模擬電子技術(shù)章三

第7章直流電源

7.1直流電源的組成7.2單相整流電路7.3濾波電路7.4穩(wěn)壓電路 本章首先介紹單相半波、單相全波和單相橋式整流電路的工作原理，其次介紹電容和其他形式的濾波電路的性能，最后介紹集成穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路的工作原理。7.1直流電源的組成 幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，通常都是由交流電網(wǎng)供電，因此需要把交流電變成穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電經(jīng)過整流變成脈動的直流電，然后通過濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電的儀器。它由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路3部分組成。①整流電路 整流電路的目的是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動電壓。這種單方向的脈動電壓有很大的脈動成分。②濾波電路 濾波電路的功能是將整流后的單向脈動電壓中的脈動成分盡可能地濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。它由電容、電感等儲能元件組成。③穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的功能是采取一些措施，當(dāng)市電電壓或負(fù)載電流變化時，使輸出的直流電壓保持穩(wěn)定。7.2單相整流電路 整流電路的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動電壓。整流電路中基本上都包含了電源變壓器，一方面是“變壓”（大多情況下是進(jìn)行“降壓”，即將220V降為較低的交流電壓）；另一方面是“隔離”，把電子設(shè)備與電網(wǎng)隔開。在小功率直流電源中，經(jīng)常采用單相半波、單相全波和單相橋式整流電路。7.2.1單相半波整流電路 帶有純阻負(fù)載的單相半波整流電路如圖7.1（a）所示，這是一種最簡單的整流電路。它由變壓器T、整流二極管VD及負(fù)載RL3部分組成。二極管VD具有正向?qū)?、反向截止的開關(guān)作用，所以將交流電變成了脈動的直流電，稱為整流二極管；負(fù)載RL將電能轉(zhuǎn)換成其他能量。圖7.1單相半波整流電路1.工作原理及輸入輸出波形 電路中各處的波形如圖7.1（b）所示。由圖可知，利用二極管的單向?qū)ㄟ@一特性，使變壓器副邊的交流電壓轉(zhuǎn)換成為負(fù)載兩端的單向脈動電壓，從而達(dá)到整流的目的。由于這種電路只在交流電壓的半個周期內(nèi)才有電流流過負(fù)載，因此稱為單相半波整流電路。2.參數(shù)計算(1)負(fù)載上輸出的平均電壓U0

(2)整流二極管正向平均電流ID(3)整流二極管所承受的最大反向電壓UDRM

單相半波整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少的優(yōu)點。但是也存在著一些缺點：如輸出波形脈動大、直流的成分較低、變壓器只有半個周期導(dǎo)電，利用率低；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。因此，一般只在輸出電流較低，要求不太高的電路中運用。7.2.2單相全波整流 在半波整流電路的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)就得到了全波整流電路，它由變壓器、兩個整流二極管和負(fù)載組成。變壓器具有中心抽頭，因此，VD1、VD2在正半周和負(fù)半周內(nèi)輪流導(dǎo)電，并且兩者流過RL的電流保持同一方向，使得負(fù)載RL在正半周和負(fù)半周均有輸出電壓。1.工作原理和輸入輸出波形 全波整流的原理圖見圖7.3。2.參數(shù)計算(1)負(fù)載上輸出的平均電壓UO(2)整流二極管正向平均電流ID

(3)整流二極管所承受的最大反向電壓UDRM 全波整流電路也存在著明顯的缺點：二極管所承受的反向峰值電壓高，是半波整流電路的兩倍；全波整流電路必須采用具有中心抽頭的變壓器，并且每個線圈只有一半時間參與導(dǎo)電，因此變壓器的利用率也不高。7.2.3單相橋式整流電路 單相橋式整流電路如圖7.5(a)所示。圖中，4個整流二極管VD1～VD2接成電橋的形式，其中一個對角線接變壓器的次級，另一個對角線接負(fù)載電阻RL，但二者不能互換。故有橋式整流電路之稱。圖7.5(b)是它的簡化畫法。圖7.濫5橋式尺整流冠電路腐的其育他畫煌法1.工作忙原理2.參數(shù)浩計算(1年)負(fù)載批上輸記出的剩平均鮮電壓U0(2躺)流過膚負(fù)載唇的平建均電假流IO(3眨)整流舌二極株管所檔承受猶的最紙大反殼向電形壓UDR紐奉M橋式聽整流白電路架的優(yōu)見點是冊輸出錢電壓緞高，姥電壓仇紋波鈔小，麻管子篇所承斯受的矩最大尋反向請電壓狠比較具低，掌同時墨由于屑電源詢變壓置器在情正、售負(fù)半尼周內(nèi)雕都有你電流診供給斬負(fù)載套，電陸源變鴿壓器歡的利季用率舍高。衛(wèi)因此賊，此頁電路闖在整厘流電叫路中緒有了割較為遠(yuǎn)廣泛元的運征用。缺點窮是二碎極管炸用得儲較多柜。7.為3濾躬波嬸電唇路從前乖面的魔分析騾可知陵，無騰論何軟種整擋流電腎路，溝它們賊的輸雪出電師壓都懼含有攜較大烘的脈組動成誓分。液為了畝減少及脈動柜，就惡需要歸采取信一定晨的措披施，抗即濾盞波。絡(luò)濾波府的作鈴用是計一方掉面盡脆量降批低輸閱出電秒壓中察的脈充動成蛇分，閉另一沿方面陳又要鋼盡量未保留搜其中慶的直協(xié)流成折分，哪使輸盼出電霜壓接添近于聰理想們的直惠流電磁壓。濾波均電路這一般腰由電嚷抗元蕉件組蹈成，閥如在駁負(fù)載酬電阻立兩端習(xí)并聯(lián)倚電容樂器C，或涂與負(fù)盾載串豎聯(lián)電宅感器L，以遠(yuǎn)及由改電容籌器、魂電感雙器復(fù)悼合而墊成的率各種泄組合肅式濾霞波電遮路。歷常見息的結(jié)柜構(gòu)如麥圖7.喂7所示縣。圖7.雹7濾波退電路詠的基物本形件式因為錄電抗應(yīng)元件鬼在電脊路中念能儲壺存能滴量，坡并聯(lián)露的電數(shù)容器絮C在河電源跡供給款的電匙壓升陰高時川，能窗把部槍分能湊量儲叉存起花來，早當(dāng)電姑壓降兇低時歉，能積量就鏡釋放喊出來銹，因該此負(fù)控載得英到的扣電壓低比較堅平滑客，即泥電容似C具植有平始波的港作用業(yè)；與框負(fù)載似串聯(lián)喊的電效感L驅(qū)，當(dāng)斬電源盒供給霜的電間流增強(qiáng)加時迎，它戲把能導(dǎo)量儲達(dá)存起軋來，礎(chǔ)當(dāng)電挖流減僻小時僵，就總將能論量釋蝦放出華來，軋因此凈負(fù)載須電流耐也較浴平滑緊，即絹電感姥L也妙有平江波作回用。濾波臣電路匠的形辜式多絲式種多娃樣，傍可分叢為電休容輸配入式繭（電豪容C接在簡最前辮面，蝴如圖7.鬧7中的a、c）和次電感誕輸入陜式（烘電感L接在口最前覺面，袖如圖7.蟻7中的b）。副前一饞種濾滋波電匪路?？蛴糜谕晷」Χ实目楇娫葱爸?，嘴而后終一種靈濾波翻電路殲多用辱于較嚷大功絡(luò)率電授源中晨。本扁節(jié)重堅點分袋析小孤功率禿整流湖電源碌中常完用的桌電容證濾波訪電路茅，然靈后簡集要分救析其籃他形乒式的板濾波泉電路意。7.訂3.辨1電容更濾波局電路為了緩便于盆說明插電容傘濾波洞的工食作原筐理，淺先來用分析諸一下竿圖7.態(tài)8(飾a)所示澡的橋橋式整豆流、能電容貌濾波隨電路至。1.電容麗的濾淡波作逆用圖7.葬8橋式著整流扛、電慘容濾凡波電歪路2.濾波暗電容輛后電攔路的藍(lán)特點(1死)提高承了輸佳出電白壓的薄直流悠成分(2湯)降低湊了輸宴出電繞壓的陣脈動留成分(3世)二極林管導(dǎo)揉通角教度變飯小而慶導(dǎo)通同時的燦最大口電流查變大(4倡)電容筍濾波德電路蹤蝶的外份特性牌差7.跨3.掃2其他淚形式右濾波成電路1.嶺R滅C-蕉Ⅱ型濾鋤波電裂路在前猜一節(jié)屯橋式攀整流哀濾波乎電路惰的基疤礎(chǔ)上淺，再廚加上熊一級RC濾波撥電路旗就構(gòu)溫成了檢如圖7.屬11所示萄的RC計-Ⅱ型濾值波電退路。圖7.劃11抬RC鍋Ⅱ型濾鎖波電顆路2.電感者濾波梁電路疊、LC濾波碑電路引和LC蜓-Ⅱ型濾研波電負(fù)路在橋詳式整燙流電旅路和蝕負(fù)載趴電阻RL之間優(yōu)串入公一個璃電感砌器L，如英圖7.寧12所示繁。圖7.奴12電感離濾波匹電路采用符電感抖濾波慘以后沉，有箱延長懸整流壩管導(dǎo)含電角饑的趨燃勢，雨因此味電流敘的波轉(zhuǎn)形比爹較平乓滑，歷輸出跌特性英好。陵其缺拖點是桑由于尼鐵芯主的存種在，租笨重菜，體侄積大未，容近易引放起電弓磁干盒擾。校一般拋只適腰用于笨低電兵壓、釣大電究流場市合。匙此外宣，為月了進(jìn)凈一步蔥減少辭負(fù)載根電壓共中的緒紋波芒，電惰感后峽面可熱再接菠一電什容而出構(gòu)成酒LC暑濾波肯電路義，如竄圖7級.1滑3所桂示。坡此電胳路在釀負(fù)載權(quán)電流鹿較大政或較喜小時經(jīng)均有什良好捉的濾笑波作死用，幻玉因此虛，它銅對負(fù)脖載的討適應(yīng)困性比際較強(qiáng)邪。圖7.煙13度LC濾波手電路若在LC濾波描電路對的輸稼入端宋再加片上一指個電月容，君就構(gòu)僵成了LC適-Ⅱ濾波絕電路汁，如附圖7.燃14所示慕。該鄙電路但的特甚點是巖輸出僻電壓身的脈址動成爪分小省，波山形更攏加平峰滑。第缺點第是濾多波電擊路的鮮外特堡性較冬差，迷整流架管的復(fù)沖擊迅電流臨比較震大。圖7.巡壽14駱LC際-Ⅱ型濾蛋波電仗路7.矩4穩(wěn)盯壓盜電釘路和理黨想的緊直流潔電源斗相比惡，整缺流濾廚波電困路的掉輸出冰電壓筋還有搖一定繁的差秒距，傅問題蚊是，信當(dāng)負(fù)萍載電雖流變璃化時或，導(dǎo)揮致輸僻出直柄流電今壓的項變化嚴(yán)；以毀及當(dāng)劇電壓晚波動牲時，類整流且電路移的輸計出電糊壓也謠隨之級相應(yīng)筑地變間化。蕩因此拜，就趕引出慌了穩(wěn)鄭壓電施路。輛所謂照穩(wěn)壓節(jié)電路朝，就扣是在間負(fù)載臣不變態(tài)而輸幫入電網(wǎng)壓變餓化時軋，輸億出電光壓不命變；濾并且撿當(dāng)輸鏡入電教壓不宋變而葬負(fù)載條改變型時，登輸出敢電壓訴也不蛾變的陽電路柿。7.氣4.盤1穩(wěn)壓睜電路務(wù)及其幼主要炭技術(shù)堡指標(biāo)1.主要醬技術(shù)就指標(biāo)(1鞠)內(nèi)阻才（也己稱輸幅出電莖阻）R0(2蕩)穩(wěn)壓寸系數(shù)Sr(3鹿)電壓燭穩(wěn)定澤度SV2.硅穩(wěn)伴定管董穩(wěn)定屠電路(1禮)電路習(xí)組成撐和工離作原音理穩(wěn)壓插管穩(wěn)匙壓電克路如男圖7.吹16所示神。圖7.艘16硅穩(wěn)岸壓管秋穩(wěn)壓響電路(2添)各參弦數(shù)的梨估算①內(nèi)阻R0②穩(wěn)壓賞系數(shù)Sr③限流緩電阻亂的選具擇3.串聯(lián)摘型直玩流穩(wěn)蒸壓電城路(1蛙)電路或組成還和工儲作原常理串聯(lián)差型直挑流穩(wěn)何壓電醉路如欄圖7.艱21所示螞。(2兇)輸出后電壓秋的調(diào)方整范花圍圖7.常21串聯(lián)域型直幅流穩(wěn)錄壓電坊路7.放4.兇2集成蕉穩(wěn)壓殖電路為了積適應(yīng)憶現(xiàn)代初電子崇技術(shù)荒的發(fā)鹿展，弟穩(wěn)壓污電路錯也迅妖速實全現(xiàn)集慢成化憶。集情成穩(wěn)芹壓器稿具有帳體積猶小、泥重量頁輕、衡抗干法擾能笛力強(qiáng)退、大梁規(guī)模損生產(chǎn)盞、使書用經(jīng)抵濟(jì)等疊特點乎，越化來越宇為大鞏量電駝子設(shè)組備所壟使用第。特甲別是飲具有喂輸入準(zhǔn)端、古輸出罰端和睬公共耗引出之端的捧三端抗式穩(wěn)伍壓器旨，因日為不劑需要欄外接即元件遠(yuǎn)，并述且本淘身有躺限流路、過爺壓和塊過流楚保護(hù)融電路批，所耳以運寇用更裹加安抹全可最靠。筍三端洽集成農(nóng)穩(wěn)壓灰器可英分輸棗出電松壓固杏定和通輸出燈電壓繞可調(diào)簡兩種窩形式似。本鹿節(jié)以隊具有畜正電象壓輸釋出的78麥LX姥X系列桶為例務(wù)介紹盯電路圖的組網(wǎng)成、花工作趴原理偏、主慨要參脹數(shù)以捕及它介們的末外形麗和應(yīng)于用電您路。1.三端當(dāng)集成擔(dān)穩(wěn)壓香器的害組成涌和工選作原塊理現(xiàn)結(jié)藝合一番個實秤例對把三端會集成稿穩(wěn)壓疫器的機(jī)各部辣分電筐路作授簡要鑼說明很。如泄圖7.轉(zhuǎn)22所示孫為一珠具有芝正電迫壓輸腐出的78民LX圣X系列招三端枝集成良穩(wěn)壓休器。(1也)啟動增電路(2鴨)基準(zhǔn)秘電壓憐電路(3蹦)取樣墓比較搞放大救電路往和調(diào)芳整電育路圖7.鮮22巴78磚L×缸×型為蠟輸出追電壓劫固定遠(yuǎn)的三取端集嘴成穩(wěn)揭壓器休原理牧圖(4挖)保護(hù)出電路①限流須保護(hù)匯電路②過熱經(jīng)保護(hù)燙電路2.三端隱集成捆穩(wěn)壓乞器外流形及休主要串參數(shù)3.三端錄集成衰穩(wěn)壓辯器的濕應(yīng)用跪電路7.增4.艘3開關(guān)洲型穩(wěn)墾壓電橋路前面柳介紹所的串滿聯(lián)型竄直流膊穩(wěn)壓吹電路常和集晉成穩(wěn)螞壓器悔均屬哭于線跨性穩(wěn)股壓電瞧路，照這是侮因為援調(diào)整扇器工峰作在模放大激區(qū)。婆當(dāng)負(fù)劣載電娛流較汗大時罪，調(diào)死整管封的集霸電極趕損耗室相當(dāng)些大，縮慧電源滲效率軍較底船，一毒般為20淘%～40％，腫通常陣還要若配備吹龐大胞的散蛛熱裝直置。先采用可開關(guān)漲式電青路，躲就克習(xí)服了沒上述去缺點穿。開烏關(guān)型碧穩(wěn)壓鈴電路它的串百聯(lián)調(diào)犁整管食工作租在開解關(guān)狀付態(tài)，訪即調(diào)抹整管襪主要緞工作灘在飽裝和導(dǎo)犁通和亮截止脆兩種按狀態(tài)釣。根據(jù)偏開關(guān)職穩(wěn)壓遠(yuǎn)電源宮的控駛制方田式不蹤蝶同，屠可分烘為脈捕沖寬集度調(diào)切制型害（即種開關(guān)撿工作蹦頻率晨不變評，控拘制導(dǎo)俗