《模擬電子線路》第11章

1、 模模 擬擬 電電 子子 線線 路路 第第1111章章 第第11章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源11.0 引言引言 電子電路的工作需要有直流電源為其提供能量電子電路的工作需要有直流電源為其提供能量,雖然可以雖然可以用各種干電池、蓄電池這類化學(xué)電源作直流電源用各種干電池、蓄電池這類化學(xué)電源作直流電源,但它們的成本但它們的成本較高、容量有限、有的需要維護(hù)較高、容量有限、有的需要維護(hù).將電網(wǎng)交流電變換、穩(wěn)壓組成將電網(wǎng)交流電變換、穩(wěn)壓組成的直流穩(wěn)壓電源具有價(jià)廉容量范圍大性能優(yōu)良等特點(diǎn)的直流穩(wěn)壓電源具有價(jià)廉容量范圍大性能優(yōu)良等特點(diǎn),已成為大已成為大多數(shù)電子電路的工作用直流電源多數(shù)電子電路的工作用直流電源.

2、本章重點(diǎn)討論單相小功率直流本章重點(diǎn)討論單相小功率直流電源的組成原理及特點(diǎn)電源的組成原理及特點(diǎn).圖圖11.1示出了直流穩(wěn)壓電源的組成框圖示出了直流穩(wěn)壓電源的組成框圖. 11.0 引言引言圖圖 11.1整流整流濾波濾波穩(wěn)壓穩(wěn)壓負(fù)載電源變壓器電源變壓器交流交流電源電源tOtOtOtOtO 11.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路一、單相橋式整流電路一、單相橋式整流電路VL=0.9V2 (11-1) 0.9V2 IL= (11-2) RL + vL v2RLVD1 v1VD2VD3VD4Tr圖圖 11.2VD2 VD4VD1 VD3iD2 iD4iD2 iD4iD2 iD4iD1 iD3v2tO

3、iLtOvLtOiD1 iD3iD1 iD3圖圖 11.3VD1 VD3VD1 VD3VD2 VD4VD2 VD4 11.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路 1 0.45V2 ID= IL = (11-3) 2 RLVRM = 2 V2 2 4 4 4vL= 2 V2 ( cos2t cos4t cos6t) 3 15 35 VL V22VL2 K= = =0.483 (11-5) VL VL(11-4)二、橋式整流、電容濾波電路二、橋式整流、電容濾波電路 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波,一般由電抗元一般由電抗元件組成件組成,圖圖11.4給出了常

4、用的濾波電路結(jié)構(gòu)給出了常用的濾波電路結(jié)構(gòu). 11.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路LCC+C1+C2+R圖圖 11.4SCTr v2RLVD1 v1VD2 + vLVD3VD4( + )()()( + )圖圖 11.5設(shè)設(shè)t=0時(shí)時(shí),開關(guān)閉合開關(guān)閉合 11.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路v2 , vL, vCtOtOiL, iDVD1 VD3VD2 VD4VD2 VD4VD1 VD3圖圖 11.6 c=RintC Td=RLC(35) 2 (11-6)c=(RintRL)C RintC 11.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路圖圖 11.72 V20.9V2VLOILC

5、型濾波型濾波純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載C值一定值一定,RL=時(shí)時(shí), VL=1.4V2;C=0時(shí)時(shí), VL=0.9V2 T當(dāng)當(dāng)d=RLC(35) 時(shí)時(shí), 2 VL=(1.1 1.2) V2 (11-7)電容濾波電路適用于負(fù)載電壓較高電容濾波電路適用于負(fù)載電壓較高,負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合.三、電感濾波電路三、電感濾波電路 電感濾波中整流管的導(dǎo)電角較大電感濾波中整流管的導(dǎo)電角較大,峰值電流很小峰值電流很小,輸出特性輸出特性 11.1 小功率整流濾波電路小功率整流濾波電路比較平坦比較平坦.但由于鐵心的存在但由于鐵心的存在,體積大、笨重體積大、笨重,易引起電磁干擾易引起電磁干擾,一一般只適用于低

6、電壓、大電流的場(chǎng)合般只適用于低電壓、大電流的場(chǎng)合.圖圖 11.8【例例11-1】 圖圖11.5中中,已知交流電源電壓為已知交流電源電壓為220V,50Hz交流市電交流市電. 要求直流電壓要求直流電壓VL=30V,負(fù)載電流負(fù)載電流IL=500mA.試求電源變壓器二試求電源變壓器二次側(cè)電壓次側(cè)電壓v2的有效值并選擇整流二極管及濾波電容器的有效值并選擇整流二極管及濾波電容器. 課堂練習(xí)課堂練習(xí)RL v1 + vLTrL v2 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 雖然經(jīng)過整流濾波之后獲得了比較平滑的直流輸出電壓雖然經(jīng)過整流濾波之后獲得了比較平滑的直流輸出電壓,但該電壓的數(shù)值會(huì)隨電網(wǎng)電壓的波

7、動(dòng)及負(fù)載的變化而變化但該電壓的數(shù)值會(huì)隨電網(wǎng)電壓的波動(dòng)及負(fù)載的變化而變化,穩(wěn)穩(wěn)定性很差定性很差.為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓,需要采取穩(wěn)壓措施需要采取穩(wěn)壓措施. 在單相小功率直流穩(wěn)壓電源中在單相小功率直流穩(wěn)壓電源中,常用的穩(wěn)壓電路有硅穩(wěn)壓常用的穩(wěn)壓電路有硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)反饋管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)反饋(調(diào)整調(diào)整)型穩(wěn)壓電路和開關(guān)型穩(wěn)壓電路型穩(wěn)壓電路和開關(guān)型穩(wěn)壓電路.串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路又有分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路又有分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓器之分壓器之分;開關(guān)型穩(wěn)壓電路也有分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路和集開關(guān)型穩(wěn)壓電路也有分立元件構(gòu)成的穩(wěn)壓電路和集成

8、穩(wěn)壓模塊之分成穩(wěn)壓模塊之分. 本節(jié)重點(diǎn)討論串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路的組成及工作原理本節(jié)重點(diǎn)討論串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路的組成及工作原理. 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路一、穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)一、穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)1、輸入調(diào)整系數(shù)、輸入調(diào)整系數(shù)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)特性指標(biāo)特性指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)質(zhì)量指標(biāo)VO= f (VI, IO, T) (11-8)或或 VO= KVVI + Ro IO + STT VO VO VOVO= VI+ IO + T VI IO T 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 VO KV= VI IO =0T=0 VO /VO SV= 100% (%/

9、V) (11-10) VI IO =0T=0電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率(11-9)穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) VO /VO = (11-11) VI /VI IO =0T=0 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路2. 輸出電阻輸出電阻 VO Ro = () (11-12) IO VI =0T=03. 溫度系數(shù)溫度系數(shù) VO ST = (mV/oC) (11-13) T VI =0IO=0KV Ro STVo 越穩(wěn)定越穩(wěn)定 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路二、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的組成及工作原理二、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的組成及工作原理 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的一般框圖如圖串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的一般

10、框圖如圖11.9所示所示.圖圖 11.9 由運(yùn)放組成的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路如圖由運(yùn)放組成的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路如圖11.10所示所示.調(diào)整管調(diào)整管比較放大電路比較放大電路取樣電路取樣電路基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓+VI+VORL 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路VI( IL) VO VF VB(IC) VCE VO R2 VF= VO R1+R2 R1 VO(1+)VREF R2 (11-14)圖圖 11.10RR1VB + VO VREFVFVIR2RLDZ基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓比較放大比較放大bceVT調(diào)整管調(diào)整管取樣取樣電路電路+A 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 串聯(lián)型穩(wěn)壓電

11、路中的調(diào)整管及比較放大器件均工作于線串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管及比較放大器件均工作于線性區(qū)性區(qū),所以所以串聯(lián)型穩(wěn)壓器件串聯(lián)型穩(wěn)壓器件是一種線性穩(wěn)壓器件是一種線性穩(wěn)壓器件.它它實(shí)際上是一實(shí)際上是一個(gè)以基準(zhǔn)電壓個(gè)以基準(zhǔn)電壓VREF為輸入電壓為輸入電壓,以整流濾波后不穩(wěn)定的直流電以整流濾波后不穩(wěn)定的直流電壓壓VI作工作直流電源的電壓負(fù)反饋放大電路作工作直流電源的電壓負(fù)反饋放大電路. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有輸出電壓可調(diào)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路具有輸出電壓可調(diào),輸出電流范圍大輸出電流范圍大,輸出輸出電阻小電阻小,穩(wěn)壓性能好穩(wěn)壓性能好,輸出紋波小等優(yōu)點(diǎn)輸出紋波小等優(yōu)點(diǎn).但由于調(diào)整管工作于放但由于調(diào)整管工作于放大區(qū)大區(qū),有

12、較大的管壓降有較大的管壓降,所以所以,這種穩(wěn)壓電路的功率轉(zhuǎn)換效率較低這種穩(wěn)壓電路的功率轉(zhuǎn)換效率較低. 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF是穩(wěn)壓電路的一個(gè)重要組成部分是穩(wěn)壓電路的一個(gè)重要組成部分,它直接影它直接影響穩(wěn)壓電路的性能響穩(wěn)壓電路的性能.為此要求基準(zhǔn)電壓源輸出電阻小為此要求基準(zhǔn)電壓源輸出電阻小,溫度穩(wěn)定溫度穩(wěn)定 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路性好性好,噪聲低噪聲低,圖圖11.11是帶隙基準(zhǔn)電壓源電路是帶隙基準(zhǔn)電壓源電路.CJ336, CJ329; MC1403, AD580.VREF= VBE3+IC2 RC2 VT IC1 IC2= ()ln ( ) RE2 IC2 VT RC2

13、 IC1VREF=VBE3+ ln ( ) RE2 IC2 EG VREF= =1.205V (11-15) q RC1RC2IC1IC2I0VT1VT2VT3RE2 + VI + VREF 圖圖 11.11它廣泛用于集成穩(wěn)壓器、它廣泛用于集成穩(wěn)壓器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換器和集成傳感器中轉(zhuǎn)換器和集成傳感器中. 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路三、三端集成穩(wěn)壓器三、三端集成穩(wěn)壓器常用的穩(wěn)壓器件常用的穩(wěn)壓器件三端固定輸出正集成穩(wěn)壓器三端固定輸出正集成穩(wěn)壓器W78系列系列三端固定輸出負(fù)集成穩(wěn)壓器三端固定輸出負(fù)集成穩(wěn)壓器W79系列系列三端電壓可調(diào)正集成穩(wěn)壓器三端電壓可調(diào)正集成穩(wěn)壓器W317

14、,W117三端電壓可調(diào)負(fù)集成穩(wěn)壓器三端電壓可調(diào)負(fù)集成穩(wěn)壓器W337,W1371、固定三端集成穩(wěn)壓器、固定三端集成穩(wěn)壓器 以以78 系列為例介紹系列為例介紹,電路如圖電路如圖11.12所示所示.它通常由啟動(dòng)它通常由啟動(dòng)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路、基準(zhǔn)電壓電路、取樣比較放大電路、調(diào)整電路和保護(hù)電路等部分組成電路等部分組成. 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路圖圖 11.12VOR31VFVS1VS2VD2VD1VT3VT13VT1VT2VT4VT12R4R1R2VT6R6R9VT7VT8R7R14VT11VS3VS4R15VT9VT5VFVT10R8R11

15、R12R13VI23R5VREFIOR10 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路(1) 啟動(dòng)電路啟動(dòng)電路 由由VF、VT1和和VS1組成組成. VIVZ1VFVT1VB3VT2,VD2、VD1VZ2 VZ2=VZ1 VT1 切斷了啟動(dòng)電路與切斷了啟動(dòng)電路與基準(zhǔn)電壓電路的聯(lián)系基準(zhǔn)電壓電路的聯(lián)系.(2) 基準(zhǔn)電壓電路基準(zhǔn)電壓電路 由由VT3、 VS2、VT2、R3 、R2 、R1和和VD1 、VD2組成組成. VZ23VBEVREF= R1 +2VBE (11-16) R1+ R2+ R3 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路R1 、R2 、R3 、VS2正溫度系數(shù)正溫度系數(shù)V

16、T2、VD1、VD2負(fù)溫度系數(shù)負(fù)溫度系數(shù)VREF基本不隨基本不隨溫度而變化溫度而變化VS2采用恒流源供電采用恒流源供電VREF不受不受VI波動(dòng)的影響波動(dòng)的影響(3) 取樣比較放大電路和調(diào)整電路取樣比較放大電路和調(diào)整電路 由由VT3 VT10組成組成. 其中其中, VT9、VT10組成復(fù)合調(diào)整管組成復(fù)合調(diào)整管; R12、R13組成取樣電路組成取樣電路; VT6、VT7和和VT5組成帶恒流源的差分放大組成帶恒流源的差分放大電路電路, VT3、VT4組成的電流源作為其有源負(fù)載組成的電流源作為其有源負(fù)載. VT8、R9:緩沖電路緩沖電路.確保確保VT7工作在線性區(qū)工作在線性區(qū). 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)

17、壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路(4) 保護(hù)電路保護(hù)電路 a. 減流式保護(hù)電路減流式保護(hù)電路 由由VT11、R11、R15、R14和和VS3、VS4組成組成,R11為檢流電阻為檢流電阻.主要目的是使調(diào)整管主要目的是使調(diào)整管(VT10)工作在安全區(qū)域工作在安全區(qū)域. PCPCM=ICVCE R14+R15 R15IO=VBE11 (VIVO)VZ3VZ4 (11-18) R11R14 R14 R11 VIVZ3VZ4IOR11VOVBE11= IOR11+ R15 (11-17) R14+R15 (VIVO)(VCE9-10) IO 限制PC. 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路b. 過熱保

18、護(hù)電路過熱保護(hù)電路 由由VS2、VT2、VT13和和VT12組成組成. 常溫下常溫下: VR30.4 VVT13,VT12TVZ2VR3VBE13VT13,VT12IB10IO(5) 結(jié)構(gòu)外形結(jié)構(gòu)外形78出出地地入入圖圖 11.13 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路2 、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 VREFVO=VREF+( +Iadj ) R2 R1 R2=VREF (1+ ) + Iadj R2 R1 IadjI1 R2VO VREF (1+ ) R1 (11-19)圖圖 11.14R1VB VO VREFVIR2I1 比較比較放大器放大器VT調(diào)整管調(diào)整管I基

19、準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓 1.2VIadjI2W317+A 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路三三 、三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用、三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1 、三端固定集成穩(wěn)壓器應(yīng)用舉例、三端固定集成穩(wěn)壓器應(yīng)用舉例圖圖 11.15典型接法典型接法+ C20.1F78LXXVDC10.33FC310F +VI +VO123C1、C2:頻率補(bǔ)償頻率補(bǔ)償,防止產(chǎn)生高頻自激振蕩防止產(chǎn)生高頻自激振蕩,抑制高頻干擾抑制高頻干擾.C3 :減小低頻干擾減小低頻干擾; VD: 保護(hù)二極管保護(hù)二極管. 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 C20.1F78LXXVT3 C10.33FVIVO123圖圖11.16

20、 帶過流保護(hù)的擴(kuò)流電路帶過流保護(hù)的擴(kuò)流電路R2VT2R3R1VT1IO1IO2IOIC1IO=IO1+IO2IO IO1VR3 VT3 VT2(飽和飽和) VBE1 IC12 、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器應(yīng)用舉例、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器應(yīng)用舉例 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 C210FLM317 C10.1F VI+25V VO+(1.222V)12圖圖 11.17 輸出正、負(fù)電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路輸出正、負(fù)電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路LM33721 R1120R22kR22kR1120 C410F VO(1.222V) VI25V C30.1Fadj1adj2 11.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反

21、饋式穩(wěn)壓電路 R10.1C21FLM317-1 C10.1F VI25V VO(1.222V)I1圖圖 11.18 并聯(lián)擴(kuò)流的穩(wěn)壓電路并聯(lián)擴(kuò)流的穩(wěn)壓電路LM317-2 R52kR32k R20.1R4120adj1adj2VAOI2IO1IO2+A 章末總結(jié)與習(xí)題討論章末總結(jié)與習(xí)題討論一、本章小結(jié)一、本章小結(jié) 1、了解小功率直流穩(wěn)壓電源的組成、了解小功率直流穩(wěn)壓電源的組成; 2、熟悉橋式整流、電容濾波電路的工作原理及整流、濾波、熟悉橋式整流、電容濾波電路的工作原理及整流、濾波元件的選取元件的選取; 3、了解、了解C型濾波、倒型濾波、倒L型濾波和型濾波和型濾波電路的特點(diǎn)及應(yīng)用型濾波電路的特點(diǎn)及應(yīng)

22、用場(chǎng)合場(chǎng)合; 4、熟悉串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的組成及工作原理、熟悉串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的組成及工作原理; 5、熟悉三端集成穩(wěn)壓器電路的組成及應(yīng)用、熟悉三端集成穩(wěn)壓器電路的組成及應(yīng)用.二、例題討論二、例題討論 章末總結(jié)與習(xí)題討論章末總結(jié)與習(xí)題討論【例例11-2】 穩(wěn)壓電源電路如圖穩(wěn)壓電源電路如圖11.19所示所示. (1)在原有電路結(jié)構(gòu)基在原有電路結(jié)構(gòu)基 礎(chǔ)上礎(chǔ)上(設(shè)設(shè)VT2、VT3的連接是正確的的連接是正確的),改改 正圖中的錯(cuò)誤正圖中的錯(cuò)誤; (2)設(shè)變壓器副邊電壓的有效值設(shè)變壓器副邊電壓的有效值V2=20V,求求VI=?說明電路中說明電路中VT1、 R1 、 VS2的作用的作用; (3) 當(dāng)當(dāng)VZ1=6V, VBE=0.7V,電位器電位器RP在中間位置在中間位置,試計(jì)算試計(jì)算A 、 B 、 C 、 D 、 E點(diǎn)的電位和點(diǎn)的電位和VCE3的值的值; (4) 計(jì)算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍計(jì)算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍. 章末總結(jié)與習(xí)題討論章末總結(jié)與習(xí)題討論圖圖 11.19300R1A + VO VI1R2VS2DC v1Trv2VD3VD2VD1VD4 + C12000F + VI R5VT1VT2VT3EVS1R3R4RP + C2B 300 1000F300+A 章末總結(jié)與習(xí)題討論章末總結(jié)與習(xí)題討論【解解】(1) 二極管二極管VD1、VD4的極性接反的極性接反;