模擬電子線路課件：第9章 直流穩(wěn)壓電源

1、第9章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源組成：220v50HZ交流電電源變壓器整流電路濾 波穩(wěn) 壓9.1 整流電路1 半波整流電路2 全波整流電路3 單相橋式整流電路1 單相半波整流電路1 工作原理：v2的正半周，D導通，vo等于v2v2的負半周，D截止，vo等于0v2tvot流過負載和二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓2 輸出電壓和電流的平均值設：平均輸出電壓為：vot 單相全波整流電路如圖15.05(a)所示，波形圖如圖15.05(b)所示。2 單相全波整流電路2022/7/9流過負載的平均電流為3 選管： 二極管所承受的最大反向電壓2 輸出平均電壓 二極管正向平均電流：1 工作原理：v

2、2 的正半周,D1導通，D2截止vo=v2 v2 的負半周,D1截止，D2導通，vo=-v24 優(yōu)缺點：提高了輸出電流、電壓的平均值用了有中心抽頭的變壓器，結構復雜。對二極管的耐壓要求提高了。3 單相橋式整流電路工作原理v2 的正半周，D1、D3導通，D2、D4截止， vo=v2 v2 的負半周，D1、D3截止，D2、 D4導通， vo=-v2動畫1動畫2在分析整流電路工作原理時，整流電路 中的二極管是作為開關運用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖15.02(a)的電路圖可知： 當正半周時二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。在負載電阻上正負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓

3、。單相橋式整流電路的波形圖見右圖。當負半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。根據(jù)圖15.02（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為（2）輸出電壓、電流的平均值 流過負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（3）選管注意，整流電路中的二極管是作為開關運用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對: 輸入（交流）用有效值或最大值； 輸出（交直流）用平均值； 整流管正向電流用平均值； 整流管反向電壓用最大值。9.2 濾波電路1 電容濾波電路2 電感濾波電路15.2.1 電容濾波電路 (1)濾波的基本概念 濾波電

4、路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯(lián)在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應與負載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。 (2)半波整流+電容濾波 工作原理V2從0開始增大時，二極管導通，對電容充電，充電時間為V2從V2M開始減小時，二極管截止，電容放電，放電時間為充電快放電慢 輸出電壓的平均值VO平均輸出電壓VO的值取決于放電時間的長短負載開路時電容C開路時其中，T為交流源的周期 整流二極管和濾波電容的選取濾波電容的耐壓值

5、大于濾波電容（3）全波整流+電容濾波電路 現(xiàn)以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。電容濾波電路如圖15.06所示，在負載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。圖15.06電容濾波電路 動畫1當v2到達90時，v2開始下降。先假設二極管關斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負載L放電。指數(shù)放電起始點的放電速率很大。(3)濾波原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。 圖15.07電容濾波波形圖所以，在t1到t2時刻，二極管導電，充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)

6、為RLC。電容濾波過程見圖15.07。 在剛過90時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90時二極管仍然導通。在超過90后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時，二極管關斷。動畫2當放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關斷時間加長，導通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導通角增加。顯然，當L很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖濾波曲線中的2。反之，當L很大，即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。問題：有無L即空載，此時VC=VL=？(4)電容濾波的計

7、算在RLC=(35)T/ 2的條件下，近似認為 VL=VO=1.2V2輸出電壓的平均值與RLC有關RL開路時，VO=VOmaxC開路時，VO=VOmin =0.9V2 *使用條件：電感濾波見教材158頁1 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路2 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源9.3 穩(wěn)壓電路1 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理穩(wěn)壓電阻的計算(1) 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的電路圖如圖16.02所示。 它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。圖16.02 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知 輸入電壓VI的

8、增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下： 這里VO減小應理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。VIVOVZIZIRVRVO圖16.02 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 當負載電流變化時如何穩(wěn)壓 負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下： ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO2 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓二極管的

9、缺點是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的缺點是損耗較大，效率低。(1) 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(2) 穩(wěn)壓電路的保護環(huán)節(jié)(3) 三端集成穩(wěn)壓器(1) 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理 線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構成線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源的工作原理可用圖16.03來說明。 顯然，VO =VI-VR，當VI增加時，R 受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，

10、從而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。 圖16.03 串聯(lián)穩(wěn)壓電源 示意圖 圖16.03 串聯(lián)穩(wěn)壓電源 示意圖設R2的下半部分為R2”穩(wěn)壓原理可變電阻R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管壓降VCE，VCE相當于VR。典型電路由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源幾個部分組成。動畫 在實際電路中，可變電阻R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管壓降VCE，VCE相當于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負反饋電路的模式來構成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖16.04所示。它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓

11、源幾個部分組成。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理a. 輸入電壓變化，負載電流保持不變 輸入電壓VI的增加，必然會使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VZ比較，獲得誤差信號V。誤差信號經(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。 VIVOVfVO1VCEVOb負載電流變化，輸入電壓保持不變 負載電流IL的增加，必然會使輸入電壓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Vf與基準源電壓VREF比較，獲得的誤差信號使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。 ILV

12、IVOVfVO1VCEVOc. 輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算VfVz調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。(3) 三端集成穩(wěn)壓器概述 將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。它的電路符號見圖16.07，外形如圖16.08所示。 圖16.07 集成穩(wěn)壓器符號要特別注意，不同型號，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€電極的位置是不同的，要查手冊確定。圖16.08 外形圖 照片 線性三端集成穩(wěn)壓器的分類三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：1.三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端

13、固定負輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L- CW317-/CW317M-/CW317L-4.三端可調(diào)負輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為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；2-為工業(yè)品級；3-為民品級。 軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55150； 工業(yè)品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25150； 民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0125。 應用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應用電路如圖16.09所示。