模擬電子技術(shù)備課筆記-直流穩(wěn)壓電源剖析

1、安徽工程科技學(xué)院教師備課筆記模擬電子技術(shù)一一第 10章第十章直流穩(wěn)壓電源第一節(jié)單相整流電路【教學(xué)目的】掌握半波、全波、單相橋式整流電路的工作原理；【教學(xué)重點(diǎn)】單相橋式整流電路的工作原理；【教學(xué)難點(diǎn)】全波整流電路的工作原理；【教學(xué)方法及手段】多媒體輔助教學(xué)；【課外作業(yè)】10.5、10.6、10.7【學(xué)時(shí)分配】2學(xué)時(shí)【自學(xué)內(nèi)容】【教學(xué)內(nèi)容】1 .單相橋式整流電路；2 .單相半波整流電路；3 .單相全波整流電路1.1單相整流電路引言直流電源的方框圖電氣工程系電工電子教研室第2頁 本章共11頁單相橋式整流電路波形圖當(dāng)正半周時(shí)二極管 D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管 D2

2、、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。 在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。安徽工程科技學(xué)院教師備課筆記模擬電子技術(shù)一一第 10章流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓VRmax參數(shù)計(jì)算輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。用它的平均值與直流電壓等效。，一，一,11tL2J2輸出平均電壓為VO =VL =2V2sin td t =V2 = 0.9V2九0冗2.2V20.9V2阻_-RTIL, 2V2 _ 0.45V22 一 阻 一 RL最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動(dòng)系數(shù)S。244vO = 2V2(- -cos2 t -cos4，t )汽

3、3汽15汽Q 4 2V2S -3兀22V2=0.6771單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線波形圖(b)輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為VO =VL = 、2V2 sin td( t)2冗02=V2 =0.45V2花流過負(fù)載和二極管的平均電流為I D = IL= =0.45V2Tt RlRL電氣工程系電工電子教研室第2頁 本章共11頁安徽工程科技學(xué)院教師備課筆記模擬電子技術(shù)一一第 10章電氣工程系電工電子教研室第15頁 本章共11頁Rmax輸出平均電壓為VO =VL流過負(fù)載的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓Io（b）波形圖1 "

4、一 L2V2 sin td( t) i 九02. 2V2 = 0.9V2冗=IL2、2V20.9V2Rl - RlVRmax = 2、2V2單相全波整流電路的脈動(dòng)系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。S=4 2V22 2V2=0.673支n 3單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對(duì)輸入（交流）一用有效值或最大值;輸出（交直流）一用平均值； 整流管正向電流一用平均值

5、； 整流管反向電壓一用最大值。1.2濾波電路電容濾波電路濾波原理tot若電路處于正半周， 二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓 v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián) 在v2上，所以輸出波形同 v2 ,是正弦形。當(dāng)v2到達(dá)90。時(shí)，v2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載 RL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過90°時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過 90。時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過 90。后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來 越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，C充電,vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二

6、極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為 RQ電容濾波的計(jì)算另一種是在 R_C=(3-5)T/ 2的條件下，近似認(rèn)為V_=VO=1.2V2o (或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足©R_C> 610。)VL =VO = .2V2(1T4RlC整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖所示。Rl =二 ,Vo = 02C -0, VO = 0,9V2九二 RlCM(35)T2VO ： 1.2V2純電阻和電容濾波電路的輸出特性電感濾波電路利用儲(chǔ)能元件電感器L的電流不能突變的性質(zhì), 到濾波的作用。把電感L與整流電路的負(fù)載R L相串聯(lián)，也可

7、以起當(dāng)v2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2o當(dāng)負(fù)半周時(shí),電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對(duì)稱性，和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管D1、D3 ; D2、D4的導(dǎo)通角者B是 180°。第二節(jié)直流穩(wěn)壓電路【教學(xué)目的】掌握各種穩(wěn)壓電路的工作原理及典型應(yīng)用；【教學(xué)重點(diǎn)】各種穩(wěn)壓電路的典型應(yīng)用；【教學(xué)難點(diǎn)】穩(wěn)壓電路的工作原理；【教學(xué)方法及手段】多媒體輔助教學(xué)；【課外作業(yè)】【學(xué)時(shí)分配】2學(xué)時(shí)【自學(xué)內(nèi)容】開關(guān)型穩(wěn)壓電源；【教學(xué)內(nèi)容】1 .穩(wěn)壓電路概述2 .硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路3 .線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路4 .三端集成穩(wěn)壓器2.1概述引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因引起輸出電壓變化的

8、原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化。負(fù)載電流的變化會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。V。=f （Vi , I ° ）整流整波電路穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。AVI和也IO引起的 VO可用下式表示V。甘 V 牛 I。=Sr V|Ro I0二 VI二 I O1）穩(wěn)壓系數(shù)Sr3Vo - AV。r - cVI、AVI 仙。=0有時(shí)穩(wěn)壓系數(shù)也用下式定義S _ AV。/V。r _ Vi /Vi %=02）電壓調(diào)整率 S （一般特指 A Vi/ V= ± 10%寸白S Sr）Q _A2V。Sv 一VoV|1。=0 100%3)輸

9、出電阻RoRo4)電流調(diào)整率S二 Vo=VI=0Si =，VO |&=0父100% Vo當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化值。5)紋波抑制比 Sp輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數(shù)。Srip =20lg"(6)輸出電壓的溫度系數(shù)StVop-pc 1 -VOSt = V T：Io=0,.Vi = 0 100%如果考慮溫度對(duì)輸出電壓的影響，則輸出電壓是輸入電壓、負(fù)載電流和溫度的函數(shù)Vo = ”，Io,T)2.2 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓。輸入電壓變化時(shí)穩(wěn)壓過程根據(jù)電路圖可知 Vo = Vz = Vi - Vr

10、= Vi -IrRI r = IL + I zVR增加，從而使輸入電壓VI的增加，必然引起 VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加, 輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：V T 一 V)T 一 VZT Izf IrT VrT 一 MJVO的增加沒有那么這里VO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓 VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使 大而已。VO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。6 名%負(fù)載電流變化時(shí)穩(wěn)壓過程負(fù)載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使 VZ=VOM小，IZ減小。IZ的 減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓 VO曾加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：I

11、lT 一 IrT 一 VRT VZJ ( V4 ) 一 IzJ 一 IrJ 一 VrJ 一 VoT2.3 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 工作原理1) 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源的工作原理可用圖說明。VO =VI-VR ,當(dāng)VI增加時(shí)，R受控制而增加，使 VR增加，從而在一定程度上抵消了 VI增加對(duì)輸出 電壓的影響。若負(fù)載電流 IL增加，R受控制而減小，使 VR減小，從而在一定程度上抵消了因 IL增加, 使VI減小，對(duì)輸出電壓減小的影響。在實(shí)際電路中，可變電阻R是用一個(gè)三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE VCE相當(dāng)于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負(fù)反饋電路的模

12、式來構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。由 調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源幾個(gè)部分組成。不穩(wěn)定的直確壓匕c e穩(wěn)定的后+ 6 -用取樣電路段-I .1 IV基準(zhǔn)電壓源狙 F +>00bd*吃1 影J-2)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理(1)輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變輸入電壓VI的增加，必然會(huì)使輸出電壓 VO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)V與基準(zhǔn)源電壓 VREF比較，獲得誤差信號(hào) AV。誤差信號(hào)經(jīng)放大后，用 VO1去控制調(diào)整管的管壓降 VCE 增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。Vi T 一 Vo T 一 M T 一 Voi J 一 V：e T 一 Vo J(2)負(fù)載電流變化，輸入電

13、壓保持不變負(fù)載電流IL的增加，必然會(huì)使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓 VO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào) Vf與基準(zhǔn)源電壓 VREF比較，獲得的誤差信號(hào)使 VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降 VCE 下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。Il T V J 一 Vo J M J 一 V)i T VceJ 一 V)T(3)輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算根據(jù)圖可知VVRefV O : V O1(1 +調(diào)節(jié)F2顯然可以改變輸出電壓。RiR3R '2R" 2)V REF穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)1)截流型當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。2)限

14、流型是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，輸出電流得以限制?.4三端集成穩(wěn)壓器概述集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。電路符號(hào)三端集成穩(wěn)壓器外形- CWGMD 或 ADJCW78-/CW78M-/CW78L-CW79-/CW79M-/CW79L-CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/CW217M-/CW217L-線性三端集成穩(wěn)壓器的分類(1)三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為(2)三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為(3)三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW317-/CW317M-/CW317L-(4)三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國

15、標(biāo)型號(hào)為CW137-/CW137M-/CW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L-(5)三端低壓差集成穩(wěn)壓器(6)大電流三端集成穩(wěn)壓器以上1-為軍品級(jí)；2-為工業(yè)品級(jí)；3-為民品級(jí)。軍品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55 C150C;工業(yè)品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25C150C;民品級(jí)多為塑料封裝，工作溫度范圍 0c125C。應(yīng)用電路可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25 V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié)。VRnVo=Vref+ REFRpIaRp 1.25 (1 rP)R1R1利用三端

16、集成穩(wěn)壓器組成恒流源三端集成穩(wěn)壓器可做恒流源使用，電路見圖0-5-1OVO25A缸o(hù).mF(b)大電流恒流源(a)小電流恒流源2.5開關(guān)型穩(wěn)壓電源開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達(dá) 90%±,造價(jià)低，體積小?，F(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是紋波較大，用于小信號(hào)放大電路時(shí)， 還應(yīng)采用第二級(jí)穩(wěn)壓措施。工作原理由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波vB,去控制調(diào)整管的通斷。調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個(gè)作用， 有利

17、于保護(hù)調(diào)整管。為了穩(wěn)定輸出電壓， 應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出 Vf減小，比較器方波輸出的 toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小， 輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為ton；反之輸出為低電平，對(duì)應(yīng)調(diào)整管的截止時(shí)間 toff。輸出波形中電位水平高于高電平最 小值的部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波存在的部分。為了穩(wěn)定輸出電壓， 應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)VO增加，比較放大器的輸出 Vf減小，比較器方波輸出的 toff增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小， 輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波不存在的部分。i L為鋸齒波，趨各點(diǎn)波形見圖。由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有:-1 tl .1 T .V。= T 0 VEdt T