第7章 直流電源

1第二節(jié)、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路第一節(jié)、直流穩(wěn)壓電源的組成第七章直流穩(wěn)壓電源2在電子線路和自動控制裝置中需要電壓非常穩(wěn)定的直流電源。廣泛采用半導(dǎo)體直流電源，將電網(wǎng)提供的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。1、將市電220V轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟?、當(dāng)電網(wǎng)電壓變化或負(fù)載變化時(shí)，保證輸出直流電壓穩(wěn)定。功能：7.1直流穩(wěn)壓電源的組成3變壓整流濾波穩(wěn)壓交流220V50HZ交流電壓脈動直流電壓有波紋的脈動直流電壓直流電壓半導(dǎo)體直流電源原理方框圖原理方框圖：4電源變壓器將市電電網(wǎng)220V或380V的工頻交流電壓變換為整流所需的交流電壓整流電路將交流電變換為方向不變的直流電濾波電路將脈動直流電變換為平滑的直流電壓穩(wěn)壓電路當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時(shí)，穩(wěn)壓電路自動維持直流輸出電壓穩(wěn)定。

5整流電路單相三相單相半波整流電路單相橋式整流電路單相全波整流電路三相半波整流電路三相全波整流電路三相橋式整流電路一、整流電路

61、單相半波整流電路

T為電源變壓器，用來將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時(shí)保證直流電源與市電電源有良好的隔離。7單相半波整流電路單相半波整流電路波形圖8輸出直流平均電壓：二極管上承受的最高電壓：二極管上的平均電流：ID

=Io92、單相橋式整流電路

（一）電路組成D1D2D4D3RLu2+-uO+-

習(xí)慣畫法RLD1~D2+-220V50Hz10(二)工作原理

1、u2正半周時(shí)：D1、D3導(dǎo)通,D2、D4截止，負(fù)載RL上得到一個(gè)半波電壓；D2、D4承受反向電壓。

2、在u2的負(fù)半周：D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止，負(fù)載RL上也得到一個(gè)半波電壓；D1、D3承受反向電壓。結(jié)論：盡管u2方向是交變的，但通過RL的電流、電壓方向不變，在負(fù)載上得到了大小變化而方向不變的脈動直流電流和電壓。u2+-uO+-+-220V50HzD1D2D4D3RL11iD1iD3iD2iD4uD2uD4uD1uD3uo,iooωtiDoωtuDoωtu2,i2oωtπ2π3π

D1D3通D2D4通變壓器次級電壓u2、i2二極管承受的電壓uD二極管電流iD

輸出uo、io12（三）定量分析1、脈動直流電壓的平均值2、負(fù)載電流的平均值≈0.9U213（四）二極管的選擇1、流過二極管平均電流是負(fù)載RL上電流Io的一半2、二極管截止時(shí)承受的最高反壓

就是變壓器副邊交流電壓u2的最大值U2m。

設(shè)二極管為理想化，D1

、D3導(dǎo)通時(shí)，視為短路則截止管D3、D4與RL、U2并聯(lián)關(guān)系。D3和D4分別承受反壓為U2的振幅值。u1+-uO+-u2+-RLD1D2D4D314

[例]有一額定電壓為110V、阻值為80?的直流負(fù)載。如采用單相橋式整流電源供電，交流電壓為220V。（1）如何選用整流二極管？（2）求整流變壓器的變壓比及容量。

解：（1）變壓器副邊電壓的有效值為UO＝0.9U2

流過每個(gè)二極管的平均電流為：每個(gè)二極管承受的最大反向電壓：

查表可知，選用4個(gè)整流二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。15

（2）考慮到變壓器副繞組及管子上的壓降，變壓器的副邊電壓大約應(yīng)高于上面計(jì)算值的10%，即：變壓器的變壓比:每變壓器電流的有效值為:變壓器的容量為:16整流濾波1、濾波電路的功能：減小整流電壓的脈動程度。交流電壓脈動直流電壓有波紋的直流電壓2、常用濾波元件：電容、電感。

3、分類：電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波（有Γ型濾波、π型濾波、RC濾波）。二、濾波電路

17RL濾波電路的分類Ui+_Uo+_電容濾波RL電感濾波CUi+_Uo+_復(fù)式濾波CΓ型濾波π型濾波RC濾波CCRCCC181、半波整流電容濾波電路19+C（一）電路組成2、單相橋式整流電容濾波電路與負(fù)載并聯(lián)一個(gè)電容量較大的電容器C。

利用C的充放電作用。二極管導(dǎo)通時(shí)電容器C充電，二極管截止時(shí)電容器C對負(fù)載電阻RL放電，從而使負(fù)載電壓和電流趨于平滑。u1+-uO+-u2+-RLD1D2D4D3（二）濾波原理20D1左端為u2,右端為uC=uO當(dāng)u2>uC時(shí):D1導(dǎo)通,u2給C充電,uC↑→uO↑當(dāng)u2<uC時(shí):D1截止,C向RL放電,uC↓→

uO↓交流u2一個(gè)周期內(nèi)充放電2次+Cu1+-uO+-u2+-RLD1D2D4D321T2TD1、D3導(dǎo)通D2、D4導(dǎo)通tOu2

uO=uCu2uC=uO+CuO+-u1+-u2+-RLD1D2D4D3u'O+-22未整流的正弦波形未加濾波電容前的波形加濾波電容后的波形

短時(shí)間內(nèi)為C充電，流過二極管的瞬時(shí)電流很大。u2ωt0uOωt0u'Oωt0iDωt023（三）電容濾波整流電路的特點(diǎn)

1、只有︱u2︱＞uC時(shí)，才有一對二極管導(dǎo)通。所以通過二極管的電流iD是周期性的脈沖電流。通常C愈大，沖擊電流也愈大。選擇二極管時(shí)，其整流電流值應(yīng)選得大一些，以保證安全。

2、負(fù)載上直流電壓平均值及其平滑程度與放電時(shí)間常數(shù)τ＝RLC有關(guān)，τ愈大放電愈慢，輸出電壓平均值愈大波形愈平滑。適用于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小、且負(fù)載基本不變的場合。24三、復(fù)合式濾波電路Ru2RLuo++––~+C2+C1為減小輸出電壓的脈動程度，用電容和電阻組成復(fù)合式濾波電路。工作原理：C1、C2對高頻分量有分流作用，頻率愈高，RL//XC2的阻抗值越小，輸出電壓的高頻分量大部分降在R上，使負(fù)載電壓中的高頻分量減小，波形平滑。

形RC復(fù)式濾波電路R>>RL//XC225Lu2RLuo++––~+C2+C1電感線圈的直流電阻小而交流感抗大，其濾波效果好于RC-

型濾波電路。但電感線圈體積大、成本高，所以只適用于負(fù)載電流大、對濾波要求較高的場合。

R太大直流壓降增大，只適用于負(fù)載電流較小的場合?？捎秒姼芯€圈L代替R。

形LC復(fù)式濾波電路26[例]有一直流負(fù)載，要求UO＝24V，IO＝300mA的直流電源。擬采用橋式整流電容濾波電路。試選擇各元件。解：（1）選擇整流二極管橋式整流電容濾波電路UO＝1.2U2，所以變壓器副邊電壓有效值是:整流二極管承受的最高反向電壓：通過二極管的平均電流：查表，可選2CP21整流二極管。27（2）選擇濾波電容根據(jù)τ＝RLC，，取RLC＝4×T/2＝2T工頻交流電T＝0.02s,又因所以，RLC＝2T＝0.04s可求得：選用500μF、50V的電解電容器。283、穩(wěn)壓電路種類:并聯(lián)穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓二極管組成）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1、直流輸出電壓不穩(wěn)定因素:

（1）交流電網(wǎng)電壓波動。（2）負(fù)載電流變化。（3)溫度變化。

概述

2、穩(wěn)壓電路的作用：當(dāng)交流電源電壓波動、負(fù)載或溫度變化時(shí)，維持輸出電壓穩(wěn)定。三、穩(wěn)壓電路及穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)

29一、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

（一）組成：穩(wěn)壓電路接在整流濾波電路之后，整流濾波電路的直流輸出電壓是穩(wěn)壓電路的輸入電壓U1，穩(wěn)壓后的電壓為UO。+C+-UOUI+-IZIOIRDZ電壓關(guān)系式：UI=UR+UO

IR=IZ+IO限流作用調(diào)節(jié)作用RRRL30復(fù)習(xí)穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓作用

反向擊穿區(qū)域。

?i大變化,?u基本不變。＋－陽極陰極UZ

iuiOIZMIZ

u＋－Dz31（二）工作原理當(dāng)交流電源電壓波動引起U1升高時(shí)，

同樣，當(dāng)負(fù)載電流變化引起輸出電壓UO變化時(shí)，穩(wěn)壓電路也能起到穩(wěn)壓作用，使UO基本不變。電網(wǎng)電壓UIUZIZURUOUOIR+C+-UOUI+-IZIOIRDZ電壓關(guān)系式：UI=UR+UO

IR=IZ+IORRLUO基本上保持不變。32

可見：在穩(wěn)壓電路中，起自動調(diào)節(jié)作用的主要是穩(wěn)壓管DZ，當(dāng)輸出電壓UO有較小變化時(shí)，將引起穩(wěn)壓管電流IZ較大的變化，通過R起到補(bǔ)償作用，從而保持輸出電壓UO基本不變。

優(yōu)點(diǎn)：元件少，電路簡單。

缺點(diǎn)：①一是受穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流的限制，負(fù)載取用電流不能太大；②二是輸出電壓不可調(diào)節(jié)，并且電壓的穩(wěn)定度也不夠高。適用于負(fù)載電流較小，穩(wěn)定度要求不高的場合。（一）電路組成7.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以集成運(yùn)放為放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路TR"1R2R'1RLR3R1DZ++-∞+-UZ+UF-UI+-+UO-調(diào)整管比較放大取樣電路基準(zhǔn)電壓組成框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電路——調(diào)整管的c-e與RL串聯(lián)34由取樣、基準(zhǔn)、放大和調(diào)整4部分組成，一般還設(shè)有保護(hù)電路。

取樣電路——R1和R2,把UO的變化量取樣（即UF）

。

基準(zhǔn)電路——R3、DZ，獲得穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ

。輸入電壓——UI整流、濾波環(huán)節(jié)后的輸出電壓。

輸出電壓——UO為穩(wěn)壓后的直流電壓。35（二）工作原理+-UZ+UF-UI+-+UO-IO-UCE+UB+-UBE+-TR"1R2R'1RLR3R1DZ++-∞當(dāng)UO變化時(shí)，取樣電路把UO的變化取樣加到運(yùn)放的反相輸入端，由于同相輸入端接穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，故運(yùn)放輸出端電壓的變化只反映取樣電壓UF的變化。輸出電壓加到調(diào)整管T的基極，使T的管壓降變化，以補(bǔ)償U(kuò)O的變化，維持UO基本不變。36IO+-UZ-UCE++UF-UI+-+UO-UB+-UBE+-TR"1R2R'1RLR3R1DZ++-∞電網(wǎng)電壓UIUFICUOUBUCEUO如果需要改變輸出電壓，可調(diào)節(jié)電位器R1。當(dāng)R1滑動端向上移動時(shí)，UO減?。环粗?，UO增加。37由于運(yùn)算放大器調(diào)節(jié)方便，電壓放大倍數(shù)很高，輸出阻抗較低，因而可以獲得極其優(yōu)良的穩(wěn)壓特性。（三）用途：可獲得穩(wěn)定性很高的輸出電壓，并且輸出電壓可以調(diào)節(jié)，又可以輸出較大的電流，應(yīng)用很廣泛。38

也稱集成穩(wěn)壓器，即把穩(wěn)壓電路中的大部分元件或全部元件制作在一片硅片上而成為集成穩(wěn)壓塊，一塊就是一個(gè)完整的穩(wěn)壓電路。大多數(shù)集成穩(wěn)壓電路均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。

特點(diǎn)：體積小，重量輕、可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉。一、組成二、三端集成穩(wěn)壓器39啟動電路：為保證各環(huán)節(jié)在開機(jī)時(shí)能正常工作的電路。

保護(hù)電路：為在過載時(shí)（如輸出電流過大、工作電壓過高）免于損壞的電路。集成穩(wěn)壓電路框圖調(diào)整管比較放大取樣電路啟動電路基準(zhǔn)電路保護(hù)電路40二、分類集成穩(wěn)壓電路按工作方式分按輸出電壓方式分按結(jié)構(gòu)分線性串聯(lián)型開關(guān)串聯(lián)型固定式可調(diào)式三端式多端式W7800系列（輸出正電壓）W7900系列（輸出負(fù)電壓）??為輸出電壓值41W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝（一）外形、結(jié)構(gòu)和符號三、應(yīng)用舉例42外形和符號43W7800123COCiUO+-UI+-3個(gè)引出端輸入端－1公共端－3輸出端－2接線圖

三端集成穩(wěn)壓器——具有UI、UO和公共端三個(gè)引出端。44引出端的排列方式W7800和W7900系列引出端排列方式表金屬封裝塑料封裝輸入公共輸出輸入公共輸出W7800和W7800M132123W7800L132321W7900系列31221345使用時(shí)，只需分別在其輸入端、輸出端與公共端之間各并聯(lián)一個(gè)電容即可。W7805123COCiUO+-UI+-抵消輸入端接線較長時(shí)的電感效應(yīng)，防止自激振蕩，改善波形為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)，不致引起輸出電壓較大的波動。改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)46（三）應(yīng)用電路1、提高輸出電壓的電路可使輸出電壓高于穩(wěn)壓器輸出電壓。U╳╳

+-UZ+-