此时,
只要
,即可。
【课堂小结】
1、电容滤波电路作用
2、稳压器的应用。
【课后作业】
综合实训简易电源电路的制作
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- 关 键 词:
- 模拟 电子技术 教案 18