模擬電子技術第9章第二部分

1、第九章第九章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源9.1 9.1 整流與濾波電路整流與濾波電路9.2 9.2 串聯式穩(wěn)壓電路串聯式穩(wěn)壓電路9.3 9.3 集成串聯式穩(wěn)壓電路集成串聯式穩(wěn)壓電路 電源變壓器電源變壓器: 將交流電網電壓將交流電網電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓變?yōu)楹线m的交流電壓u2。 整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動的直流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓u3。 濾波電路濾波電路: 將脈動直流電壓將脈動直流電壓u3轉轉變?yōu)槠交闹绷麟妷鹤優(yōu)槠交闹绷麟妷簎4。 穩(wěn)穩(wěn)壓電路壓電路: 清除電網波動及負載變化的影響清除電網波動及負載變化的影響,保持輸出電壓保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電

2、源的組成和功能直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo9.1 整流與濾波電路整流與濾波電路1.半波整流電路半波整流電路二極管導通，二極管導通，uL=u2二極管截止二極管截止, uL=0+io+u2 0 時時:u20時時:一一. 單相整流電路單相整流電路u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD主要參數：主要參數：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）輸出電流平均值）輸出電流平均值Io ：+12L+uR

3、-L1u2u220VDIL ）（ tduULL 2021（1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u （3）流過二極管的平均）流過二極管的平均電流：電流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）二極管承受的最高反向電壓：）二極管承受的最高反向電壓：+12L+uR-L1u2u220VDIL 220 V1212R2+Luuu2L1DD22.全波整流電路全波整流電路+原理：原理：+變壓器副邊中變壓器副邊中心抽頭，感應心抽頭，感應出兩個相等的出兩個相等的電壓電壓u2當當u2正半周時，正半周時， D1導通，導通，D2截止。截止。當當u2負半周

4、時，負半周時， D2導通，導通，D1截止。截止。全波整流電壓波形全波整流電壓波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLRuL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 主要參數：主要參數：（2）輸出電流平均值）輸出電流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）輸出電壓平均值）輸出電壓平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRILuD 2 0 t（3）流過二極管的平均）流過二極管的平均電流：電流：ID = IL/2（4）二極管承受的最高反向電壓：）二極管承受的最高反向電壓

5、：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 3. 橋式整流電路橋式整流電路（1）組成：由四個二極管組成橋路）組成：由四個二極管組成橋路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周時正半周時: :D1 、D3導通導通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2負半周時：負半周時： D2、D4 導通導通， D1 、D3截止截止u2ttuL輸出電壓平均值：輸出電壓平均值：UL=0.9u2輸出電流平均值輸出電流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL 流過二極管的平均電流：

6、流過二極管的平均電流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要參數：）主要參數：二極管承受的最大反向電壓：二極管承受的最大反向電壓：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-脈動系數脈動系數1:用傅氏級數對橋式整流的輸出用傅氏級數對橋式整流的輸出 uL 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttuuL uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值輸出電壓平均值輸出電壓平均值LLACLLACUUUUS11 67. 032223242211 uuUUSLLAC集成硅整流橋：集成硅整流橋：u2uL+ +- +優(yōu)點：優(yōu)點：紋波電壓小，輸出效率高，紋波電壓小，輸

7、出效率高，二極管承受的反向電壓小。二極管承受的反向電壓小。缺點：缺點：使用二極管數量多。使用二極管數量多。濾波電路的結構特點濾波電路的結構特點: 電容與負載電容與負載 RL 并聯，或并聯，或電感與負載電感與負載RL串聯。串聯。交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波直流直流電壓電壓原理：原理：利用儲能元件利用儲能元件電容電容兩端的電壓兩端的電壓( (或通過或通過電電感感中的電流中的電流) )不能突變的特性不能突變的特性, , 濾掉整流濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。成份，達到平滑輸出電壓波形的目的

8、。二二 濾波電路濾波電路1. 電容濾波電容濾波+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C（1）空載（）空載（RL=）時：）時：u2tuLtuc=uL+41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC時：時：二極管導通，二極管導通，C充電充電u2 uC時：時：二極管截止，二極管截止，C放電。放電。由于由于RL=，無放電回路，無放電回路，所以所以uC保持。保持。22uuuCL （2）接入接入RL（且（且RLC較大）時較大）時u2tiDtu2 uC時：時：二極管導通，二極管導通，C充電充電u2 uC時：時：二極管截止，二極管截止，C放電。放電。二極管中二極管中的電流的電

9、流uc= uL+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc近似估算近似估算: UL=1.2U2(b) 流過二極管瞬時電流很大流過二極管瞬時電流很大整流管導電時間越短整流管導電時間越短 iD的峰值電流越大的峰值電流越大電容濾波電路的特點：電容濾波電路的特點：(a) UL與與RLC的的 關系：關系：RLC 愈大愈大 C放電愈慢放電愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 較大較大一般?。阂话闳。?T:電源電壓的周期電源電壓的周期)TCRL)105( u2tiDtuc= uL+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL2. 電感濾波電路電感濾波電路電路結構電路結構: 在橋

10、式整流電路與負載間串入一電感在橋式整流電路與負載間串入一電感L。輸出電壓平均值輸出電壓平均值: UL=0.9U2對諧波分量對諧波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,電壓大部分降在電感上。電壓大部分降在電感上。 因此，因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。對直流分量對直流分量: XL=0 相當于短路相當于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上上3. 其它濾波電路其它濾波電路 為進一步改善濾波特性，可將上述濾波電路組合為進一步改善濾波特性，可將上述濾波電路組合起來使用。起來使用。LC濾波電路濾波電路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型濾波電路型

11、濾波電路9.2 串聯式穩(wěn)壓電路串聯式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用穩(wěn)壓電路的作用: :交流交流電壓電壓脈動脈動直流電壓直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的有波紋的直流電壓直流電壓穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流直流電壓電壓一一. 穩(wěn)壓電路的主要性能指標穩(wěn)壓電路的主要性能指標常用以下參數來說明穩(wěn)壓電源的質量：常用以下參數來說明穩(wěn)壓電源的質量：1、穩(wěn)壓系數、穩(wěn)壓系數00IIOOO / TIUUUU 2、輸出電阻、輸出電阻00OOoI TUIUR3、溫度系數、溫度系數00OOI IUTTUS輸出電壓：輸出電壓：)(OIOTIUfU， 二二. . 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1. 1. 穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。利用

12、穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。 由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。的電壓變化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 當輸入電壓變化時當輸入電壓變化時UiUZUoUoURIIZIRU i由圖知：由圖知：(2)(2)當負載電流變化時當負載電流變化時穩(wěn)壓過程：穩(wěn)壓過程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI2、限流電阻的計算、限流電阻的計算（1 1）當）當輸入電壓最小，負

13、載電流最大輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時極管的電流最小。此時I IZ Z不應小于不應小于I IZminZmin，由此可計算出，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值穩(wěn)壓電阻的最大值。即。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI （2 2）當）當輸入電壓最大，負載電流最小輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時管的電流最大。此時I IZ Z不應超過不應超過I IZmaxZmax，由此可計算出，由此可計算出穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電阻的最小值阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=I

14、IUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：所以：三三. . 串聯式穩(wěn)壓電源串聯式穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點：（1 1）帶負載能力差）帶負載能力差（2 2）輸出電壓不可調）輸出電壓不可調改進：改進：（ 1 1 ） 提 高 帶 負 載 能） 提 高 帶 負 載 能力力在輸出端加一射在輸出端加一射極輸出器極輸出器UO=UZ-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo改進：改進：（2 2）使輸出電壓可調）使輸出電壓可調在射極輸出器前加一帶有負反饋在射極輸出器前加一帶有負反饋的放大器。調節(jié)反饋系數即可調節(jié)放大倍數的放大器。調節(jié)反饋系數即可調節(jié)放大

15、倍數UO=AUFUZ-0.7V為了進一步穩(wěn)定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端為了進一步穩(wěn)定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRR+TU+-+UzDz-LiRURoUO=UZ-0.7V由四部分組成：由四部分組成：基準電壓、調整管、取樣電路、放大比較環(huán)節(jié)?；鶞孰妷?、調整管、取樣電路、放大比較環(huán)節(jié)。1. 1. 串聯型穩(wěn)壓電源的構成串聯型穩(wěn)壓電源的構成+DzzUR+AR2UURRf1-+L+oT-+-iU基 準 電 壓調 整 管取 樣 電 路放 大 比 較 環(huán) 節(jié)2.2.工作原理工作原理（1 1）輸入電壓變化時）輸入電壓變化時實質：實質：電壓負反饋電壓負反

16、饋QvCE/ViC/mAQ+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1UiUfUoUoUo1UCE（2 2）負載變化時）負載變化時+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1Uo1UoUCEUoUf3.3.輸出電壓的計算輸出電壓的計算REF221REFREFufO1=URRRUFUAUV 可見，調節(jié)可見，調節(jié)R1或或R2可以改變輸出電壓?？梢愿淖冚敵鲭妷?。用負反饋的理論計算：用負反饋的理論計算：212ofV=RRRUUF +o1+DzUR2REF+UUo-f-T-R+L1Ri+AUUR舉例：舉例： 分立元件組成的串聯式穩(wěn)壓電源分立元件組成的串聯式穩(wěn)壓電源VCC_CI

17、RCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU基準電壓取樣電路調整管放大比較環(huán)節(jié)穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3 （UB2 ）Uo當當 Ui 增加或輸出電流減小使增加或輸出電流減小使 Uo升高時升高時VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU(3) 輸出電壓的調節(jié)范圍輸出電壓的調節(jié)范圍VCC_

18、CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUOP434BE3ZURRRRUU 因為：因為：4P43BE3ZO)(RRRRUUU 所以：所以：將參數代入，可將參數代入，可求出輸出電壓的調節(jié)范圍。求出輸出電壓的調節(jié)范圍。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUV77.34 .322022024)(4p43BE3ZO

19、min RRRRUUUV8.94.322033022024)(4p43BE3ZOmax RRRRUUU9.3 集成串聯式穩(wěn)壓電路集成串聯式穩(wěn)壓電路一一. 帶隙基準電壓源帶隙基準電壓源-+-2R3RT3T2T1iuREFU1RI1I2IBEBE2BE1=-UUU21T22T11Tlnlnln=IIUIIUIIUESES 電阻電阻R2 2上的壓降：上的壓降：2132T23BE222lnIIRRURRURIU 所以，輸出的基準電壓：所以，輸出的基準電壓：2BE3REFUUU 2132TBE3lnIIRRUU 當當 時時TREF3V205.1UU溫度系數為溫度系數為0 0。特點：溫度特性好。特點：溫度

20、特性好。C16VCC_CIRCLEDRT9RR34516920T87R7R13Z1TR13RTR1RTR10D公公 共共 端端2TR1211136VCC_CIRCLE1711T1514TRTRR1412TR219TRT1510VCC_CIRCLET4RRRT輸輸 入入 端端6RT18Z2TFU5T輸輸 出出 端端81217二二. 三端固定式集成穩(wěn)壓器三端固定式集成穩(wěn)壓器 調整管調整管過壓保護過壓保護過熱過熱保護保護啟動電路啟動電路取取樣樣電電路路基準電壓基準電壓源源過流保護過流保護放大比放大比較環(huán)節(jié)較環(huán)節(jié)12T32BEFln4RRURRUU 電路組成及工作原理：電路組成及工作原理：1. 啟動電

21、路啟動電路 由由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和和R 18組成。上電后，組成。上電后，R 4、D Z1先先導通，使得導通，使得T12和和T13導通，隨后導通，隨后T8和和T9也導通，整個電路進入正常工作狀也導通，整個電路進入正常工作狀態(tài)。這時態(tài)。這時R 1上壓降增加，使上壓降增加，使T13截止狀態(tài)，切斷了輸入回路與基準源之間截止狀態(tài)，切斷了輸入回路與基準源之間的聯系。的聯系。2. 基準電壓源基準電壓源由由T1T7管和電阻管和電阻R1R3組成的帶隙基準電壓源。組成的帶隙基準電壓源。2C2BE6BE5BE4BE3FRIUUUUUC2C1T322C2lnIIURRRI

22、1C1BE1BE72C2BE4BE3C7RIUURIUUU 根據前面對帶隙基準電壓源的分析可知根據前面對帶隙基準電壓源的分析可知：T7管的集電極電位：管的集電極電位： 因此，有：因此，有： 12C2C1RRII 整理可得：整理可得： 12T32BEFln4RRURRUU 3. 放大比較環(huán)節(jié)：放大比較環(huán)節(jié)： 由由T3和和T4管組成的復合管構成，電流源管組成的復合管構成，電流源T9作它的有源負載。作它的有源負載。T3和和T4管管既是基準電壓電路的一部分，又是比較放大器的放大管。取樣電壓既是基準電壓電路的一部分，又是比較放大器的放大管。取樣電壓UF疊疊加在基準電壓上。輸出電壓：加在基準電壓上。輸出電

23、壓：4. 調整環(huán)節(jié)：調整環(huán)節(jié)： 由由T16和和T17組成的復合管，是整個電路的調整管。其集電極接整流濾組成的復合管，是整個電路的調整管。其集電極接整流濾波電路的輸出，其發(fā)射極通過波電路的輸出，其發(fā)射極通過R 11接負載電阻接負載電阻R L，可以輸出較大的電流。，可以輸出較大的電流。）（1920FO1RRUU5. 保護電路：保護電路： 過流保護電路由過流保護電路由R11和和T15組成。組成。 調整管安全區(qū)保護電路由調整管安全區(qū)保護電路由R13，DZ2和和T15組成。組成。 過熱保護電路由過熱保護電路由DZ1、R7和和T14組成。當芯片內部的溫度超過允許的組成。當芯片內部的溫度超過允許的最大值時，

24、最大值時，R7的壓降也增大，而的壓降也增大，而U BE14卻減小，使得卻減小，使得T14管導通。其集電管導通。其集電極電流極電流IC14使得使得T16管的基極電流分流，從而限制了管的基極電流分流，從而限制了T16和和T17管的電流，管的電流，芯片功耗也會隨之降低，起到過熱保護的作用。芯片功耗也會隨之降低，起到過熱保護的作用。 常用的集成三端穩(wěn)壓器的外形及類型常用的集成三端穩(wěn)壓器的外形及類型類型：類型：W7800系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓 W7805 輸出輸出+5V W7809 輸出輸出+9V W7812 輸出輸出+12V W7815 輸出輸出+15V W7900系列系列 穩(wěn)定負電壓穩(wěn)定負電

25、壓 W7905 輸出輸出-5V W7909 輸出輸出-9V W7912 輸出輸出-12V W7915 輸出輸出-15V1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端123+UOW781522C311CUi1. 基本使用方法基本使用方法+20V+15V注意：注意：輸入電壓輸入電壓Ui一般應比輸出電壓端一般應比輸出電壓端Uo高高3V以上。以上。二二. 三端固定式集成穩(wěn)壓器的使用三端固定式集成穩(wěn)壓器的使用 C1的作用：的作用：抵消輸入長接線的電感效應，防止自激振蕩抵消輸入長接線的電感效應，防止自激振蕩C2的作用：的作用：改善負載的瞬態(tài)響應，消除高頻噪聲、。改善負載的瞬態(tài)響應，消除高頻噪聲、。2. 輸出正負電壓輸出正負電壓+C21CW7812W79121CC2+-+-iUUO 1O 2U-+1323. 輸出電壓可調輸出電壓可調32212OOURRRUU由：由：32120)1(URRU 可得：可得：uuW78122R2C1COUUi-+1R132 4.4.擴大輸出電流擴大輸出電流 T 1是擴大輸出