直流穩(wěn)壓電源課件

1、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、單相整流電路三、濾波電路三、濾波電路四、穩(wěn)壓電路四、穩(wěn)壓電路五、集成穩(wěn)壓電源五、集成穩(wěn)壓電源第十章第十章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源學到了什么?1:直流穩(wěn)壓電路的組成.2:整流電路 (1)整流元件及作用, (2)單相半波整流電路圖及各量間的關系. (3)單相橋式整流電路圖及各量間的關系. (4)如何選用整流二極管.3濾波電路 (1)濾波元件及作用. (2)單相半波濾波濾波電路圖及各量間的關系. (3)單相橋式濾波電路圖及各量間的關系. (4)如何選用濾波電容.4穩(wěn)壓電路 (1)穩(wěn)壓二極管的符號及工作條件. (2)硅二穩(wěn)壓

2、極管電路圖. (3)如何選用穩(wěn)壓二極管及限流電阻. (4)畫出具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)穩(wěn)壓電路（5）串聯(lián)穩(wěn)壓電路中各量間的關系。 電源變壓器電源變壓器: 將交流電網電壓將交流電網電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓變?yōu)楹线m的交流電壓u2。 整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓u3。 濾波電路濾波電路: 將脈動直流電壓將脈動直流電壓u3轉轉變?yōu)槠交闹绷麟妷鹤優(yōu)槠交闹绷麟妷簎4。 穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: 清除電網波動及負載變化的影響清除電網波動及負載變化的影響,保持輸出電壓保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整整 流流 電電

3、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u1u2u3u4uo單相半波整流電壓波形單相半波整流電壓波形u1u2aTbV DRLuouDu2 tuouD 2 3 4 0u2VD3VD2VD1VD4RLuo單相橋式整流電路單相橋式整流電路1. 電容濾波電路電容濾波電路a橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路u1u2u1bVD4D2D1D3RLuoSC2. 電感濾波電路電感濾波電路電路結構電路結構: 在橋式整流電路與負載間串入一電感在橋式整流電路與負載間串入一電感L就構成了電感濾波電路。就構成了電感濾波電路。u2u1RLLuo

4、二二. . 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 利用穩(wěn)壓二極管的利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。反向擊穿特性。 由于反向特性陡直，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只較大的電流變化，只會引起較小的電壓變會引起較小的電壓變化。化。 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1. 1. 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理T1調整管調整管R3 、 T2比較放大比較放大R1 、 RW 、R2采樣電阻采樣電阻R 、 UZ基準電壓基準電壓3. 分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2 常用的集成三端穩(wěn)壓器的類型常用的集成三端穩(wěn)壓器的類型類

5、型：類型：W7800系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓W7805 輸出輸出+5V W7809 輸出輸出+9V W7812 輸出輸出+12V W7815 輸出輸出+15V W7900系列系列 穩(wěn)定負電壓穩(wěn)定負電壓W7905 輸出輸出-5V W7909 輸出輸出-9V W7912 輸出輸出-12V W7915 輸出輸出-15V1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖123+_W7805UI+_Uo132CI0.11 FCo1F+10V+5V注意：注意：輸入與輸出端輸入與輸出端 之間的電壓不之間的電壓不 得低于得低于

6、3V！1端端: 公共端公共端2端端: 輸入端輸入端3端端: 輸出端輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖系列穩(wěn)壓器外形及典型接線圖123+W7905UI+Uo231CI0.11 FCo1F-10V-5V例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k ，求，求輸出電壓的調節(jié)范圍。輸出電壓的調節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+=4=6V4.74.7+=4.74.7+ 4.7221ZWOmaxURRRRU+=4=12V4.74.7+=4.74.7主講教師:王志虎RL單相全波整流電壓波形單相全波整流電壓波形

7、u2uouD1 t 2 3 4 0uD20 ：uD2 = 2u2u1u2aTbVD1uoVD2u2io+忽略二極管正向壓降忽略二極管正向壓降10.1 整流與濾波電路整流與濾波電路1.半波整流電路半波整流電路二極管導通，忽略二二極管導通，忽略二極管正向壓降，極管正向壓降， uo=u2uo為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即為分析簡單起見，把二極管當作理想元件處理，即二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。二極管截止二極管截止, uo=0u1u2aTbVDRL+io+u2 0 時時:u20 時時VD1,VD4導通導通VD2,VD3截止截止電流

8、通路電流通路:a VD1RLVD4bu20 時時VD2,VD3導通導通VD1,VD4截止截止電流通路電流通路:b VD2RLVD3a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u2VD3VD2VD1VD4RLuoab整流輸出電壓平均值：整流輸出電壓平均值： Uo=0.9U2負載電流平均值負載電流平均值:Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二極管平均電流：二極管平均電流：ID=Io/2二極管最大反向電壓：二極管最大反向電壓：DRM22UU=u2ttuD2,uD3uD1,uD4tuo集成硅整流橋：集成硅整流橋：u2uo+ +- +4. 整流電路的

9、主要參數(shù)整流電路的主要參數(shù) 負載電壓負載電壓 Uo的平均值為的平均值為:( )=ootduU2021負載上的負載上的(平均平均)電流電流:LoRUIo=(1)整流輸出電壓的平均值整流輸出電壓的平均值uo 2 0 tS定義：定義：整流輸出電壓的基波峰值整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與與Uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。（2）脈動系數(shù)）脈動系數(shù)6703222324221.UUUUSoMo=用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出用傅氏級數(shù)對全波整流的輸出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo=uo 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值輸出電壓平

10、均值輸出電壓平均值平均電流平均電流(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據(jù)。的主要依據(jù)。oDII21=22UURM=例如：例如： 在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導通。在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導通。因此，流過每只整流二極管的平均電流因此，流過每只整流二極管的平均電流 ID是負載平均電是負載平均電流的一半。流的一半。二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：二極管截止時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（選購時：二極管額定電流（選購時：二極管額定電流 2ID)（選購時：（選購時：最大反向電壓最

11、大反向電壓 2URM)二、濾波電路二、濾波電路濾波電路的結構特點濾波電路的結構特點: 電容與負載電容與負載 RL 并聯(lián)，或并聯(lián)，或電感與負載電感與負載RL串聯(lián)。串聯(lián)。交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電壓RLLRLCRL未接入時未接入時(忽略整流電路內阻忽略整流電路內阻)u2tuot設設t1時刻接時刻接通電源通電源t1整流電路為整流電路為電容充電電容充電充電結束充電結束沒有電容沒有電容時的輸出時的輸出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入（且接入（且RLC較大）時較大）時 (忽略整流電路內阻忽略整流電路內阻)u1u2u1bD4D2D1

12、D3RLuoSCu2tuot無濾波電容無濾波電容時的波形時的波形加入濾波電容加入濾波電容時的波形時的波形uotu2上升，上升， u2大于電容大于電容上的電壓上的電壓uc，u2對電容充電，對電容充電，uo= uc u2u2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通過通過RL放電，放電， uc按指數(shù)按指數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù)規(guī)律下降，時間常數(shù) = RL Cu2tuot電容充電時，電容充電時，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。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接

13、入（且RLC較大）時較大）時 (考慮整流電路內阻考慮整流電路內阻)一般取一般取)105(TCRL=(T:電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL(b) 流過二極管瞬時電流很大流過二極管瞬時電流很大RLC 越大越大 Uo越高越高負載電流的平均值越大負載電流的平均值越大 ; 整流管導電時間越短整流管導電時間越短 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電容濾波電路的特點(a) 輸出電壓輸出電壓 平均值平均值Uo與時間常數(shù)與時間常數(shù) RLC 有關有關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

14、承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓22UURM=動畫演示動畫演示電感濾波原理電感濾波原理對諧波分量對諧波分量: 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當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：約為：u2u1RLLuo對直流分量對直流分量: XL=0 相當于短路相當于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上上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：采取多級濾波采取多級濾波uoRu2u1C1C

15、2uo1 RLRC 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C 型型濾波器濾波器8.2 串聯(lián)式穩(wěn)壓電路串聯(lián)式穩(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脈動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穩(wěn)壓電源類型穩(wěn)壓電源類型:以下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)壓電路開關型開關型穩(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( (小功率設備小功率設備) )電路最簡單，電路最簡單，但是帶負載能但是帶負載能力差，一般只力差，一般只提供

16、基準電壓，提供基準電壓，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，但因學時有限，因學時有限，這里不做介這里不做介紹。紹。一一. 穩(wěn)壓電路的主要性能指標穩(wěn)壓電路的主要性能指標輸出電壓變化量輸出電壓變化量TSIRVKVT + + + + = = OoIVO 穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)00IIOOO /= = = = = =TIVVVV 輸出電阻輸出電阻00OOoI= = = = = =TVIVR溫度系數(shù)溫度系數(shù)00OI = = = = = =TVTTVS(1) (1) 當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知根據(jù)電路圖可知ZLR+=III

17、RIVVVVVRIRIZO= 輸入電壓輸入電壓VI的增加，必然引起的增加，必然引起VO的增加，即的增加，即VZ增增加，從而使加，從而使IZ增加，增加，IR增加，使增加，使VR增加，從而使輸出增加，從而使輸出電壓電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下： 這里這里VO減小應理解為，由于輸入電壓減小應理解為，由于輸入電壓VI的增加，的增加，在穩(wěn)壓二極管的調節(jié)下，使在穩(wěn)壓二極管的調節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而的增加沒有那么大而已已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調節(jié)系統(tǒng)。還是要增加一點的，這是一個有差調節(jié)系統(tǒng)。VIVOVZIZIRVRVO 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓二

18、極管穩(wěn)壓電路(2) (2) 當負載電流變化時如何穩(wěn)壓當負載電流變化時如何穩(wěn)壓 負載電流負載電流IL的增加，必然引起的增加，必然引起IR的增加，即的增加，即VR增增加，從而使加，從而使VZ=VO減小減小，IZ減小。減小。IZ的減小必然使的減小必然使IR減減小，小，VR減小，從而使輸出電壓減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩(wěn)壓過程增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：可概括如下： ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO2.2.穩(wěn)壓電阻的計算穩(wěn)壓電阻的計算 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊 穿特性的動態(tài)電阻有關，與穩(wěn)壓電阻穿特性的動態(tài)電阻有關，與穩(wěn)壓電阻

19、R的阻值大小有關。的阻值大小有關。穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大越大，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電阻穩(wěn)壓電阻R 的作用的作用將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化，將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化，從而起到調節(jié)作用，同時從而起到調節(jié)作用，同時R也是限流電阻。也是限流電阻。 顯然顯然R 的數(shù)值越大，較小的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的的變化就可引起足夠大的VR變變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓效果?；涂蛇_到足夠的穩(wěn)壓效果。 但但R 的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要值，損耗就要加大。加大。

20、穩(wěn)壓電阻的計算如下穩(wěn)壓電阻的計算如下 當當輸入電壓最小，負載電流最大輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時管的電流最小。此時I IZ Z不應小于不應小于I IZminZmin，由此可計算出，由此可計算出穩(wěn)穩(wěn)壓電阻的最大值壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應小于最大值。，實際選用的穩(wěn)壓電阻應小于最大值。即即LmaxZminZIminmax=IIVVR+ 當當輸入電壓最大，負載電流最小輸入電壓最大，負載電流最小時，流過時，流過 穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時I IZ Z不應超過不應超過I IZmaxZmax，由，由 此可計算出此可計算出穩(wěn)

21、壓電阻的最小值穩(wěn)壓電阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIVVR+maxminRRR(1)(1)(2)(2) 穩(wěn)壓二極管在使用時穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！否則會造成損壞！三三. . 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源1. 1. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構成串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構成 VO =VI- -VR，當當VIR VR在一定程度在一定程度上抵消了上抵消了VI增加對輸出電壓的影增加對輸出電壓的影響。響。若負載電流若負載電流ILRVR在在一定程度上抵消了因一定程度上抵消了因IL增加，使增加，使VI

22、減小，對輸出電壓減小的影響。減小，對輸出電壓減小的影響。 串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖 串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖 在實際電路中，可變電阻在實際電路中，可變電阻R R是用一個三極管來是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降管壓降VCE，VCE相當于相當于VR。 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構成：串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構成：調整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源調整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源2.2.工作原理工作原理1 1輸入電壓變化時輸入電壓變化時VIVOVfVO1VCEVO實質：實

23、質：電壓負反饋電壓負反饋2 2負載電流變化時負載電流變化時ILVIVOVfVO1VCEVOQvCE/ViC/mAQ3.3.輸出電壓調節(jié)范圍的計算輸出電壓調節(jié)范圍的計算REF2321O)+(1=VRRRRV+可見，調節(jié)可見，調節(jié)R2可以改變輸出電壓?？梢愿淖冚敵鲭妷?。根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”VfVREFoVo32132f=VFVRRRRRV=+ VREFVfoFVFVV=穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2 （UB1 ）Uo當當 UI 增加或輸出電流減小使增加或輸出電流減小使 Uo升高時升高時R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2 （UB1

24、）動畫演示動畫演示(3) 輸出電壓的確定和調節(jié)范圍輸出電壓的確定和調節(jié)范圍因為：因為：OU2BEZUU+22WRR+21WRRR+=()22221BEZWWOUURRRRRU+=所以：所以：2221ZWWURRRRR+=忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB28.3 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器一一. 輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器 （正電壓（正電壓 78 、負電壓、負電壓 79 ）恒流源恒流源基準電壓電路基準電壓電路調整電路調整電路比較放大比較放大減流保護減流保護過熱保護過熱保護啟動電路啟動電路取取樣樣電電路路R4T1T4

25、T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路IQR1R2輸出電壓可調的穩(wěn)壓電路輸出電壓可調的穩(wěn)壓電路I1I211RUIXX=012III+=220RIUUXX+=21)(RIRUUQXXXX+=212)1 (RIURRQXX+=如何消除如何消除IQ的影響呢？的影響呢？XXURRU+=)1 (120 作恒流源使用作恒流源使用RIV5O本章小結本章小結 1 1在電子系統(tǒng)中，一般都要有直流電源供電。獲得直流電源的最常在電子系統(tǒng)中，一般都要有直流電源供電。獲得直流電源