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5 电源电路
电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同，本设计是将电网电压经过电源变压器，然后将变换以后的副边电压（+/-15V）去整流、滤波和稳压，最后得到设计所需要的直流电压幅值(+/-12V)。其原理图如图5.1所示。
U1MC78M12CT1+12+12V31Vinr1C1421000uFC20.33uFGNDD1C30.1uFD1DIODEC41uFTRANS1BRIDGE132图5.1 电源电路
5.1 电源变压器
变压器技术参数对不同类型的变压器都有相应的技术要求，可用相应的技术参数表示。如电源变压器的主要技述参数有：额定功率、额定电压和电压比、额定频率、工作温度等级、温升、电压调整率、绝缘性能和防潮性能，对于一般低频变压器的主要技述参数是：变压比、频率特性、非线性失真、磁屏蔽和静电屏蔽、效率等。
变压器两组线圈圈数分别为N1和N2，N1为初级，N2为次级.在初级线圈上加一交流电压，在次级线圈两端就会产生感应电动势。当N2>N1时，其感应电动势要比初级所加的电压还要高，这种变压器称为升压变压器：当N2 在额定功率时，变压器的输出功率和输入功率的比值，叫做变压器的效率，即 η=(P2÷P1)x100% 5.1 式中η为变压器的效率;P1为输入功率，P2为输出功率。 当变压器的输出功率P2等于输入功率P1时，效率η等于100%，变压器将不产生任何损耗.但实际上这种变压器是没有的.变压器传输电能时总要产生损耗，这种损耗主要有铜损和铁损。 铜损是指变压器线圈电阻所引起的损耗。当电流通过线圈电阻发热时，一部分电能 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 就转变为热能而损耗。由于线圈一般都由带绝缘的铜线缠绕而成，因此称为铜损。 变压器的铁损包括两个方面。一是磁滞损耗，当交流电流通过变压器时，通过变压器硅钢片的磁力线其方向和大小随之变化，使得硅钢片内部分子相互摩擦，放出热能，从而损耗了一部分电能，这便是磁滞损耗。另一是涡流损耗，当变压器工作时。铁芯中有磁力线穿过，在与磁力线垂直的平面上就会产生感应电流，由于此电流自成闭合回路形成环流，且成旋涡状，故称为涡流.涡流的存在使铁芯发热，消耗能量，这种损耗称为涡流损耗。 变压器的效率与变压器的功率等级有密切关系，通常功率越大，损耗与输出功率就越小，效率也就越高。反之，功率越小，效率也就越低。 变压器铁心磁通和施加的电压有关。在电流中励磁电流不会随着负载的增加而增加。虽然负载增加铁心不会饱和，将使线圈的电阻损耗增加，超过额定容量由于线圈产生的热量不能及时的散出，线圈会损坏，假如你用的线圈是由超导材料组成，电流增大不会引起发热，但变压器内部还有漏磁引起的阻抗，但电流增大，输出电压会下降，电流越大，输出电压越低，所以变压器输出功率不可能是无限的。假如变压器没有阻抗，那么当变压器流过电流时会产生特别大电动力，很容易使变压器线圈损坏，虽然你有了一台功率无限的变压器但不能用。只能这样说，随着超导材料和铁心材料的发展，相同体积或重量的变压器输出功率会增大，但不是无限大。 选择电源变压器时要注意两点：功率和副级的交流电压U2，其中副边电压V2要依稳压电路的输出电压Uo变压器功率要依据最大输出电流Io来确定，当电压差太小时，会使稳压器的性能变差而不起稳压作用，同时又会增大稳压器本身的功率消耗，使最大输出电流有所降低。一般的估算方法是，( Uo≤12V时，U2=U0;当U0≥12V时，U2=U0+2)在具体应用时，还需根据所用电源变压器的实际来作出调整。 电网提供的交流电一般为220V（或380V），而各种电子设备所需要直流电压的幅值却各不相同，本设计是将电网电压经过电源变压器，然后将变换以后的副边电压（+/-15V）去整流、滤波和稳压，最后得到所需要的直流电压幅值(+/-12V)。 5.2 单相桥式整流 整流电路的作用是利用具有单方向导电性能的整流元件将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，但是这种单向脉动电压往往包含着很大的脉动成分，距 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 离理想的直流电压差得很远。 本电路应用一组副边线圈的变压器, 达到全波整流的目的。电路种采用了四个二极管，接成电桥形式，故称为桥式整流电路。 由表1可知，在同样的U2之下，半波整流电路的输出直流电压最低，而脉动系数 最高。桥式整流电路和全波整流电路当U2相同时，输出直流电压相等，脉动系数也相同，但桥式整流电路中，每个整流管所承受的反相峰值电压比全波整流电路低，因此它的应用比较广泛。 表1 单相整流电路的主要参数 波整流 全波整流 桥式整流 Uo(av)/U2 0.45 0.90 0.90 S 157％ 67％ 67％ Id(av)/Io(av) 100％ 50％ 50％ URM/U2 1.41 2.83 1.41 桥式整流电路的工作原理如下：e2为正半周时，对D1、D3加正向电压，Dl，D3导通；对D2、D4加反向电压，D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3通电回路，在Rfz上形成上正下负的半波整流电压，e2为负半周时，对D2、D4加正向电压，D2、D4导通；对D1、D3加反向电压，D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz、D4通电回路，同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。如此重复下去，结果在Rfz上 图 5.2 桥式整流电路 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5.2中还不难看出，桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值，比全波整流电路小一半。 桥式整流电路的工作原理如图所示。在u2的正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，电流由TR次级上端经D1→ RL →D3回到TR 次级下端，在负载RL上得到一半波整流电压。 在u2的负半周，D1、D3截止，D2、D4导通，电流由Tr次级的下端经D2→ RL →D4 回到Tr次级上端，在负载RL 上得到另一半波整流电压。 这样就在负载RL上得到一个与全波整流相同的电压波形，其电流的计算与全波整流相同，即 UL = 0.9U2 5.2 IL = 0.9U2／RL 5.3 流过每个二极管的平均电流为 ID = IL／2 = 0.45 U2／RL 5.4 每个二极管所承受的最高反向电压为: URM?2U2（为全波整流的一半） 5.5 目前，小功率桥式整流电路的四只整流二极管，被接成桥路后封装成一个整流器件，称\硅桥\或\桥堆\，使用方便。 桥式整流电路克服了全波整流电路要求变压器次级有中心抽头和二极管承受反压大的缺点，但多用了两只二极管。在半导体器件发展快，成本较低的今天，此缺点并不突出，因而桥式整流电路在实际中应用较为广泛。 整流元件的选择和运用 需要特别指出的是，二极管作为整流元件，要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当，则或者不能安全工作，甚至烧了管子；或者大材小用，造成浪费。 图5.3 基本整流电路 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页 图5.3 是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻Rfz组成。变压器把市电电压（多为220伏）变换为所需要的交变电压e2，D 再把交流电变换为脉动直流电。 另外，在高电压或大电流的情况下，如果没有承受高电压或整定大电滤的整流元件，可以把二极管串联或并联起来使用。 图5.4 二极管整流 图5.4 示出了二极管并联的情况：两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半；三只二极管并联，每只分担电路总电流的三分之一。总之，有几只二极管并联，流经每 只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是，在实际并联运用时，由于各二极管特性不完全一致，不能均分所通过的电流，会使有的管子困负担过重而烧毁。 因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器，使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流越大，R应选得越小。 二极管串联的情况。显然在理想条件下，有几只管子串联，每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同，会造成电压分配不均：内阻大的二极管，有可能由于电压过高而被击穿，并由此引起连锁反应，逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R，可以使电压分配均匀。均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器，各个电阻器的阻值要相等。 5.3 滤波电路 从上面的分析可以看出，整流电路输出波形中含有较多的纹波成分，与所要求的波形相去甚远。所以通常在整流电路后接滤波电路以滤去整流输出电压的纹波。滤波电路常有电容滤波，电感滤波和RC滤波等。 图 别是桥式整流电容滤波电路和它的部分波形。这里假设t<0时，电容器C已经充电到交流电压V2的最大值（如波形图所示）。