電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源

1、電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 第第13講講 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能 二、單相整流電路二、單相整流電路(17.2.1)(17.2.1) 三、濾波電路三、濾波電路 四、穩(wěn)壓電路四、穩(wěn)壓電路(12.8.2)(12.8.2) 五、集成穩(wěn)壓電源五、集成穩(wěn)壓電源(12.8.2)(12.8.2) 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流變?yōu)楹线m的交流 電壓電壓u2。 整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。 濾波電路濾波

2、電路: 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷髯優(yōu)槠交闹绷?電壓電壓u4。 穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持保持 輸出電壓輸出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。 一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能 整整 流流 電電 路路 濾濾 波波 電電 路路 穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路 整整 流流 電電 路路 濾濾 波波 電電 路路 穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路 u1 u2u3u4 uo 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 單相單相 三相三相 二極管二極管 可控硅可控硅 橋式橋式 倍壓整流倍壓整流 半波半波 全波全波 本課主要介紹：本課

3、主要介紹： 單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流 把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。 整流電路分類(lèi)：整流電路分類(lèi)： 整流電路的任務(wù)：整流電路的任務(wù)： 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 二、單相整流電路二、單相整流電路 1.單相半波整流電路單相半波整流電路 二極管導(dǎo)通，忽略二二極管導(dǎo)通，忽略二 極管正向壓降，極管正向壓降， uo=u2 u1 u2 a T b D RLuo 為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。二極管的正

4、向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。 二極管截止二極管截止, uo=0 + io + u2 0 時(shí)時(shí): u20 時(shí)時(shí) D1,D4導(dǎo)通導(dǎo)通 D2,D3截止截止 電流通路電流通路: a D1 RLD4b u20 時(shí)時(shí) D2,D3導(dǎo)通導(dǎo)通 D1,D4截止截止 電流通路電流通路: b D2 RLD4a 單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形 u2 D3 D2 D1 D4 RL uo a b 整流輸出電壓平均值：整流輸出電壓平均值： Uo2 負(fù)載電流平均值負(fù)載電流平均值: Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二極管平均電流：二極管平均電流：ID=I

5、o/2 二極管最大反向電壓：二極管最大反向電壓： DRM 2 2 UU= u2 t t uD2,uD3uD1,uD4 t uo 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 集成硅整流橋：集成硅整流橋： u2 uo + +- + 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 4. 整流電路的主要參數(shù)整流電路的主要參數(shù) 負(fù)載電壓負(fù)載電壓 Uo的平均值為的平均值為: ( ) = oo tdu U 2 0 2 1 負(fù)載上的負(fù)載上的(平均平均)電流電流: L o R U I o = (1)整流輸出電壓的平均值整流輸出電壓的平均值 uo 2 0 t 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 S定義：整流輸出電壓

6、的基波峰值定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與與Uo平均值平均值 之比。之比。S越小越好。越小越好。 2. 脈動(dòng)系數(shù)脈動(dòng)系數(shù) 670 3 2 22 3 24 2 2 1 . U U U U S o Mo = 用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出 uo 分解后可得分解后可得: )6cos 35 4 4cos 15 4 2cos 3 42 (2 2 tttUuo = uo 2 0 t 基波基波 基波峰值基波峰值 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 平均電流平均電流(ID)與反向峰值電壓與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管是選擇整流管 的主要依

7、據(jù)。的主要依據(jù)。 oD II 2 1 = 2 2UU RM = 例如：例如： 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周 導(dǎo)通。因此，流過(guò)每只整流二極管的平均電流導(dǎo)通。因此，流過(guò)每只整流二極管的平均電流 ID 是負(fù)載平均電流的一半。是負(fù)載平均電流的一半。 二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓： (3)二極管平均電流與反向峰值電壓二極管平均電流與反向峰值電壓 （選購(gòu)時(shí)：二極管額定電流（選購(gòu)時(shí)：二極管額定電流 2ID) （選購(gòu)時(shí)：最大反向電壓（選購(gòu)時(shí)：最大反向電壓 2URM) 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 三、濾波電路三、

8、濾波電路 濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 電容與負(fù)載電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或并聯(lián)，或 電感與負(fù)載電感與負(fù)載RL串聯(lián)。串聯(lián)。 交流交流 電壓電壓 脈動(dòng)脈動(dòng) 直流電壓直流電壓 整流整流 濾波濾波 直流直流 電壓電壓 RL L RLC 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 1. 電容濾波電路電容濾波電路 以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析， 其電路如圖所示。其電路如圖所示。 (1)電容濾波原理電容濾波原理 a 橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)

9、壓電源 RL未接入時(shí)未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻) u2 t uo t 設(shè)設(shè)t1時(shí)刻接時(shí)刻接 通電源通電源 t1 整流電路為整流電路為 電容充電電容充電 充電結(jié)束充電結(jié)束 沒(méi)有電容沒(méi)有電容 時(shí)的輸出時(shí)的輸出 波形波形 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C uc 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 RL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí) (忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻) u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C u2 t uo t 無(wú)濾波電容無(wú)濾波電容 時(shí)的波形時(shí)的波形 加入濾波電容加入濾波電容 時(shí)的波形時(shí)的波形

10、 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 uo t u2上升，上升， u2大于電容大于電容 上的電壓上的電壓uc，u2對(duì)電容充電，對(duì)電容充電， uo= uc u2 u2下降，下降， u2小于電容上的電壓。小于電容上的電壓。 二極管承受反向電壓而截止。二極管承受反向電壓而截止。 電容電容C通過(guò)通過(guò)RL放電，放電， uc按指數(shù)按指數(shù) 規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù) = RL C 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 u2 t uo t 只有整流電路輸只有整流電路輸 出電壓大于出電壓大于uc時(shí)，時(shí)， 才有充電電流。才有充電電流。 因此二極管中的因此二極管中的 電流是脈沖波。電流是脈沖波。

11、 二極管中的二極管中的 電流電流 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 u2 t uo t 電容充電時(shí)，電容充電時(shí)， 電容電壓滯后電容電壓滯后 于于u2。 RLC越小，輸越小，輸 出電壓越低。出電壓越低。 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C RL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí) (考慮整流電路內(nèi)阻考慮整流電路內(nèi)阻) 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 一般取一般取)105(TCR L =(T:電源電壓的周期電源電壓的周期) 近似估算近似估算: UoU2 Io= Uo/RL (b) 流

12、過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大 RLC 越大越大 Uo越高越高負(fù)載電流的平均值越大負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時(shí)間越短整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大 (2)電容濾波電路的特點(diǎn)電容濾波電路的特點(diǎn) (a) 輸出電壓輸出電壓 平均值平均值Uo與時(shí)間常數(shù)與時(shí)間常數(shù) RLC 有關(guān)有關(guān) RLC 愈大愈大 電容器放電愈慢電容器放電愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大 (c) 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓 2 2UU RM = 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 2. 電感濾波電路電感濾波電路 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電

13、感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L 就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。 u2u1 RL L uo 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 電感濾波原理電感濾波原理 對(duì)諧波分量對(duì)諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電壓大部分降在XL上。上。 因此，因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。 Uo=0.9U2 當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓 約為：約為： u2u1 RL L uo 對(duì)直流分量對(duì)直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上上 電子技術(shù)直流

14、穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 3. RC 型型濾波器濾波器 改善濾波特性的方法：改善濾波特性的方法：采取多級(jí)濾波采取多級(jí)濾波 uo R u2u1 C1C2 uo1 RL RC 型型濾波器濾波器 將將RC 型型濾波器中的電阻換為電感，濾波器中的電阻換為電感， 變?yōu)樽優(yōu)長(zhǎng)C 型型濾波器濾波器 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 四、穩(wěn)壓電路四、穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的作用穩(wěn)壓電路的作用: : 交流交流 電壓電壓 脈動(dòng)脈動(dòng) 直流電壓直流電壓 整流整流濾波濾波 有波紋的有波紋的 直流電壓直流電壓 穩(wěn)壓穩(wěn)壓 直流直流 電壓電壓 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓電源類(lèi)型穩(wěn)壓電源類(lèi)型: 以下

15、主要討以下主要討 論線性穩(wěn)壓論線性穩(wěn)壓 電路。電路。 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 開(kāi)關(guān)型開(kāi)關(guān)型 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 線性線性 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路 ( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) ) 電路最簡(jiǎn)單，電路最簡(jiǎn)單， 但是帶負(fù)載能但是帶負(fù)載能 力差，一般只力差，一般只 提供基準(zhǔn)電壓，提供基準(zhǔn)電壓， 不作為電源使不作為電源使 用。用。 效率較高，效率較高， 目前用的也目前用的也 比較多，但比較多，但 因?qū)W時(shí)有限，因?qū)W時(shí)有限， 這里不做介這里不做介 紹。紹。 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 1. 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo) (1)穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) S（越小

16、越好）（越小越好） 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影 響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化 量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。 I I o o U U U U S = (2)輸出電阻輸出電阻Ro （越小越好）（越小越好） 輸出電阻用來(lái)反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。輸出電阻用來(lái)反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。 定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出 電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等

17、效 電路的內(nèi)阻。電路的內(nèi)阻。 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 2. 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 (1)電路結(jié)構(gòu)的一般形式電路結(jié)構(gòu)的一般形式 串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成：串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的組成： （1）基準(zhǔn)電壓；）基準(zhǔn)電壓； （2）比較放大；）比較放大； （3）輸出電壓取樣電路；（）輸出電壓取樣電路；（4）調(diào)整元件）調(diào)整元件 UO T + _ UI 比較放大比較放大 基基 準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓 Uo取樣 取樣 UR FUO RL 調(diào)整元件調(diào)整元件 + + 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式， 為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱

18、之為：為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為： 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。 若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使若因輸入電壓變化或負(fù)載變化而使UO 加大加大,比較放大電路使比較放大電路使UB1變小變小,從而使從而使 UO降低降低. UO T1 + _ UI 比較放大比較放大 基基 準(zhǔn)電壓準(zhǔn)電壓 Uo取樣 取樣 UR FUO RL 調(diào)整元件調(diào)整元件 + + UB1 +UI Uo RL R3 比較放大比較放大 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 T1調(diào)整管調(diào)整管 R3 、 T2比較放大比較放大 R1 、 RW 、R2采樣電阻采樣電阻 R 、 UZ基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓 (2)一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電

19、源一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理 UoUB2UBE2=（UB2-UZ） UC2 （UB1 ）Uo 當(dāng)當(dāng) UI 增加或輸出電流減小使增加或輸出電流減小使 Uo升高時(shí)升高時(shí) R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 UC2 （UB1 ） 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 (3) 輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?O U 2BEZ UU+ 22W

20、 RR+ 21W RRR+ = () 2 22 21 BEZ W W O UU RR RRR U+ + + =所以：所以： 22 21 Z W W U RR RRR + + = 忽略忽略UBE2 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW ，求輸出電，求輸出電 壓的調(diào)節(jié)范圍。壓的調(diào)節(jié)范圍。 R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ + _ UI UB2 2 21 Z W W Omin U RR RRR U + + = 4=6V 4.74.7 + = 4.7 4.7+ 4.7 2 21 Z W Omax U R RRR U + = 4=12V 4.74.7 + = 4.7 4.7 電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源電子技術(shù)直流穩(wěn)壓電源 (4) 實(shí)際的穩(wěn)壓電源采取的改進(jìn)措施實(shí)際的穩(wěn)壓電源采取的改進(jìn)措施 1. 比較放大級(jí)采用差動(dòng)放大器或集成運(yùn)放比較放大級(jí)采用差動(dòng)放大器或集成運(yùn)放 2.2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管調(diào)整管采用復(fù)合三極管 3. 采用輔助電源采用輔助電源(比較放大部分的電源比較放大部分的電源) 4. 用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高