直流穩(wěn)壓電路

1、 第第 9 章直流穩(wěn)壓電路章直流穩(wěn)壓電路9.4穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路9.2濾波電路濾波電路9.1整流電路整流電路 各種電子設(shè)備和電子計算機(jī)，都需要由穩(wěn)定的直流電源各種電子設(shè)備和電子計算機(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。電。把交流電變換成穩(wěn)定的直流電，必須經(jīng)過：把交流電變換成穩(wěn)定的直流電，必須經(jīng)過：交流電源220V 變壓變壓：將電網(wǎng)供給的交流電壓變換成符合需要的將電網(wǎng)供給的交流電壓變換成符合需要的 交流電壓。交流電壓。整流：將交流電變換成單向脈動的直流電。整流：將交流電變換成單向脈動的直流電。濾波：將單

2、向脈動直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。濾波：將單向脈動直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。穩(wěn)壓：在交流電源電壓波動或負(fù)載變動時，使直穩(wěn)壓：在交流電源電壓波動或負(fù)載變動時，使直 流輸出電壓穩(wěn)定。流輸出電壓穩(wěn)定。交流電交流電源源220V 整流電路是利用二極管或晶閘管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娬麟娐肥抢枚O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。變換成直流電的電路。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。管和負(fù)載電阻組成。工作原理：工作原理：在輸入電壓在輸入電壓 u1 的正半周，的正半周，A 點(diǎn)電位最高，點(diǎn)電位最高，B 點(diǎn)電位最低，二

3、點(diǎn)電位最低，二極管極管 VD1 和和 VD3 正向偏置導(dǎo)通；正向偏置導(dǎo)通；VD2 和和 VD4 反向偏置而截止。反向偏置而截止。電流電流 iO 流經(jīng)流經(jīng) VD1、RL 和和 VD3 并在并在 RL 上產(chǎn)生壓降上產(chǎn)生壓降 uO。OuO9.1整流電路整流電路 O當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓 u1 為負(fù)半周，變壓為負(fù)半周，變壓器二次感應(yīng)電壓為負(fù)半周時，器二次感應(yīng)電壓為負(fù)半周時，整流二極管整流二極管 VD1、VD3 因加反向因加反向電壓而截止，電壓而截止，VD2、VD4 因加正向電因加正向電壓而導(dǎo)通。壓而導(dǎo)通。電流電流 io 流經(jīng)流經(jīng) VD2、RL 和和 VD4 并并在在 RL 上產(chǎn)生壓降上產(chǎn)生壓降 uO。由

4、此可見，在輸入電壓由此可見，在輸入電壓 u1( (u2) )的一個周期內(nèi)，負(fù)載上均有電流通過的一個周期內(nèi)，負(fù)載上均有電流通過, ,方向始終是從上向下，所以負(fù)載上得方向始終是從上向下，所以負(fù)載上得到同一方向的電壓到同一方向的電壓 uO。 (a)(b)(c) 負(fù)載與整流二極管的電壓和電流：負(fù)載與整流二極管的電壓和電流：負(fù)載上得到的電壓負(fù)載上得到的電壓 Uo 是是輸出電壓波形在一個周期中輸出電壓波形在一個周期中的平均值的平均值:22o0.922UUU 流過負(fù)載的電流：流過負(fù)載的電流：LooRUI oD21II 流過每個二極管的平均電流流過每個二極管的平均電流是負(fù)載電流的一半：是負(fù)載電流的一半：2RM

5、2UU 每個二極管承受的反向電壓最每個二極管承受的反向電壓最大值為變壓器二次電壓的峰值：大值為變壓器二次電壓的峰值： 例例 某電氣設(shè)備采用橋式整流電路整流，電源電壓為某電氣設(shè)備采用橋式整流電路整流，電源電壓為 220 V 交流電，需要整流輸出的電壓為交流電，需要整流輸出的電壓為 6 V ，電流為，電流為 25 mA，試求整流二極管參數(shù)。試求整流二極管參數(shù)。240025. 06ooL IURV6.67V9 . 069 . 0o2 UU 解解 整流電路上圖整流電路上圖( (b) )所示，由所需的電壓和電流，根據(jù)所示，由所需的電壓和電流，根據(jù)式式 可以計算出負(fù)載電阻為可以計算出負(fù)載電阻為LooRUI

6、 根據(jù)式根據(jù)式 可知變壓器二次電壓為可知變壓器二次電壓為22o9 . 022UUU mA5 .12A0125. 0A025. 02121oD IIV4 . 9V67. 6222RM UU可選用反向耐壓可選用反向耐壓 25 V，正向電流，正向電流 0.1 A 以上的整流以上的整流二極管。二極管。動畫：單相橋式整流電路動畫：單相橋式整流電路根據(jù)式根據(jù)式 可知二極管平均電流為可知二極管平均電流為oD21II 根據(jù)式根據(jù)式 可知二極管承受的反向電壓最大值為可知二極管承受的反向電壓最大值為2RM2UU 9.2濾波電路濾波電路9.2.1電容濾波電容濾波9.2.2電感濾波電感濾波9.2.3復(fù)式復(fù)式濾波濾波

7、整流電路輸出的單方向脈動電壓，含有交流成分。整流電路輸出的單方向脈動電壓，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。直流電壓。 整流電路輸出電壓向負(fù)載供電的同時，也給電容充電。利整流電路輸出電壓向負(fù)載供電的同時，也給電容充電。利用電容器的充、放電特性，使輸出電壓平滑。用電容器的充、放電特性，使輸出電壓平滑。u1u29.2.1電容濾波電容濾波 當(dāng)下一個整流波形到當(dāng)下一個整流波形到來時且來時且 u2 幅值大于電容幅值大于電容兩端電壓時，電容器又開兩端電壓時，電容器又開始充電。始充電。電容器不斷充電、放電、再充電電容器不斷充電

8、、放電、再充電負(fù)載兩端得到平滑的直負(fù)載兩端得到平滑的直流電。流電。濾波前濾波前濾波后濾波后負(fù)載兩端電壓的平均值估算公式為：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)載較重時應(yīng)采用電感電容濾波電路適用于輕載情況，當(dāng)負(fù)載較重時應(yīng)采用電感濾波電路。濾波電路。OuO負(fù)載波動大，就無法向負(fù)載提供較大電流。負(fù)載波動大，就無法向負(fù)載提供較大電流。當(dāng)充電電壓達(dá)到最大值當(dāng)充電電壓達(dá)到最大值 后，后，u2 下降，電容器向負(fù)載放下降，電容器向負(fù)載放電，維持負(fù)載兩端電壓緩慢下降。電，維持負(fù)載兩端電壓緩慢下降。22U 電感對整流電路輸出電壓中的電感對整流電路輸出電壓中的交流成分

9、呈現(xiàn)較大的阻抗，對直流交流成分呈現(xiàn)較大的阻抗，對直流成分感抗為零，因此，交流成分基成分感抗為零，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。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，自身電阻也會引起直流電電感元件體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自身電阻也會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)載變化大的場合。場合。9.2.2電感

10、濾波電感濾波 為得到更好的濾波效果，將電感濾波和電容濾波混合使為得到更好的濾波效果，將電感濾波和電容濾波混合使用，用，構(gòu)成多級構(gòu)成多級濾波電路。濾波電路。當(dāng)負(fù)載電阻當(dāng)負(fù)載電阻 RL 較大時，用電阻較大時，用電阻 R 代替體積大的電感代替體積大的電感 L，也可得到較好的濾波效果。也可得到較好的濾波效果。(a) 為電容、電感構(gòu)成的為電容、電感構(gòu)成的 型濾波電路，型濾波電路，(b) 為電阻、為電阻、 電容組成的電容組成的 型濾波電路。型濾波電路。9.2.3復(fù)式復(fù)式濾波濾波(a)(b) 9.3穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路9.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管9.3.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路9.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串

11、聯(lián)型穩(wěn)壓電路9.3.4集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器 利用調(diào)整元件利用調(diào)整元件( (穩(wěn)壓二極管或晶體管穩(wěn)壓二極管或晶體管) )調(diào)節(jié)整流輸出的直流調(diào)節(jié)整流輸出的直流電壓，使電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時輸出的直流電壓穩(wěn)定。電壓，使電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時輸出的直流電壓穩(wěn)定。穩(wěn)壓電路有兩種類型：穩(wěn)壓電路有兩種類型：并聯(lián)型并聯(lián)型串聯(lián)型串聯(lián)型 是一種能穩(wěn)定電壓的特殊二極管。是一種能穩(wěn)定電壓的特殊二極管。符號：符號：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時工作在反向擊穿區(qū)。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時工作在反向擊穿區(qū)。在反向擊穿區(qū)，特性曲線很陡峭。在反向擊穿區(qū)，特性曲線很陡峭。特性曲線：特性曲線：穩(wěn)壓管的工作范圍是在穩(wěn)壓管的工作范圍是在 IZmin IZmax

12、之間。之間。UZ 稱為穩(wěn)定電稱為穩(wěn)定電壓。壓。9.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 由于由于 VZ 與與RL并聯(lián)，所以稱并聯(lián)型。并聯(lián)，所以稱并聯(lián)型。UO = UI RI = UI R( (IO + IZ) ) 當(dāng)電源電壓波動或負(fù)載變化引起輸出電壓變化時，并聯(lián)型穩(wěn)當(dāng)電源電壓波動或負(fù)載變化引起輸出電壓變化時，并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程為：壓電路的穩(wěn)壓過程為： UOUOIZIRI同理可分析同理可分析 UO下降時的穩(wěn)壓過程。下降時的穩(wěn)壓過程。輸出電壓輸出電壓 UO 基本保持不變?；颈３植蛔?。R ：限流電阻；：限流電阻；RL： 負(fù)載電阻；負(fù)載電阻；UO：輸出電壓；：輸出電壓；VZ：調(diào)整元件；：調(diào)整元件；IO：

13、負(fù)載電流；：負(fù)載電流；UI：輸入電壓；：輸入電壓；9.3.2并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 R：穩(wěn)壓管的限流電阻，并為：穩(wěn)壓管的限流電阻，并為 VT 的基極電流提供通路。的基極電流提供通路。調(diào)整元件調(diào)整元件 VT 與負(fù)載與負(fù)載 RL 串聯(lián)。串聯(lián)。VZ：為調(diào)整管提供穩(wěn)定的基極電位。：為調(diào)整管提供穩(wěn)定的基極電位。穩(wěn)壓過程：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，當(dāng)電源電壓或負(fù)載變化引起輸出電壓下降時，UOVEVB 恒定恒定UBE ( (=VB VE) )IBICRLICUO輸出電壓輸出電壓 UO 基本保持不變?；颈３植蛔?。元件作用：元件作用：VT：調(diào)整元件，工作在放大區(qū)。：調(diào)整元件，工作

14、在放大區(qū)。反之，若反之，若 UO 增大，經(jīng)電路的調(diào)節(jié)作用，會使增大，經(jīng)電路的調(diào)節(jié)作用，會使 UO自動減小，使自動減小，使輸出電壓近似不變。輸出電壓近似不變。9.3.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路動畫：串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路動畫：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芯片上。件集成在一個芯片上。優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定可靠，使用方便、價格低廉。優(yōu)點(diǎn)是性能穩(wěn)定可靠，使用方便、價格低廉。常用的有三端式集成穩(wěn)壓器，外形：常用的有三端式集成穩(wěn)壓器，外形：符號：符號：CW7800 外部引線：管腳外部引線：管腳 1 為輸入端，為輸入端，2 為輸出端，為輸出端，3 為為公共端。公共端。（b）塑料殼封裝9.3.4集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器 集成穩(wěn)壓器有兩個系列集成穩(wěn)壓器有兩個系列CW7800 系列系列CW7900 系列系列( (1) )CW7800 系列為正電壓輸出集成穩(wěn)壓器系列為正電壓輸出集成穩(wěn)壓器CW7900 系列為負(fù)電壓輸出集