直流穩(wěn)壓電源5ppt課件

1、 第第12章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源u 12.1 直流穩(wěn)壓電源的組成 u 12.2 整流電路 u 12.3 濾波電路u 12.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路u 12.5 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路u 實驗十五 整流、濾波及串聯(lián)型穩(wěn)壓電源u 本章小結(jié) 第第12章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 任何電子設(shè)備都需要用直流電源供電，獲任何電子設(shè)備都需要用直流電源供電，獲得直流電源的方法較多，如干電池、蓄電池、得直流電源的方法較多，如干電池、蓄電池、直流電機等。但比較經(jīng)濟實用的辦法是將交流直流電機等。但比較經(jīng)濟實用的辦法是將交流電網(wǎng)提供的電網(wǎng)提供的50 Hz、220 V的正弦交流電經(jīng)整的正弦交流電經(jīng)整流、濾波和穩(wěn)壓后變換

2、成直流電。對于直流電流、濾波和穩(wěn)壓后變換成直流電。對于直流電源的主要要求是：輸出電壓的幅值穩(wěn)定，即當源的主要要求是：輸出電壓的幅值穩(wěn)定，即當電網(wǎng)電壓或負載電流波動時能基本保持不變；電網(wǎng)電壓或負載電流波動時能基本保持不變；直流輸出電壓平滑，脈動成分?。唤涣麟娮儞Q直流輸出電壓平滑，脈動成分??；交流電變換成直流電時的轉(zhuǎn)換效率高。成直流電時的轉(zhuǎn)換效率高。本章主要介紹單相整流電路、各種濾波電路、本章主要介紹單相整流電路、各種濾波電路、硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路以及串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路以及串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的工作原理、主要指標等；對于近年來迅速發(fā)展工作原理、主要指標等；對于近年來迅速發(fā)展起來的集成化

3、穩(wěn)壓電源以及開關(guān)型穩(wěn)壓電源也起來的集成化穩(wěn)壓電源以及開關(guān)型穩(wěn)壓電源也將作簡單介紹。將作簡單介紹。12.1 直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成 一般的小功率直流穩(wěn)壓電源是由電源變壓一般的小功率直流穩(wěn)壓電源是由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等四個部器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等四個部分組成。其框圖及各部分的輸出波形如圖分組成。其框圖及各部分的輸出波形如圖12.1所示。下面簡要介紹各部分的功能。所示。下面簡要介紹各部分的功能。 1. 電源變壓器電源變壓器 交流電網(wǎng)提供交流電網(wǎng)提供50 Hz、220 V單相或單相或380 V三相的正弦電壓，三相的正弦電壓，但各種電子設(shè)備所需直流電壓的幅

4、值卻各不相同。因而，常常需要將電網(wǎng)但各種電子設(shè)備所需直流電壓的幅值卻各不相同。因而，常常需要將電網(wǎng)電壓先經(jīng)過電源變壓器進行降壓，將電壓先經(jīng)過電源變壓器進行降壓，將220V或或380 V的交流電變成大小合的交流電變成大小合適的交流電以后在進行交、直流轉(zhuǎn)換。當然，有的電源不是利用變壓器而適的交流電以后在進行交、直流轉(zhuǎn)換。當然，有的電源不是利用變壓器而是利用其它方法降壓的。是利用其它方法降壓的。 2. 整流電路整流電路 整流電路的主要任務(wù)是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將變壓器副邊輸出整流電路的主要任?wù)是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將變壓器副邊輸出的正負交替的正弦交流電壓整流成單方向的脈動電壓。但是，這種單向

5、脈的正負交替的正弦交流電壓整流成單方向的脈動電壓。但是，這種單向脈動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差得很遠，故動電壓往往包含著很大的脈動成分，距離理想的直流電壓還差得很遠，故不能直接供給電子設(shè)備使用。不能直接供給電子設(shè)備使用。 3. 濾波電路濾波電路 濾波電路一般由電容、電感等儲能元件組成。它的作用是將整流電路濾波電路一般由電容、電感等儲能元件組成。它的作用是將整流電路輸出的單向脈動電壓中的交流成分濾除掉，變成比較平滑的直流電壓輸出。輸出的單向脈動電壓中的交流成分濾除掉，變成比較平滑的直流電壓輸出。但是，當電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時，濾波電路輸出直流電壓的幅值但是，當電網(wǎng)

6、電壓或負載電流發(fā)生變化時，濾波電路輸出直流電壓的幅值也將隨之變化，在要求比較高的電子設(shè)備中，這種直流電壓是不符合要求也將隨之變化，在要求比較高的電子設(shè)備中，這種直流電壓是不符合要求的。的。 4. 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路往往是利用自動調(diào)整的原理，使得輸出直流電壓在電網(wǎng)電壓穩(wěn)壓電路往往是利用自動調(diào)整的原理，使得輸出直流電壓在電網(wǎng)電壓或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。或負載電流發(fā)生變化時保持穩(wěn)定。 下面分別介紹各部分的具體電路和它們的工作原理。下面分別介紹各部分的具體電路和它們的工作原理。12.2 整流電路整流電路 整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將正負整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將正負交?/p>

7、的正弦交流電壓變換成單方向的脈動電壓。在交替的正弦交流電壓變換成單方向的脈動電壓。在小功率的直流電源中，整流電路的主要形式有單相小功率的直流電源中，整流電路的主要形式有單相半波整流電路、單相全波整流電路和單相橋式整流半波整流電路、單相全波整流電路和單相橋式整流電路。其中，單相橋式整流電路用得最為普遍。電路。其中，單相橋式整流電路用得最為普遍。12.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路 圖圖12.2a所示為單相半波整流電路，它是所示為單相半波整流電路，它是最簡單的整流電路，由變壓器、二極管和負載電阻最簡單的整流電路，由變壓器、二極管和負載電阻組成。組成。u1是變壓器初級線圈的輸入電壓，通常有

8、效是變壓器初級線圈的輸入電壓，通常有效值為值為220 V，頻率為，頻率為50 Hz，u2是變壓器次級的輸是變壓器次級的輸出電壓也稱副邊電壓）。一般設(shè)出電壓也稱副邊電壓）。一般設(shè)u2的波形如圖的波形如圖12.2b所示。所示。wtUwtUusin2sinm22 設(shè)二極管為理想二極管，在電壓u 2的正半周，二極管D正偏導(dǎo)通，電流i D經(jīng)二極管流向負載RL，在RL上就得到一個上正下負的電壓；在u 2的負半周，二極管D反偏截止，流過負載的電流為0，因而RL上電壓為0。這樣以來，在u2信號的一個周期內(nèi)，RL上只有半個周期有電流通過，結(jié)果在RL兩端得到的輸出電壓u O就是單方向的，且近似為半個周期的正弦波，

9、所以叫“半波整流電路”。半波整流電路中各段電壓、電流的波形如圖12.2b所示。12.2.2 單相全波整流電路單相全波整流電路 為提高電源的利用率，可將兩個單相半波整流電路合起為提高電源的利用率，可將兩個單相半波整流電路合起來組成一個單相全波整流電路。它的指導(dǎo)思想是利用具有中來組成一個單相全波整流電路。它的指導(dǎo)思想是利用具有中心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使兩個二極管在心抽頭的變壓器與兩個二極管配合，使兩個二極管在u2的正的正半周和負半周輪流導(dǎo)通，而且兩種情況下流過半周和負半周輪流導(dǎo)通，而且兩種情況下流過RL的電流保持的電流保持同一方向，從而使正、負半周在負載上均有輸出電壓。同一方向，從而使正

10、、負半周在負載上均有輸出電壓。 單相全波整流電路的原理圖如圖單相全波整流電路的原理圖如圖12.3a所示。圖中所示。圖中變壓器的兩個副邊電壓大小相等，同名端如圖所示。在變壓器的兩個副邊電壓大小相等，同名端如圖所示。在u2的的正半周，整流管正半周，整流管D1導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流i D1經(jīng)過經(jīng)過D1流向負載流向負載RL，在，在RL上產(chǎn)生上正下負的單向脈動電壓，此時上產(chǎn)生上正下負的單向脈動電壓，此時D2因承受反向電因承受反向電壓而截止；在壓而截止；在u2的負半周，整流管的負半周，整流管D2導(dǎo)通，電流導(dǎo)通，電流iD2經(jīng)過經(jīng)過D2流向負載流向負載RL，在，在RL上也產(chǎn)生上正下負的單向脈動電壓，上也產(chǎn)生上正

11、下負的單向脈動電壓，此時此時D1因承受反向電壓而截止。這樣，在因承受反向電壓而截止。這樣，在u2的整個周期內(nèi)，的整個周期內(nèi)，RL上均能得到單方向的直流脈動電壓，故稱之為全波整流電上均能得到單方向的直流脈動電壓，故稱之為全波整流電路，其波形如圖路，其波形如圖12.3b所示。所示。 由圖12.3b所示波形可見，全波整流電路輸出電壓uO的波形所包圍的面積是半波整流電路的兩倍，所以其平均值也是半波整流的兩倍。另外，全波整流輸出波形的脈動成分比半波整流時有所下降。但是，由圖8.3a全波整流電路可知，在u2的負半周時，D2導(dǎo)通，D1截止，此時變壓器副邊兩個繞組的電壓全部加到二極管D1的兩端，因此二極管承受

12、的反向電壓較高，其最大值等于 。此外，全波整流電路必須采用具有中心抽頭的變壓器，而且每個線圈只有一半時間通過電流，所以變壓器的利用率不高。12.2.3 單相橋式整流電路 針對單相全波整流電路的缺點，希望仍用只有一個副邊線圈的變壓器，而能達到全波整流的目的。為此，提出了如圖12.4a所示的單相橋式整流電路。電路中采用了D1D4四只二極管，并且接成電橋形式，因此得名。 在變壓器副邊電壓u2的正半周，D1、D2導(dǎo)通，D3、D4截止，電流流經(jīng)D1、RL、D2，在負載RL上產(chǎn)生上正下負的單向脈動電壓。在u2的負半周，D3、D4導(dǎo)通，D1、D2截止，電流流經(jīng)D3、RL、D4，在負載RL上也產(chǎn)生上正下負的單

13、向脈動電壓。這樣，在u2的整個周期內(nèi)，負載RL上均能得到直流脈動電壓，這與全波整流電路一樣。它與全波整流電路不同之處是，每個半周均有兩只二極管導(dǎo)通，且由于變壓器副邊只有一個繞組，因而每個二極管截止時所承受的反向電壓u2僅是全波整流電路的一半。所有波形如圖12.4d所示。橋式整流電路還可以有其它畫法，如圖12.4b）、（c所示。222U 由圖可見，橋式整流電路無需采用具有中心抽頭的變壓器，仍能達到全波整流的目的。而且，整流二極管承受的反向電壓也不高。但是電路中需用四只二極管。 12.2.4 整流電路的主要參數(shù) 描述整流電路技術(shù)性能的主要參數(shù)有以下幾項：整流電路輸出直流電壓即輸出電壓及輸出電流的平

14、均值U OAV和I OAV），整流電路輸出電壓的脈動系數(shù)S，整流二極管正向平均電流I DAV以及整流二極管承受的最大反向峰值電壓U RM。 現(xiàn)以應(yīng)用比較廣泛的單相橋式整流電路為例，具體分析上述各項主要參數(shù)。 1. 輸出電壓及輸出電流的平均值 輸出直流電壓U OAV是整流電路的輸出電壓瞬時值u O在一個周期內(nèi)的平均值，即由圖12.4d可見，在橋式整流電路中)d(2120OO(AV)wtuU2220O(AV)9022)d(sin21UUwtwtUU(12-1) 上式說明，在橋式整流電路中，負載上得到的直流電壓約為變壓器副邊電壓u 2有效值的90%。這個結(jié)果是在理想情況下得到的，如果考慮到整流電路內(nèi)

15、部二極管正向內(nèi)阻和變壓器等效內(nèi)阻上的壓降，輸出直流電壓的實際數(shù)值還要低一些。 輸出平均電流I OAV為 2. 脈動系數(shù)S 整流電路輸出電壓的脈動系數(shù)S定義為輸出電壓基波的最大值U O1m與其平均值U OAV之比，即 為了估算U O1m，可將圖12.4d中橋式整流電路的輸出波形用傅立葉級數(shù)表示如下：L2LO(AV)O(AV)90RURUI (12-2)O(AV)m1OUUS )6cos3544cos1542cos342(22OwtwtwtUu 式中第一項為輸出電壓的平均值，第二項即是其基波成分。由式可見，基波頻率為2w，基波的最大值為因此脈動系數(shù)為 即橋式整流電路輸出脈動系數(shù)為67%。通過比較可

16、知，橋式整流電路的脈動成分雖然比半波整流電路有所下降，但數(shù)值仍然比較大。2m1O324UU6702232422UUS (12-3) 3. 二極管正向平均電流二極管正向平均電流I DAV） 溫升是決定半導(dǎo)體器件使用極限的一個重要指標，整流二極管的溫升本溫升是決定半導(dǎo)體器件使用極限的一個重要指標，整流二極管的溫升本來應(yīng)該與通過二極管的電流有效值有關(guān)，但是由于平均電流是整流電路的主來應(yīng)該與通過二極管的電流有效值有關(guān)，但是由于平均電流是整流電路的主要工作參數(shù)，因此在出廠時已將二極管允許的溫升折算成半波整流電流的平要工作參數(shù)，因此在出廠時已將二極管允許的溫升折算成半波整流電流的平均值，在器件手冊中給出。

17、均值，在器件手冊中給出。 在橋式整流電路中，二極管在橋式整流電路中，二極管D1、D2和和D3、D4輪流導(dǎo)通，由圖輪流導(dǎo)通，由圖12.4d所示波形圖可以看出，每個整流二極管的平均電流等于輸出電流平均值的一所示波形圖可以看出，每個整流二極管的平均電流等于輸出電流平均值的一半，即半，即 當負載電流平均值已知時，可以根據(jù)當負載電流平均值已知時，可以根據(jù)IOAV來選定整流二極管的來選定整流二極管的IDAV）。在實際選用二極管時，要使得二極管的最大整流電流）。在實際選用二極管時，要使得二極管的最大整流電流IFIDAV）。）。 4. 二極管最大反向峰值電壓二極管最大反向峰值電壓URM 每個整流管的最大反向峰

18、值電壓每個整流管的最大反向峰值電壓URM是指整流管不導(dǎo)電時，在它兩端出是指整流管不導(dǎo)電時，在它兩端出現(xiàn)的最大反向電壓。選管時應(yīng)注意，二極管的最大反向工作電壓現(xiàn)的最大反向電壓。選管時應(yīng)注意，二極管的最大反向工作電壓URURM，以免被擊穿。由圖以免被擊穿。由圖8.4d波形容易看出，整流二極管承受的最大反向電波形容易看出，整流二極管承受的最大反向電壓就是變壓器副邊電壓的最大值，即壓就是變壓器副邊電壓的最大值，即O(AV)D(AV)21II (12-4)2RM2UU (12-5) 例例12.1 已知交流電壓已知交流電壓u 1 = 220 V，負載電阻，負載電阻RL =50，采用橋式，采用橋式整流電路，

19、要求輸出電壓整流電路，要求輸出電壓U O = 24 V。試問如何選用二極管？。試問如何選用二極管？ 解：解： 先求通過負載的直流電流先求通過負載的直流電流則二極管的平均電流則二極管的平均電流變壓器次級電壓有效值變壓器次級電壓有效值選管時應(yīng)滿足選管時應(yīng)滿足 因此可選用型號為因此可選用型號為2CZ54C的二極管，其最大整流電流為的二極管，其最大整流電流為500 mA，反向工作峰值電壓為反向工作峰值電壓為100 V。mA4805024LOORUImA24021ODIIV626902490O2UUV27562622222RUU 例例12.2 某電子設(shè)備要求電壓值為某電子設(shè)備要求電壓值為15 V的直流電

20、源，已知負載電阻的直流電源，已知負載電阻RL = 50，試問，試問 （1若選用單相橋式整流電路，則電源變壓器副邊電壓有效值若選用單相橋式整流電路，則電源變壓器副邊電壓有效值U2應(yīng)應(yīng)為多少？整流二極管正向平均電流為多少？整流二極管正向平均電流IDAV和最大反向電壓和最大反向電壓URM各為多各為多少？輸出電壓的脈動系數(shù)少？輸出電壓的脈動系數(shù)S等于多少？等于多少？ （2若改用單相半波整流電路，則若改用單相半波整流電路，則U2、IDAV）、）、URM和和S各為多各為多少？少？ 解：（解：（1由式由式12-1可知可知根據(jù)所給條件，可得輸出直流電流為根據(jù)所給條件，可得輸出直流電流為由式由式12-4和式和式

21、12-5可得可得 I DAV） = I OAV）/2 = 0.3/2 = 0.15 A = 150 mAV716901590(AV)O2UUmA300A305015LO(AV)O(AV)RUI URM = U 2 16.723.6 V此時脈動系數(shù)為 S = 0.67 = 67 % （2若改用半波整流電路，那么 I DAV） = I OAV） = 300 mA U RM = U2 33.347.1 V S = 1.57 = 157 % 22V33345015450(AV)O2UU2212.3 濾波電路濾波電路 為了降低整流電路輸出電壓的脈動成分，需要采為了降低整流電路輸出電壓的脈動成分，需要采取

22、由電容或電感等儲能元件組成的濾波電路進行濾波，取由電容或電感等儲能元件組成的濾波電路進行濾波，以得到波形平滑的直流電壓。以得到波形平滑的直流電壓。12.3.1 電容濾波電路電容濾波電路 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 圖圖12.5a所示為單相橋式整流的電容濾波電所示為單相橋式整流的電容濾波電路。其中與負載并聯(lián)的電容路。其中與負載并聯(lián)的電容C稱為濾波電容。圖稱為濾波電容。圖12.5b所示為濾波電路的工作波形圖。如前所述，在所示為濾波電路的工作波形圖。如前所述，在整流電路不接電容整流電路不接電容C時，負載時，負載RL上的脈動電壓波形如上的脈動電壓波形如圖圖12.5b中虛線所示。中虛線所

23、示。 當電路接入濾波電容C之后，在u2正半周里，D1和D2導(dǎo)通，電源除向負載RL提供電流i O之外，還有一個電流i C向電容充電。若忽略變壓器繞組的內(nèi)阻和二極管導(dǎo)通電阻，則電容上電壓uC將隨著u2的上升很快充電到u2的峰值 U2。以后，u2按正弦規(guī)律從峰值開始下降。當u 2u C后，四只二極管由于反偏而全部截止。電容C則通過RL進行放電，同時電容上的電壓uC即負載RL兩端電壓u O按指數(shù)規(guī)律慢慢下降，下降的速度由放電時間常數(shù)= RLC決定。放電波形如圖12.5b中的實線所示。待到u2的負半周|u2|uC時，D3和D4導(dǎo)通，電源再次向負載提供電流并向電容充電。當uC達到峰值之后，|u2|又按正弦

24、規(guī)律下降，電容再對負載放電。當|u2|uC 時，四只二極管又全部截止。隨著放電的進行，uCuO再次按指數(shù)規(guī)律下降。如此循環(huán)，輸出電壓uO變成了比較平滑的直流電壓，如圖12.5b中的實線所示。 輸出電壓u O的平滑程度取決于濾波電容的放電時間常數(shù)= RLC，越大，放電過程越慢，將使得輸出直流平均電壓越高，脈動成分越小，濾波效果越好。除了濾波電容C的容量外，負載電阻RL的大小也影響濾波效果。RL減小或負載電流增大將使輸出電壓平均值減小，同時輸出脈動成分增大。所以，電容濾波電路適用于負載電流小且變化范圍不大的場合。2 2. 濾波電容的選擇濾波電容的選擇 由以上分析可知，濾波電容容量的大小直接影響到放

25、電時間常數(shù)的大小，由以上分析可知，濾波電容容量的大小直接影響到放電時間常數(shù)的大小，從而影響到濾波的效果。從理論上講，濾波電容越大，放電過程越慢，輸從而影響到濾波的效果。從理論上講，濾波電容越大，放電過程越慢，輸出電壓越平滑，平均值也越高。但實際上，大容量的電容體積很大，并將出電壓越平滑，平均值也越高。但實際上，大容量的電容體積很大，并將使整流二極管流過更大的沖擊電流。因此在實際電路中，對于全波或橋式使整流二極管流過更大的沖擊電流。因此在實際電路中，對于全波或橋式整流電路，常根據(jù)經(jīng)驗公式來選擇濾波電容的容量整流電路，常根據(jù)經(jīng)驗公式來選擇濾波電容的容量 R LC （35） （12-6） 式中式中T

26、為電網(wǎng)交流電壓的周期。在上述條件下，輸出電壓平均值為電網(wǎng)交流電壓的周期。在上述條件下，輸出電壓平均值 一般選擇幾十至幾千微法的電解電容，其耐壓值應(yīng)大于。在濾波電容接入一般選擇幾十至幾千微法的電解電容，其耐壓值應(yīng)大于。在濾波電容接入電路時，要注意電解電容的極性不能接反。電路時，要注意電解電容的極性不能接反。2T2O(AV)21UU12.4.2 電感濾波電路電感濾波電路 由于電容器具有通高頻、阻低頻的特性，因此用電容濾由于電容器具有通高頻、阻低頻的特性，因此用電容濾波時電容是并聯(lián)于負載上的。而電感具有通低頻、阻高頻的波時電容是并聯(lián)于負載上的。而電感具有通低頻、阻高頻的特性，因而用電感濾波時，必須將

27、電感串聯(lián)于負載電路中，特性，因而用電感濾波時，必須將電感串聯(lián)于負載電路中，利用電感阻止電流變化的特點實現(xiàn)濾波。電感濾波電路如圖利用電感阻止電流變化的特點實現(xiàn)濾波。電感濾波電路如圖12-6所示。所示。 為了取得更好的濾波效果，可采用為了取得更好的濾波效果，可采用LC濾波電路和濾波電路和型型LC濾波電路，如圖濾波電路，如圖12-7和圖和圖12-8所示。所示。12.4 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 整流、濾波后得到的平滑直流電壓會隨電網(wǎng)電整流、濾波后得到的平滑直流電壓會隨電網(wǎng)電壓的波動和負載的改變而變動。為了能夠提供更加壓的波動和負載的改變而變動。為了能夠提供更加穩(wěn)定的直流電壓，需要在整流濾波后加上

28、穩(wěn)壓電路，穩(wěn)定的直流電壓，需要在整流濾波后加上穩(wěn)壓電路，使輸出直流電壓在上述兩種變化條件下保持穩(wěn)定。使輸出直流電壓在上述兩種變化條件下保持穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路的種類和形式很多，本節(jié)首先介紹比較簡穩(wěn)壓電路的種類和形式很多，本節(jié)首先介紹比較簡單的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。單的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。12.4.1 電路組成及穩(wěn)壓原理電路組成及穩(wěn)壓原理 穩(wěn)壓管的伏安特性和用穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管的伏安特性和用穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路如圖如圖12.9a）、（）、（b所示，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路由穩(wěn)所示，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓管壓管DZ和限流電阻和限流電阻R組成。組成。 穩(wěn)壓管的正向特性和普通二極管相同。從它的穩(wěn)壓管的正向特性和普通二極管

29、相同。從它的反向特性可知，在圖反向特性可知，在圖12.9b所示電路中，如果所示電路中，如果能保證穩(wěn)壓管始終工作在它的穩(wěn)壓區(qū)，即保證穩(wěn)壓能保證穩(wěn)壓管始終工作在它的穩(wěn)壓區(qū)，即保證穩(wěn)壓管的電流管的電流Iz minIDZ IZ max，則，則UO基本穩(wěn)定，基本穩(wěn)定，其值為其值為UZ。按照國家標準，電網(wǎng)電壓允許的波動范。按照國家標準，電網(wǎng)電壓允許的波動范圍為圍為10 %，而圖，而圖b所示穩(wěn)壓電路中，輸入電所示穩(wěn)壓電路中，輸入電壓壓UI是整流濾波電路的輸出電壓，因此當電網(wǎng)電壓是整流濾波電路的輸出電壓，因此當電網(wǎng)電壓波動時，波動時，UI將隨之變化，使得將隨之變化，使得UO變化。另外，當變化。另外，當整流濾波

30、電路的負載電阻電流變化時，整流濾波電路的負載電阻電流變化時，UO也將也將隨之變化。所以應(yīng)從電網(wǎng)電壓波動和負載變化兩個隨之變化。所以應(yīng)從電網(wǎng)電壓波動和負載變化兩個方面來考察電路是否有穩(wěn)壓作用。分析如下：方面來考察電路是否有穩(wěn)壓作用。分析如下： 1. 電網(wǎng)電壓波動時輸出電壓基本不變電網(wǎng)電壓波動時輸出電壓基本不變 假設(shè)負載電阻假設(shè)負載電阻R L不變，當電網(wǎng)電壓升高使不變，當電網(wǎng)電壓升高使U I增大時，輸出電壓增大時，輸出電壓UO也將隨之增大。根據(jù)穩(wěn)壓管反向特性，穩(wěn)壓管兩端電壓的微小增加，將使也將隨之增大。根據(jù)穩(wěn)壓管反向特性，穩(wěn)壓管兩端電壓的微小增加，將使流過穩(wěn)壓管的電流流過穩(wěn)壓管的電流I DZ急劇增

31、加，因為急劇增加，因為I R = I DZ + I O，IDZ增加使增加使IR增大，電阻增大，電阻R上的壓降上的壓降U R隨之增大，以此來抵消隨之增大，以此來抵消UI的升高，從而使輸出的升高，從而使輸出電壓電壓UO基本不變。當電網(wǎng)電壓降低時，基本不變。當電網(wǎng)電壓降低時，U I、I DZ、I 及及R上電壓的變化上電壓的變化與上述過程相反，與上述過程相反，UO也基本不變。可見，在電網(wǎng)電壓變化時，也基本不變?？梢?，在電網(wǎng)電壓變化時，U U I，從而使得，從而使得UO穩(wěn)定。穩(wěn)定。 2. 負載電阻電流變化時輸出電壓基本不變負載電阻電流變化時輸出電壓基本不變 假設(shè)輸入電壓假設(shè)輸入電壓U I 保持不變，當負

32、載電阻變小，即負載電流保持不變，當負載電阻變小，即負載電流I O增大時，增大時，造成流過電阻造成流過電阻R的電流的電流I R增大，增大，R上壓降也隨之增大，從而使得輸出電壓上壓降也隨之增大，從而使得輸出電壓U O下降。但下降。但U O的微小下降將使流過穩(wěn)壓管的電流的微小下降將使流過穩(wěn)壓管的電流I DZ急劇減小，補償急劇減小，補償 I O的增大，從而使的增大，從而使IR基本不變，基本不變，R上壓降也就基本不變，最終使輸出電壓上壓降也就基本不變，最終使輸出電壓UO基本不變。當基本不變。當I O減小時，減小時，I DZ和和R上電壓變化與上述過程相反，上電壓變化與上述過程相反，U O也基本不變?？梢?，

33、在負載電流變化時，也基本不變?？梢姡谪撦d電流變化時，I DZ-I O，從而使得，從而使得UO穩(wěn)穩(wěn)定。定。12.4.2 限流電阻的選擇限流電阻的選擇 在圖在圖12.9b所示的穩(wěn)壓電路中，限流電阻所示的穩(wěn)壓電路中，限流電阻R是個很重是個很重要的元件，其阻值必須選擇合適才能保證穩(wěn)壓管既能穩(wěn)壓又要的元件，其阻值必須選擇合適才能保證穩(wěn)壓管既能穩(wěn)壓又不至于損壞。從圖不至于損壞。從圖12.9b所示電路可知，所示電路可知，R中電流中電流ODZOIRIIRUUI若R取值過小，則當負載電流最小且U I最大即電網(wǎng)電壓產(chǎn)生+10 %動搖時，流過穩(wěn)壓管的電流可能超過其允許的最大電流I Z max，造成穩(wěn)壓管損壞；若R

34、取值過大，則當負載電流最大且U I最小即電網(wǎng)電壓產(chǎn)生-10 %動搖時，將使得流過穩(wěn)壓管的電流可能減小到最小工作電流I Z min以下，使穩(wěn)壓管失去穩(wěn)壓作用。因而，選擇R的阻值應(yīng)該滿足下述關(guān)系： IZ max 或 R （12-7） IZ min 或 R （12-8）綜上所述應(yīng)選擇 R （12-9）nOmiZmaxIIRUUOminZmaxZmaxIIIUUaxOmZinImIRUUaxOmminZZminIIIUUinOmmaxZZmaxIIIUUmaxOminZZIminIIUU12.5 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路12.5.1 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 1. 電路組成電路

35、組成 圖圖12.10所示是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。它由基準所示是串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路。它由基準電壓源、比較放大電路、調(diào)整電路和采樣電路四部分電壓源、比較放大電路、調(diào)整電路和采樣電路四部分組成。三極管組成。三極管T接成射極輸出器形式，主要起調(diào)整作接成射極輸出器形式，主要起調(diào)整作用。因為它與負載用。因為它與負載RL相串聯(lián)，所以這種電路稱為串相串聯(lián)，所以這種電路稱為串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管DZ和限流電阻和限流電阻R組成基準電壓源，提供基組成基準電壓源，提供基準電壓準電壓UZ。電阻。電阻R1、RW和和R2組成采樣電路。當輸組成采樣電路。當輸出電壓變化時，采樣電阻將其變化量的一部分

36、出電壓變化時，采樣電阻將其變化量的一部分UF送送到比較放大電路。運算放大器到比較放大電路。運算放大器A組成比較放大電路。組成比較放大電路。采樣電壓采樣電壓UF和基準電壓和基準電壓UZ分別送至運算放大器分別送至運算放大器A的的反相輸入端和同相輸入端，進行比較放大，其輸出端反相輸入端和同相輸入端，進行比較放大，其輸出端與調(diào)整管的基極相接，以控制調(diào)整管的基極電位。與調(diào)整管的基極相接，以控制調(diào)整管的基極電位。 2. 工作原理工作原理 當電網(wǎng)電壓的波動使當電網(wǎng)電壓的波動使UI升高或者負載變動使升高或者負載變動使IL減小時，減小時，UO應(yīng)隨之升應(yīng)隨之升高，采樣高，采樣UF也升高，因基準電壓也升高，因基準電

37、壓UZ基本不變，它與基本不變，它與UF比較放大后，使調(diào)比較放大后，使調(diào)整管基極電位降低，調(diào)整管的集電極電流減小，集電極整管基極電位降低，調(diào)整管的集電極電流減小，集電極-發(fā)射極之間電壓發(fā)射極之間電壓增大，從而使輸出電壓增大，從而使輸出電壓UO基本不變?；静蛔?。 同理，當同理，當UI下降或者下降或者IL增大時，增大時，UO應(yīng)隨之下降，采用電壓應(yīng)隨之下降，采用電壓UF也減小，也減小，它與基準電壓它與基準電壓UZ比較放大后，使調(diào)整管基極電位升高，調(diào)整管的集電極比較放大后，使調(diào)整管基極電位升高，調(diào)整管的集電極電流增大，電流增大，c-e間電壓減小，從而使輸出電壓間電壓減小，從而使輸出電壓UO保持基本不變

38、。由此可見，保持基本不變。由此可見，電路的穩(wěn)壓實質(zhì)上是通過負反饋使輸出電壓維持穩(wěn)定的過程。電路的穩(wěn)壓實質(zhì)上是通過負反饋使輸出電壓維持穩(wěn)定的過程。 3. 輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍 改變采樣電路中間電位器改變采樣電路中間電位器RW抽頭的位置，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。抽頭的位置，可以調(diào)節(jié)輸出電壓的大小。 設(shè)A是理想運放，它工作在線性放大區(qū)，故有UF = UZ。從采用電路可知所以當電位器抽頭調(diào)至RW的上端時， = RW，此時輸出電壓最小。即當電位器抽頭調(diào)至RW的下端時， = 0，此時輸出電壓最大。即 OW21 W2FURRRRRUZ W2W21OURRRRRU WRZW2W21minOUR

39、RRRRU (12-10) WRZ2W21maxOURRRRU(12-11)12.5.2 集成穩(wěn)壓電路概述集成穩(wěn)壓電路概述 隨著集成技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實現(xiàn)集成化。從隨著集成技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實現(xiàn)集成化。從20世紀世紀60年代末開始，集成穩(wěn)壓器已經(jīng)成為模擬集成電路的年代末開始，集成穩(wěn)壓器已經(jīng)成為模擬集成電路的一個重要組成部分。目前已能大量生產(chǎn)各種型號的單片集成一個重要組成部分。目前已能大量生產(chǎn)各種型號的單片集成穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓電路體積小，使用調(diào)整方便，性能穩(wěn)定，穩(wěn)壓電路。集成穩(wěn)壓電路體積小，使用調(diào)整方便，性能穩(wěn)定，而且成本低，因此應(yīng)用日益廣泛。而且成本低，因此應(yīng)用日益廣泛。 集

40、成穩(wěn)壓電路的工作原理與分立元件的穩(wěn)壓電路是相同的。集成穩(wěn)壓電路的工作原理與分立元件的穩(wěn)壓電路是相同的。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同樣包括有基準電壓源、比較放大器、調(diào)整電它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)同樣包括有基準電壓源、比較放大器、調(diào)整電路、采樣電路和保護電路等部分。它是通過各種工藝將元器路、采樣電路和保護電路等部分。它是通過各種工藝將元器件集中制作在一塊小硅片上，封裝后把整個穩(wěn)壓電路變成了件集中制作在一塊小硅片上，封裝后把整個穩(wěn)壓電路變成了一個部件，即集成電路。它以一個單體的形式參與電路工作，一個部件，即集成電路。它以一個單體的形式參與電路工作，因此使用起來靈活方便。因此使用起來靈活方便。 集成穩(wěn)壓電路的類型很多。按其內(nèi)部

41、的工作方式可分為串集成穩(wěn)壓電路的類型很多。按其內(nèi)部的工作方式可分為串聯(lián)型、并聯(lián)型、開關(guān)型；按其外部特性可分為三端固定式、聯(lián)型、并聯(lián)型、開關(guān)型；按其外部特性可分為三端固定式、三端可調(diào)式、多端固定式、多端可調(diào)式、正電壓輸出式、負三端可調(diào)式、多端固定式、多端可調(diào)式、正電壓輸出式、負電壓輸出式；按其型號分類又有電壓輸出式；按其型號分類又有CW78系列、系列、CW79系列、系列、W2系列、系列、WA7系列、系列、WB7系列、系列、FW5系列等。系列等。 1. 固定輸出電壓電路固定輸出電壓電路 圖圖12-11a所示電路是所示電路是W7800系列作為固定輸出時的典型接線圖。系列作為固定輸出時的典型接線圖。為

42、了保證穩(wěn)壓器正常工作，最小輸入輸出電壓差至少為為了保證穩(wěn)壓器正常工作，最小輸入輸出電壓差至少為23 V；輸入端的；輸入端的電容電容Ci一般取一般取0.11F，其作用是在輸入線較長時抵消其感應(yīng)效應(yīng)，防，其作用是在輸入線較長時抵消其感應(yīng)效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩；輸出端的止產(chǎn)生自激振蕩；輸出端的Co是為了消除電路的高頻噪聲，改善負載瞬態(tài)是為了消除電路的高頻噪聲，改善負載瞬態(tài)響應(yīng)，一般取響應(yīng)，一般取0.1F。如果需要負電源時，可采用圖。如果需要負電源時，可采用圖12-11b所示的所示的應(yīng)用電路。應(yīng)用電路。 2.提高輸出電壓的電路提高輸出電壓的電路 目前，三端穩(wěn)壓器的最高輸出電壓是目前，三端穩(wěn)壓器的最高輸

43、出電壓是24 V。當需要大于。當需要大于24 V的輸出的輸出電壓時，可采用圖電壓時，可采用圖12-12所示的電路提高輸出電壓。圖中所示的電路提高輸出電壓。圖中VXX是三端穩(wěn)壓是三端穩(wěn)壓器的標稱輸出電壓；器的標稱輸出電壓；IZ是組件的穩(wěn)態(tài)電流，約為幾是組件的穩(wěn)態(tài)電流，約為幾mA；外接電阻；外接電阻R1上上的電壓是的電壓是VXX；R2接在穩(wěn)壓器公共端接在穩(wěn)壓器公共端3和電源公共端之間。按圖示接法和電源公共端之間。按圖示接法的輸出電壓為的輸出電壓為2Z12XXo)1 (RIRRVU(12-12) 3具有正負電壓輸出的穩(wěn)壓電源具有正負電壓輸出的穩(wěn)壓電源 當需要正負電壓同時輸出時，可用一塊當需要正負電壓

44、同時輸出時，可用一塊W7800正壓單片穩(wěn)壓器和一正壓單片穩(wěn)壓器和一塊塊W7900負壓單片穩(wěn)壓器連接成圖負壓單片穩(wěn)壓器連接成圖12-13所示的電路。這兩塊穩(wěn)壓器有所示的電路。這兩塊穩(wěn)壓器有一個公共接地端，并共用整流電路。一個公共接地端，并共用整流電路。 例12-3 試應(yīng)用集成穩(wěn)壓器設(shè)計一個能固定輸出5 V電壓的直流穩(wěn)壓電源。 解：（1因所要設(shè)計的直流穩(wěn)壓電源是固定式輸出，且輸出既有正電壓也有負電壓，故可選擇三端固定式集成穩(wěn)壓器如W7800系列或W7900系列）。通過查閱手冊可知W7805集成穩(wěn)壓器可輸出+5 V直流電壓、W7905集成穩(wěn)壓器可輸出-5 V直流電壓，可以選用。 （2集成穩(wěn)壓器W78

45、00系列正電源和W7900系列負電源的典型應(yīng)用電路如圖12-14所示。圖中輸入端電容C3、C4主要用來改善輸入電壓的紋波，一般為零點幾F，可選0.33F。輸出端電容C5、C6用來消除電路中可能存在的高頻噪聲，即改善負載的瞬態(tài)響應(yīng)，可選0.1F。W7805的輸入電壓為730 V，W7905的輸入電壓為-7-25 V，可以均按輸入電壓大小為12 V設(shè)計。交流輸入電壓U1220 V/50 Hz經(jīng)降壓、整流、濾波濾波電容C1 = C2 = 2200F后，分別供給12 V大小的電壓，該電壓是變壓器副邊總電壓平均值的一半，即U2/2）0.9 = 12 V，因此U2 = 12/0.45 26.6 V。由此可

46、選擇變壓器邊壓比n = U1：U2 = 220：26.68：1。實驗十五實驗十五 整流、濾波及串聯(lián)型穩(wěn)壓電源整流、濾波及串聯(lián)型穩(wěn)壓電源一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、了解單相橋式整流電路的工作原理。、了解單相橋式整流電路的工作原理。2、了解電容濾波電路的作用。、了解電容濾波電路的作用。3、了解基本穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理。、了解基本穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理。4、掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理及技術(shù)指標的測、掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理及技術(shù)指標的測試方法。試方法。二、實驗儀器及設(shè)備二、實驗儀器及設(shè)備1、直流電壓表；、直流電壓表；2、直流毫伏表；、直流毫伏表；3、交流毫伏表；、交流毫伏表；4、示波器；

47、、示波器；5、100 W單相調(diào)壓器；單相調(diào)壓器；6、TB型模擬電路實驗儀及型模擬電路實驗儀及號實驗?zāi)０?。號實驗?zāi)０?。三、實驗原理及步驟三、實驗原理及步驟1、整流、濾波電路、整流、濾波電路橋式整流電路如實驗圖橋式整流電路如實驗圖12-1所示。利用二極管的單所示。利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟娮兂蓡畏较蛎}動的直流電。向?qū)щ娦裕瑢⒔涣麟娮兂蓡畏较蛎}動的直流電。 （1在實驗儀上用號實驗?zāi)０灏磳嶒瀳D12-1連好線，然后接通實驗?zāi)０寮皩嶒瀮x電源。 （2接通電源后，用示波器觀察整流前后的波形及任一個二極管兩端的電壓波形。 （3改變負載電阻RL，觀察Ud的變化波形及電壓值），描出外特性曲線。Ud為輸出電壓，

48、Id為負載電流，通過測出RL值計算而得。 2、基本穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 （1按照實驗圖12-2，在橋式整流電路的輸出端按實驗圖12-2接線，連接成基本穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。 （2用萬用表測出穩(wěn)壓電路輸出電壓Ud和UW。 （3接入負載電阻RL并改變RL，用萬用表測出UW的變化。 （4當RL斷開和RL = 80時，計算通過穩(wěn)壓管2CW的穩(wěn)定電流值各為多少？并檢驗是否滿足穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓的條件。LddRUI注：（1穩(wěn)定電流通過測量穩(wěn)壓電阻R1可得； （22CW：最大耗散功率 0.5 W； 最大工作電流 83 mA 穩(wěn)定電壓 5.86.2 V預(yù)習(xí)要求：（1如果去掉濾波電容C和負載開路，直流電壓等于多少？（2如何選

49、擇二極管的反向耐壓值？（3了解穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓原理。3、串聯(lián)型穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的實驗原理圖如實驗圖12-3所示，其中的整流部分是單相橋式整流、電容濾波電路，穩(wěn)壓部分為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。它由調(diào)整管T1 、T2，比較放大器T4、R1，取樣電路R7、R8、RW，基準電壓R5、DW和過流保護電路T3及電阻R3、R4、R6等組成。（1按照實驗圖12-3在號實驗?zāi)０迳?，熟悉各元件安裝位置。接線無誤方可通電。（2測量穩(wěn)壓電路輸出電壓Udo的調(diào)節(jié)范圍。（3接負載電阻RL，調(diào)節(jié)電位器RP，觀察輸出電壓是否可以改變。輸出電壓可調(diào)時，測量Udo的最大值和最小值及對應(yīng)的穩(wěn)壓電路的輸入電壓Udi和調(diào)整管T1的管壓降UCE1，將測得的結(jié)果記入實驗表12-1中。（4測量穩(wěn)壓電路的外特性 將輸入