武漢大學(xué)模電第七章課件

第7章1.第7章1.直流穩(wěn)壓電源的作用直流電源通常是利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娮饔?，將市?20伏50赫茲的交流電變?yōu)閱畏较蛄鲃拥拿}動電壓，經(jīng)過電源濾波器濾掉其中的脈動成分，使之成為較為平滑的直流電壓，再經(jīng)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓（或穩(wěn)流電路穩(wěn)流）輸出較為穩(wěn)定的直流電壓（或直流電流）。對直流電源的主要要求：當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流波動時，能保持輸出電壓幅值的穩(wěn)定，輸出電壓平滑且脈動成分較小，高效率地將交流電轉(zhuǎn)換為直流電。2.直流穩(wěn)壓電源的作用直流電源通常是利用半導(dǎo)體二極7.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成電源變壓器將市電電壓降低到符合整流電路所需要的交流電壓整流電路將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流成分的脈動直流電。濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。3.7.1直流穩(wěn)壓電源的基本組成電源變壓器將市電電壓降低到7.2整流電路D導(dǎo)通(vD＝0)，則iL＝iD＝vL／RL，vL＝v2>0

，1、單相半波整流電路電路只在交流電壓的半個周期內(nèi)才有電流流過負(fù)載，稱為單相半波整流電路。優(yōu)點(diǎn)：元件少，結(jié)構(gòu)簡單缺點(diǎn)：輸出電壓波形脈動大，直流成分較低，功率和變壓器的利用率低。應(yīng)用：輸出電流較小，要求不高的場合。一、工作原理D截止（vD＝－v2），則iL＝iD＝0，vL＝0，二極管承受一反偏電壓。4.7.2整流電路D導(dǎo)通(vD＝0)，則1、單相半波整流電2、單相全波整流電路D1導(dǎo)通，D2截止，iL＝iD1＝vL／RL，vL＝v2>0

D1截止，D2導(dǎo)通,iL＝iD2＝vL／RL

，vL＝v2<0。全波整流的輸出電壓平均值上升，脈動成分下降。缺點(diǎn)：變壓器的利用率不高。5.2、單相全波整流電路D1導(dǎo)通，D2截止，D1截止，D2導(dǎo)通3、單相橋式整流電路工作原理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(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路6.3、單相橋式整流電路工作原理在分析整流電路工作原理時，整流電

在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。信號負(fù)半周時二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載上得到正弦波的負(fù)半周。信號正半周時二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載上得到正弦波的正半周。7.在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單二、整流電路的主要參數(shù)2、負(fù)載上的平均電流3、二極管的平均電流4、二極管所承受的最大反向電壓1、輸出平均電壓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。8.二、整流電路的主要參數(shù)2、負(fù)載上的平均電流3、二極管的平均5、脈動系數(shù)S

流過負(fù)載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)S。9.5、脈動系數(shù)S流過負(fù)載的脈動電壓中包三、單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線

單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線該曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。10.三、單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線單相橋式整流電7.3濾波電路濾波電路形式（a）電容濾波電路（b）阻容濾波電路（d）

型濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)（c）電感濾波電路（a）（b）（c）（d）11.7.3濾波電路濾波電路形式（a）電容濾波電路（b）阻容一、電容濾波電路二極管導(dǎo)通期間，v2向C充電，vC≈v2，充電時間常數(shù)很小v2＞vC時D1和D3導(dǎo)通v2<－vC時D2和D4導(dǎo)通|v2|＜vC時，四只二極管均截止，C通過RL放電，vC(vL)按指數(shù)規(guī)律下降。通常放電時間常數(shù)遠(yuǎn)大于充電時間常數(shù)，這使得vC(vL)的脈動減小，直流分量也有提高。12.一、電容濾波電路二極管導(dǎo)通期間，v2向C充電，vC≈v2，充輸出電壓的平均值通常取結(jié)論輸出電壓的平均值大VL由放電時間常數(shù)決定τ=RLC∴RLC↑→VL↑∵二極管的導(dǎo)通角θ<π，流過二極管的瞬時電流大，可串入一個限流電阻，并選擇較大容量的整流二極管。一般取RLC≥（3~5）T/2（全波整流）電容濾波電路的外特性負(fù)載RL為C提供放電回路，其值越大、放電電流iL越大，電容上的能量存儲減小，輸出平均值減小。電容濾波器適用于負(fù)載電流較小，且變化不大的場合13.輸出電壓的平均值通常取結(jié)論輸出電壓的平均值大∴RLC↑→V二、電感濾波電路1、工作原理：當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，負(fù)載上的直流電壓與不加濾波時負(fù)載上的直流電壓相同。電感濾波電路的外特性電感的直流電阻小，交流阻抗大，直流分量無衰減通過，基波和諧波分量降落在電感上，降低了輸出電壓中的脈動成分。L及IL愈大（RL愈?。?，濾波效果愈好。電感濾波適用于負(fù)載電流比較大的場合14.二、電感濾波電路1、工作原理：當(dāng)忽略電感線圈的直流電2、特點(diǎn)：電感濾波電路的外特性很平坦，V0隨I0增大而略有下降的原因是輸出電流增大時，整流電路的內(nèi)阻和電感的整流電阻壓降也略有增加的緣故。導(dǎo)通角θ=π，因而避免了過大的沖擊電流。輸出電壓沒有電容濾波高。電感濾波電路適用于負(fù)載所需的直流電壓不高，輸出電流較大及負(fù)載變化較大的場合。電感體積大，成本高，輸出電壓稍低。為了提高濾波效果，通常采用LC型濾波電路。15.2、特點(diǎn)：電感濾波電路的外特性很平坦，V0隨7.4串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引入深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。包括允許的輸入電壓、輸出電壓、輸入電流及輸出電壓調(diào)節(jié)范圍等。1、特性指標(biāo)一、穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)16.7.4串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓2、質(zhì)量指標(biāo)

用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。

VI、

IO和

T引起的

VO可用下式表示

(1)輸入調(diào)整因素(2)輸出電阻(3)溫度系數(shù)17.2、質(zhì)量指標(biāo)用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路(4)穩(wěn)壓系數(shù)(5)紋波抑制比系數(shù)愈小，輸出電壓愈穩(wěn)定穩(wěn)壓系數(shù)γ較小的穩(wěn)壓電路，它的紋波抑制比一般也較高18.(4)穩(wěn)壓系數(shù)(5)紋波抑制比系數(shù)愈小，輸出電壓愈穩(wěn)定二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理

1、基本原理VO=VI-VR當(dāng)負(fù)載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，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。當(dāng)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。19.二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理1、基本原理VO=VI-V2、典型串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可變電阻R是用三極管來替代的，控制基極電位，就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，可按電壓負(fù)反饋電路的模式來構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。（1）電路組成

通過調(diào)整環(huán)節(jié)的電流近似等于負(fù)載中的輸出電流，故調(diào)整環(huán)節(jié)與負(fù)載相串聯(lián)，所以該穩(wěn)壓電路稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路20.2、典型串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路可變電阻R是用三極管來替代的，控制（2）工作原理輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變IL↑(VI↓)→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑21.（2）工作原理輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變VI↑→VO↑→輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算根據(jù)圖可知Vf≈VREF調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。22.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算根據(jù)圖可知Vf≈VREF調(diào)節(jié)R2顯然可（4）穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。過載也會造成損壞。保護(hù)的方法反饋保護(hù)型溫度保護(hù)型截流型限流型利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。當(dāng)溫度超標(biāo)時，啟動保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。23.（4）穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)截流型限流型當(dāng)發(fā)生過流時，通過電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，輸出電流得以限制。?dāng)發(fā)生過流時，通過保護(hù)電路使調(diào)整管射極電流減小，從而限制了輸出電流，保護(hù)電路安全。24.截流型限流型當(dāng)發(fā)生過流時，通過電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，輸出三、三端集成穩(wěn)壓器1.概述將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起形成集成穩(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)壓器只有三個引出端：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。25.三、三端集成穩(wěn)壓器1.概述特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用2、類型W7800系列—穩(wěn)定正電壓W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+12VW7815輸出+15V26.2、類型W7800系列—穩(wěn)定正電壓26.W7900系列—穩(wěn)定負(fù)電壓W7905輸出-5VW7909輸出-9VW7912輸出-12VW7915輸出-15V27.W7900系列—穩(wěn)定負(fù)電壓27.輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器恒流源基準(zhǔn)電壓電路調(diào)整電路比較放大減流保護(hù)過熱保護(hù)啟動電路取樣電路28.輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器恒流源基準(zhǔn)電壓電路調(diào)整電路比較放3、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器輸出電壓基準(zhǔn)電壓Iadj調(diào)整管TVREFIVBVI+VoR2R1I2I1（正電壓LM317、負(fù)電壓LM337）29.3、三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器輸出電壓基準(zhǔn)電壓Iadj調(diào)整管TVR四、三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1、W7800系列穩(wěn)壓器外形及接線圖123+_W7805VI+_Vo132CI0.1~1

FCo1μF+10V+5V注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！輸出端輸入端公共端30.四、三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1、W7800系列穩(wěn)壓器外形及接線圖2、W7900系列穩(wěn)壓器外形及接線圖123–+W7905VI–+Vo231CI0.1~1

FCo1μF-10V-5V輸