医学电子仪器与基础电子电路.ppt

第一章 医学电子仪器与基础电子电路 医学电子仪器的特点 医学电子仪器的分类 半导体器件的基础知识 生物医学放大电路 电子振荡电路 直流稳压电路 数字逻辑电路 1.6 直流稳压电路 许多电子仪器和设备都需要稳定的直流电源供电。除少数使用化学电源外，绝大多数是由交流电网供电，这就需要将交流电转换为稳定的直流电。直流稳压电源就是完成这种转换的装置，它一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成（如图1.41）。图中各部分的作用如下： (1)电源变压器：将交流电源电压变换为符合整流需要的交流电压； (2)整流电路：将交流电压变换为单向脉动直流电压； (3)滤波电路：滤掉整流电压中的交流成分，输出平滑的直流电压； (4)稳压电路：在交流电源电压波动或负载变动时，保证输出稳定的电压。 整流电路 整流滤波是利用二极管的单向导电性，把交流电转换成脉动直流电的过程。常见的整流电路有半波、全波和桥式整流等几种形式。 1.半波整流电路 上图是半波整流电路及其波形，它把二极管D和负载RL串联起来接到变压器B的次级线圈AB两端。在交流电的正半周时，A点电势比B点电势高，二极管D受正向电压作用而导通，RL上有电流通过；在交流电压的负半周，A点电势低于B点电势，二极管受反向电压的作用而截止，电路中没有电流。这种电路只利用电源电压的半个周期，因而取名为半波整流。 半波整流电路简单，但输出直流电压的平均值不到电源电压有效值的一半，整流效率低，而且不平稳，交流成分比较大，因而并不适用于医学检测仪器中。 2.全波整流电路 右图是全波整流电路。它实际上是由两个半波整流电路组成，这样就可以完全利用交流电的每一个半周，故称为全波整流。变压器B的次级线圈具有中心抽头“O”，A、B两点电压大小相等，位相差为180。其整流原理是在电源电压的正、负半周时，二极管Dl、D2轮流导通，负载RL上总有同一方向的电流通过。 这种电路的输出电压比较高，电流比较大，而脉动程度却减少了。它的缺点是变压器次级线圈的匝数要增加一倍，两个次级线圈中，只有半个周期有电流通过，对变压器的利用率不高，而且二极管承受的反向电压仍较大。 3.桥式整流电路 上图是桥式整流电路，由四个晶体二极管连接成电桥形式，故称为桥式整流。变压器次级输出电压为U2，当它为正半周时，A点电势比B点电势高，二极管D1、D3导通，D2、D4反向截止，导电回路为A、D1、RL、D3、B；U2为负半周时，B点电势比A点电势高，二极管D2、D4正向导通，D1、D3反向截止，导电回路为B、D2、RL、D4、A。在一个周期内D1、D3和D2、D4轮流导通和截止，而流经负载的电流方向不变。 桥式整流的优点是整流效率高，输出脉动程度小，二极管承受反向电压只有全波整流的一半，故得到广泛的应用。它的缺点是二极管的数量比全波整流多两个，电路比较复杂。 滤波电路 整流电路可以把交流电转变为单—方向的脉动电压和电流，但不论何种整流电路，都存在输出电压的脉动程度较大，不能满足电子仪器的供电要求，因此常在整流电路的后面加一级滤波电路，其作用是将脉动电流中的交流成分滤掉，获得平滑的直流输出。常用滤波电路有电容滤波、电感电容滤波及有源滤波等。 1.电容滤波 上图是带有电容滤波的半波整流电路，电容C与负载并联。 当U2为正半周时，二极管D导通，电流向负载供电，同时对电容C充电。在充电期间，电容C上的电压Uc逐渐增大，直到接近于交流电压U2的最大值，此后U2下降，由于此时Uc＞U2，二极管截止，电容C向RL放电，直到二极管又导通时，电容器又充电，这样由于电容器的充放电作用，使在一个周期内总有电流供给负载RL。图(b)是这种电路的输出波形图。从图中可以看到，加上电容C以后，输出电压的脉动程度要平滑得多，这就是电容的滤波作用。 电容器放电的快慢取决于RL与C的乘积，即时间常数τ=RL×C，τ愈大，放电时间长，输出电压就较平滑。如果是采用桥式或全波整流的电容滤波电路，其滤波原理与半波整流电容滤波相同，输出波形见上图。它的特点是在交流电的正、负半周，整流电流对电容C充电两次，这样电容器向负载RL放电时间缩短了，因此输出电流就更平稳。 还应指出，当整流电路加入电容滤波后，二极管导通时间很短，而导通电流—方面要对电容充电以补充电容放电时所损耗的电荷，同时又要向负载RL供电，所以通过二极管的电流脉冲很大(见图中输出波形加竖线的部分)，这点在选择二极管的最大整流电流