直流穩(wěn)壓電路

第9章直流穩(wěn)壓電路9.4穩(wěn)壓電路9.2濾波電路9.1整流電路各種電子設(shè)備和電子計(jì)算機(jī)，都需要由穩(wěn)定的直流電源供電。通常都是將工業(yè)用的交流電經(jīng)變換來獲得所需的直流電。把交流電變換成穩(wěn)定的直流電，必須經(jīng)過：交流電源220V變壓：將電網(wǎng)供給的交流電壓變換成符合需要的交流電壓。整流：將交流電變換成單向脈動(dòng)的直流電。濾波：將單向脈動(dòng)直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。穩(wěn)壓：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸出電壓穩(wěn)定。交流電源220V整流電路是利用二極管或晶閘管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮儞Q成直流電的電路。單相橋式整流電路由變壓器、四只接成電橋形式的二極管和負(fù)載電阻組成。工作原理：在輸入電壓u1的正半周，A點(diǎn)電位最高，B點(diǎn)電位最低，二極管VD1和VD3正向偏置導(dǎo)通；VD2和VD4反向偏置而截止。電流iO流經(jīng)VD1、RL和VD3并在RL上產(chǎn)生壓降uO。OuO9.1整流電路O當(dāng)輸入電壓u1為負(fù)半周，變壓器二次感應(yīng)電壓為負(fù)半周時(shí)，整流二極管VD1、VD3因加反向電壓而截止，VD2、VD4因加正向電壓而導(dǎo)通。電流io流經(jīng)VD2、RL和VD4并在RL上產(chǎn)生壓降uO。由此可見，在輸入電壓

u1(u2)的一個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上均有電流通過,方向始終是從上向下，所以負(fù)載上得到同一方向的電壓

uO。(a)(b)(c)負(fù)載與整流二極管的電壓和電流：負(fù)載上得到的電壓Uo是輸出電壓波形在一個(gè)周期中的平均值:流過負(fù)載的電流：流過每個(gè)二極管的平均電流是負(fù)載電流的一半：每個(gè)二極管承受的反向電壓最大值為變壓器二次電壓的峰值：[例]某電氣設(shè)備采用橋式整流電路整流，電源電壓為220V交流電，需要整流輸出的電壓為6V，電流為25mA，試求整流二極管參數(shù)。[解]整流電路上圖(b)所示，由所需的電壓和電流，根據(jù)式可以計(jì)算出負(fù)載電阻為

根據(jù)式可知變壓器二次電壓為

可選用反向耐壓25V，正向電流0.1A以上的整流二極管。動(dòng)畫：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐犯鶕?jù)式可知二極管平均電流為

根據(jù)式可知二極管承受的反向電壓最大值為

9.2濾波電路9.2.1電容濾波9.2.2電感濾波9.2.3復(fù)式濾波整流電路輸出的單方向脈動(dòng)電壓，含有交流成分。在整流電路后接濾波電路可得到電子設(shè)備所需的平滑直流電壓。整流電路輸出電壓向負(fù)載供電的同時(shí)，也給電容充電。利用電容器的充、放電特性，使輸出電壓平滑。u1u29.2.1電容濾波當(dāng)下一個(gè)整流波形到來時(shí)且u2幅值大于電容兩端電壓時(shí)，電容器又開始充電。電容器不斷充電、放電、再充電……負(fù)載兩端得到平滑的直流電。濾波前濾波后負(fù)載兩端電壓的平均值估算公式為：Uo=1.2U2電容濾波電路適用于輕載情況，當(dāng)負(fù)載較重時(shí)應(yīng)采用電感濾波電路。OuO負(fù)載波動(dòng)大，就無法向負(fù)載提供較大電流。當(dāng)充電電壓達(dá)到最大值后，u2下降，電容器向負(fù)載放電，維持負(fù)載兩端電壓緩慢下降。電感對(duì)整流電路輸出電壓中的交流成分呈現(xiàn)較大的阻抗，對(duì)直流成分感抗為零，因此，交流成分基本都降落在電感線圈上，而直流成分則降壓在負(fù)載電阻上，從而負(fù)載上得到平滑的直流電。負(fù)載兩端電壓的平均值與橋式整流電路同，為Uo=0.9U2電感元件體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自身電阻也會(huì)引起直流電壓和功率損失。它適同于負(fù)載電流要求較大且負(fù)載變化大的場(chǎng)合。9.2.2電感濾波為得到更好的濾波效果，將電感濾波和電容濾波混合使用，構(gòu)成多級(jí)濾波電路。當(dāng)負(fù)載電阻RL較大時(shí)，用電阻R代替體積大的電感L，也可得到較好的濾波效果。(a)為電容、電感構(gòu)成的Π型濾波電路，(b)為電阻、電容組成的Π型濾波電路。9.2.3復(fù)式濾波(a)(b)9.3

穩(wěn)壓電路9.3.1穩(wěn)壓二極管9.3.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路9.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路9.3.4集成穩(wěn)壓器利用調(diào)整元件(穩(wěn)壓二極管或晶體管)調(diào)節(jié)整流輸出的直流電壓，使電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)輸出的直流電壓穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路有兩種類型：并聯(lián)型串聯(lián)型是一種能穩(wěn)定電壓的特殊二極管。符號(hào)：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向擊穿區(qū)。在反向擊穿區(qū)，特性曲線很陡峭。特性曲線：

穩(wěn)壓管的工作范圍是在IZmin

IZmax之間。UZ稱為穩(wěn)定電壓。9.3.1穩(wěn)壓二極管由于VZ與RL并聯(lián)，所以稱并聯(lián)型。UO=UI–RI=UI–R(IO+IZ)

當(dāng)電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出電壓變化時(shí)，并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程為：UOUOIZIRI同理可分析UO下降時(shí)的穩(wěn)壓過程。輸出電壓UO基本保持不變。R：限流電阻；RL：

負(fù)載電阻；UO：輸出電壓；VZ：調(diào)整元件；IO：負(fù)載電流；UI：輸入電壓；9.3.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路R：穩(wěn)壓管的限流電阻，并為VT的基極電流提供通路。調(diào)整元件VT與負(fù)載RL串聯(lián)。VZ：為調(diào)整管提供穩(wěn)定的基極電位。穩(wěn)壓過程：當(dāng)電源電壓或負(fù)載變化引起輸出電壓下降時(shí)，UOVEVB恒定UBE(=VB–VE)IBICRLICUO輸出電壓UO基本保持不變。元件作用：VT：調(diào)整元件，工作在放大區(qū)。反之，若UO增大，經(jīng)電路的調(diào)節(jié)作用，會(huì)使UO自動(dòng)減小，使輸出電壓近似不變。9.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路動(dòng)畫：串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器是用半導(dǎo)體集成技術(shù)將串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的元件集成在一個(gè)芯片上。優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定可靠，使用方便、價(jià)格低廉。常用的有三端式集成穩(wěn)壓器，外形：符號(hào)：CW7800外部引線：管腳1為輸入端，2為輸出端，3為公共端。（b）塑料殼封裝9.3.4集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器有兩個(gè)系列CW7800系列CW7900系列(1)CW7800系列為正電壓輸出集成穩(wěn)壓器CW7900系列為負(fù)電壓輸