模擬電子技術(shù)第10章直流穩(wěn)壓電源

1、上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10.1 概述概述10 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源交流交流電源電源1u電源電源變壓器變壓器2u整流整流電路電路3u直流穩(wěn)壓電源的組成方框圖直流穩(wěn)壓電源的組成方框圖t1u0t2u03u0t波形圖波形圖上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4u0t5u0t濾波濾波電路電路4u穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路電路5u整流整流電路電路3u3u0t波形圖波形圖上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10.2 單相整流及電容濾波電路單相整流及電容濾波電路10.2.1 單相橋式整流電路單相橋式整流電路1. 電路組成電路組成a+_uOTRu2

2、+_u1b+_D1D2D4D3RL上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2. 工作原理工作原理u2t022UuOt0t0iO22UL2/2RU輸入電壓輸入電壓輸出電壓輸出電壓輸出電流輸出電流設(shè)設(shè)tUu sin222 (a)二極管二極管D1D4性能理想性能理想(b)uOTr+u1RLiD1D4+D1D3D2u2iD2iOab上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)t0uD1uD3,t0iD1iD3,u2t022U輸入電壓輸入電壓二極管二極管D1、D2電流電流二極管二極管D1、D2電壓電壓22UL2/2RUuOTr+u1RLiD1D4+D1D3D2u2iD2iOa

3、b上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) （1） 整流輸出直流電壓整流輸出直流電壓 u2t022UuOt022U)6cos3524cos1522cos321(222O tttUu 因?yàn)檩敵鲭妷阂驗(yàn)檩敵鲭妷簍duU 02O1輸出直流電壓輸出直流電壓222U 29 . 0 U 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）輸出電壓紋波因數(shù)輸出電壓紋波因數(shù) OorUU 定義定義式中式中Uor輸出電壓中各次諧波電壓有效值的中總和輸出電壓中各次諧波電壓有效值的中總和UO輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

4、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2O2O22OorUUUUU 對(duì)于全波整流電路對(duì)于全波整流電路)6cos3524cos1522cos321(222O tttUu 26o24o22oorUUUU2O22UU 由于由于故故1)(2O2 UU483. 0 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（3）整流二極管的正向平均電流整流二極管的正向平均電流 2ODII （4）整流二極管的最高反向電壓整流二極管的最高反向電壓 2RM2UU LO2RU L229 . 0RU L245. 0RU uOTr+u1RLiD1D4+D1D3D2u2iD2iOab上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1

5、. 電路組成電路組成10.2.2 電容濾波電路電容濾波電路+_uOTRu2+_u1+_D1D2D4D3RLC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 當(dāng)當(dāng)C=0時(shí)時(shí)2 . 工作原理工作原理Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C輸入電壓輸入電壓tUu sin222 23 4u222Ut0上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)234u222Ut0輸入電壓輸入電壓輸出電壓波形輸出電壓波形橋式整流電路橋式整流電路輸出電壓輸出電壓2O9 . 0 UU Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uOuO023422Ut上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子

6、技術(shù)基礎(chǔ)輸出電壓波形輸出電壓波形由于電容器的充電時(shí)間常數(shù)由于電容器的充電時(shí)間常數(shù)0o1 Cr (2) 當(dāng)當(dāng)C0、RL=時(shí)時(shí)22UuO0234tTr+u1D4+D1D3D2u2uO+Cro234u222Ut0輸入電壓輸入電壓上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(3) 當(dāng)當(dāng)C0、RL 時(shí)時(shí)電容器的充電時(shí)間常數(shù)電容器的充電時(shí)間常數(shù)0)/(oLo1 CrCRr 輸出電壓輸出電壓234u222Ut0輸入電壓輸入電壓Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro22U0234tuOuC,uO =uC u2上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)輸出電壓輸出電壓234u

7、222Ut0輸入電壓輸入電壓Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro22U0234tuOuC,當(dāng)當(dāng)C充電到最高點(diǎn)時(shí)，充電到最高點(diǎn)時(shí)，C將通過(guò)將通過(guò)RL開(kāi)始放電。開(kāi)始放電。二極管二極管D1、D3將將截止，截止，上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電容器的放電時(shí)間常數(shù)電容器的放電時(shí)間常數(shù)CRL2 由于由于 2較大，放電比較緩慢較大，放電比較緩慢Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C234u222Ut0輸出電壓輸出電壓22U0234tuOuC,ro上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)當(dāng)| |u2|uC時(shí)時(shí)C又又開(kāi)始開(kāi)始充充電，直到最大值。電，直

8、到最大值。二極管二極管D2、D4導(dǎo)通導(dǎo)通234u222Ut0Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro輸出電壓輸出電壓22U0234tuOuC,上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)22U0234tuOuC,周而復(fù)始周而復(fù)始輸出電壓輸出電壓234u222Ut0輸入電壓輸入電壓Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro可畫(huà)出輸出電壓波形可畫(huà)出輸出電壓波形C放電放電C充電充電D截止截止D導(dǎo)通導(dǎo)通上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3電容濾波電路的外特性及主要參數(shù)估計(jì)電容濾波電路的外特性及主要參數(shù)估計(jì) （1）電容濾波電路的外特性電容濾波電路的外特性)

9、(OOifu 0.9U2C=0C小小C大大Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+CiOuOiO022U上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)a. C越小，越小，uO(A V)越小，紋波越大。越小，紋波越大。b. iO越大越大, , uO(A V)越小。越小。外特性外特性特點(diǎn)：特點(diǎn)：電容濾波電路適用于負(fù)載電流比較小或基本不變的場(chǎng)合。電容濾波電路適用于負(fù)載電流比較小或基本不變的場(chǎng)合。結(jié)論：結(jié)論： 外特性差外特性差0.9U2C=0C小小C大大uOiO022U上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（3） 輸出電流平均值輸出電流平均值 L2L(AV)OO(AV)2

10、 . 1RURUI （2） 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 2(AV)O)4 .11 .1(UU 一般取一般取 2O(AV)2 . 1 UU 若若2)5(3TCRL 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（4） 整流二極管的平均電流整流二極管的平均電流 (b) 二極管導(dǎo)通時(shí)，有沖擊電流。二極管導(dǎo)通時(shí)，有沖擊電流。(a) 比無(wú)濾波電容時(shí)的平均電流大。比無(wú)濾波電容時(shí)的平均電流大。二極管電流的特點(diǎn)：二極管電流的特點(diǎn)：023t0tuCuOiDiD1iD3iD2iD4iDMuCuO二極管電流波形二極管電流波形考慮二極管內(nèi)阻時(shí)考慮二極管內(nèi)阻時(shí)輸出電壓波形輸出電壓波形上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退

11、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)放電時(shí)間常數(shù)越大，放電時(shí)間常數(shù)越大，越越小，沖擊電流越大。小，沖擊電流越大。(c) 沖擊電流與二極管的導(dǎo)沖擊電流與二極管的導(dǎo)通角通角( )有關(guān)。有關(guān)。023t0tuCuOiDiD1iD3iD2iD4iDMuCuO（5）整流二極管的最高反向電壓整流二極管的最高反向電壓 2RM2UU 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2型濾波電路型濾波電路 R+C1C2uIuORL+L+C1C2uIuORL+LC型濾波電路型濾波電路RC型濾波電路型濾波電路上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)在圖所示的電烙鐵供電電路中，試分析以下幾在圖所示的

12、電烙鐵供電電路中，試分析以下幾種情況各屬于什么供電電路？輸出電壓多高？種情況各屬于什么供電電路？輸出電壓多高？哪種情況下電烙鐵溫度最低？為什么？哪種情況下電烙鐵溫度最低？為什么？（1） S1、 S2均閉合。均閉合。（2） S1、 S2均分?jǐn)?。均分?jǐn)唷＃?） S1閉合閉合， S2分?jǐn)?。分?jǐn)唷＃?） S1分?jǐn)喾謹(jǐn)啵?S2閉合。閉合。電烙鐵電烙鐵UOC D1D3D2D4S1S2220V思思 考考 題題上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10.3.1 穩(wěn)壓電路的功能和性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的功能和性能指標(biāo) 1穩(wěn)壓電路的功能穩(wěn)壓電路的功能 穩(wěn)定輸出直流電壓。穩(wěn)定輸出直流電壓。2穩(wěn)壓電路的主

13、要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo) （1）穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) 0,0IIOOrO TIUUUUS10.3 串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率 %10010,0IOOO TIUUUUS（3）輸出電阻輸出電阻 0,0OOOI TUIUR（4）電流調(diào)整率電流調(diào)整率 %1000,0OOI TUIUUS上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（5）輸出電壓的溫度系數(shù)輸出電壓的溫度系數(shù) %10010,0OOIO UITTUUS 穩(wěn)壓電路輸出端的交流分量（通常為穩(wěn)壓電路輸出端的交流分量（通常為100Hz）

14、的）的有效值或幅值。有效值或幅值。 （6）紋波電壓紋波電壓 （7） 紋波電壓抑制比紋波電壓抑制比 oppippriplg20UUS 輸入、輸出電壓中的紋波電壓之比輸入、輸出電壓中的紋波電壓之比上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10.3.2 串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路的工作原理串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路的工作原理1電路組成電路組成 基準(zhǔn)環(huán)節(jié)基準(zhǔn)環(huán)節(jié)比較放大環(huán)節(jié)比較放大環(huán)節(jié)+R+AUBUREFuIRLTDZRWR2R1UF+uO調(diào)整環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié)取樣環(huán)節(jié)取樣環(huán)節(jié)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理 IU OUCEU L)(R或或 FU OU BU

15、+R+AUBUREFuIRLTDZRWR2R1UF+uO上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)REFW22W1minOURRRRRU REF22W1maxOURRRRU REFW22W1OURRRRRU 3輸出電壓輸出電壓uI+RRL+-ATDZRWR2R1UBUFUREF+uOWR WR +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4調(diào)整管參數(shù)選取原則調(diào)整管參數(shù)選取原則 （1） CMIOmaxI（2）O(max)CE(max)CMIUP （3）CE(max)CEO(BR)UU （4） 電路正常工作時(shí)，電路正常工作時(shí)，UCE=3 35 5V 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退

16、后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5限流保護(hù)電路限流保護(hù)電路 保護(hù)電路保護(hù)電路R+-UORL+T1IB1T2IC2URUBIO比較放大環(huán)節(jié)比較放大環(huán)節(jié)I+UI工作原理工作原理上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）當(dāng)當(dāng)Io增大增大, , T2導(dǎo)通。導(dǎo)通。IB1減小，限制了減小，限制了Io的增大。的增大。（1）當(dāng)當(dāng)IO較小時(shí)，較小時(shí)，URIZmax，穩(wěn)壓管首先可能燒壞。，穩(wěn)壓管首先可能燒壞。（4）如如R=0, ,則則u2RD1D3D2D4C1RLUOC2DZu1 V15Z U+ + +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例例2 試求圖示電路的輸出電壓試

17、求圖示電路的輸出電壓UO 的可調(diào)范圍。的可調(diào)范圍。 解解 由題意知，運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)，根據(jù)由題意知，運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)，根據(jù)“虛短虛短”的概念，的概念，由圖可得由圖可得 + +- -+ +- - -+ +AW7808OU1R2R3RpR4RK5K5K3K1K2IUV15+ +- -XXUV8pR pR 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)O2P1P1XX433URRRRRURRR 故故XXP12P1433OURRRRRRRRU + +- -+ +- - -+ +AW7808OU1R2R3RpR4RK5K5K3K1K2IUV15+ +- -XXUV8pR pR 上頁(yè)

18、上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) ppRR V8821213555O U當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí) 0p RV1282213555O U即即 的可調(diào)范圍為的可調(diào)范圍為 。 OUV128XXP12P1433OURRRRRRRRU )0(PPRR 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)例例3 運(yùn)算放大器組成的穩(wěn)壓電路如圖所示。圖中輸入直流電壓運(yùn)算放大器組成的穩(wěn)壓電路如圖所示。圖中輸入直流電壓UI=30V，調(diào)整管調(diào)整管T的的 =25, ,運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益為運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)增益為100dB、輸、輸出電阻為出電阻為100, 輸入電阻為輸入電阻為2M ，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓

19、，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=5.4V，穩(wěn)壓電路的輸出電壓近似等于穩(wěn)壓電路的輸出電壓近似等于9V。在穩(wěn)壓電路工作正常的情況。在穩(wěn)壓電路工作正常的情況下，試問(wèn)：下，試問(wèn)： （1）調(diào)整管調(diào)整管T T的功耗的功耗PT和運(yùn)算放大器的輸出電流等于多少？和運(yùn)算放大器的輸出電流等于多少？ +R112k UOUiAR2R3RLDZR4+T91 5.1k 2k 3k +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（2）從電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路詳細(xì)分析計(jì)算的角度看，該穩(wěn)壓電從電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路詳細(xì)分析計(jì)算的角度看，該穩(wěn)壓電路的輸出電壓能否真正等于路的輸出電壓能否真正等于9V?如不能，輸出電壓的精確值等于如不能，

20、輸出電壓的精確值等于多少？多少？（3）在調(diào)整管的集電極和基極之間加一只在調(diào)整管的集電極和基極之間加一只5.1k 的電阻的電阻R4（如（如圖中虛線所示），再求運(yùn)算放大器的輸出電流；圖中虛線所示），再求運(yùn)算放大器的輸出電流；（4）說(shuō)明引入電阻說(shuō)明引入電阻R4的優(yōu)點(diǎn)。的優(yōu)點(diǎn)。+R112k UOUiAR2R3RLDZR4+T91 5.1k 2k 3k +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)解解 （1）調(diào)整管功耗調(diào)整管功耗 )()(32OLOOIECETRRURUUUIUP W11. 2)329091. 09()930( +R112k UOUiAR2R3RLDZR4+T91 5.1k 2k 3k +上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)后退后退模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)運(yùn)算放大器的輸出電流運(yùn)算放大器的輸出電流IAO即為調(diào)整管的基極電流即為調(diào)整管的基極電流IB )(1132OLOBAORRURUII mA87. 3)329091. 09(2511