模擬電子技術備課筆記-直流穩(wěn)壓電源剖析

1、安徽工程科技學院教師備課筆記模擬電子技術一一第 10章第十章直流穩(wěn)壓電源第一節(jié)單相整流電路【教學目的】掌握半波、全波、單相橋式整流電路的工作原理；【教學重點】單相橋式整流電路的工作原理；【教學難點】全波整流電路的工作原理；【教學方法及手段】多媒體輔助教學；【課外作業(yè)】10.5、10.6、10.7【學時分配】2學時【自學內容】【教學內容】1 .單相橋式整流電路；2 .單相半波整流電路；3 .單相全波整流電路1.1單相整流電路引言直流電源的方框圖電氣工程系電工電子教研室第2頁 本章共11頁單相橋式整流電路波形圖當正半周時二極管 D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時二極管 D2

2、、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。 在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。安徽工程科技學院教師備課筆記模擬電子技術一一第 10章流過負載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓VRmax參數計算輸出電壓是單相脈動電壓。用它的平均值與直流電壓等效。，一，一,11tL2J2輸出平均電壓為VO =VL =2V2sin td t =V2 = 0.9V2九0冗2.2V20.9V2阻_-RTIL, 2V2 _ 0.45V22 一 阻 一 RL最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數S。244vO = 2V2(- -cos2 t -cos4，t )汽

3、3汽15汽Q 4 2V2S -3兀22V2=0.6771單相橋式整流電路的負載特性曲線波形圖(b)輸出電壓在一個工頻周期內，只是正半周導電，在負載上得到的是半個正弦波。負載上輸出平均電壓為VO =VL = 、2V2 sin td( t)2冗02=V2 =0.45V2花流過負載和二極管的平均電流為I D = IL= =0.45V2Tt RlRL電氣工程系電工電子教研室第2頁 本章共11頁安徽工程科技學院教師備課筆記模擬電子技術一一第 10章電氣工程系電工電子教研室第15頁 本章共11頁Rmax輸出平均電壓為VO =VL流過負載的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓Io（b）波形圖1 "

4、一 L2V2 sin td( t) i 九02. 2V2 = 0.9V2冗=IL2、2V20.9V2Rl - RlVRmax = 2、2V2單相全波整流電路的脈動系數S與單相橋式整流電路相同。S=4 2V22 2V2=0.673支n 3單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應用于直流電源之中。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對輸入（交流）一用有效值或最大值;輸出（交直流）一用平均值； 整流管正向電流一用平均值

5、； 整流管反向電壓一用最大值。1.2濾波電路電容濾波電路濾波原理tot若電路處于正半周， 二極管D1、D3導通，變壓器次端電壓 v2給電容器C充電。此時C相當于并聯 在v2上，所以輸出波形同 v2 ,是正弦形。當v2到達90。時，v2開始下降。先假設二極管關斷，電容C就要以指數規(guī)律向負載 RL放電。指數放電起始點的放電速率很大。在剛過90°時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過 90。時二極管仍然導通。在超過 90。后的某個點，正弦曲線下降的速率越來 越快，當剛超過指數曲線起始放電速率時，二極管關斷。所以，在t1到t2時刻，二極管導電，C充電,vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二

6、極管關斷，vC=vL按指數曲線下降，放電時間常數為 RQ電容濾波的計算另一種是在 R_C=(3-5)T/ 2的條件下，近似認為V_=VO=1.2V2o (或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應滿足©R_C> 610。)VL =VO = .2V2(1T4RlC整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負載電流IO的變化關系曲線如圖所示。Rl =二 ,Vo = 02C -0, VO = 0,9V2九二 RlCM(35)T2VO ： 1.2V2純電阻和電容濾波電路的輸出特性電感濾波電路利用儲能元件電感器L的電流不能突變的性質, 到濾波的作用。把電感L與整流電路的負載R L相串聯，也可

7、以起當v2正半周時，D1、D3導電，電感中的電流將滯后v2o當負半周時,電感中的電流將經由D2、D4提供。因橋式電路的對稱性，和電感中電流的連續(xù)性，四個二極管D1、D3 ; D2、D4的導通角者B是 180°。第二節(jié)直流穩(wěn)壓電路【教學目的】掌握各種穩(wěn)壓電路的工作原理及典型應用；【教學重點】各種穩(wěn)壓電路的典型應用；【教學難點】穩(wěn)壓電路的工作原理；【教學方法及手段】多媒體輔助教學；【課外作業(yè)】【學時分配】2學時【自學內容】開關型穩(wěn)壓電源；【教學內容】1 .穩(wěn)壓電路概述2 .硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路3 .線性串聯型穩(wěn)壓電路4 .三端集成穩(wěn)壓器2.1概述引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因引起輸出電壓變化的

8、原因是負載電流的變化和輸入電壓的變化。負載電流的變化會在整流電源的內阻上產生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。V。=f （Vi , I ° ）整流整波電路穩(wěn)壓電路的技術指標用穩(wěn)壓電路的技術指標去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。AVI和也IO引起的 VO可用下式表示V。甘 V 牛 I。=Sr V|Ro I0二 VI二 I O1）穩(wěn)壓系數Sr3Vo - AV。r - cVI、AVI 仙。=0有時穩(wěn)壓系數也用下式定義S _ AV。/V。r _ Vi /Vi %=02）電壓調整率 S （一般特指 A Vi/ V= ± 10%寸白S Sr）Q _A2V。Sv 一VoV|1。=0 100%3)輸

9、出電阻RoRo4)電流調整率S二 Vo=VI=0Si =，VO |&=0父100% Vo當輸出電流從零變化到最大額定值時，輸出電壓的相對變化值。5)紋波抑制比 Sp輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的分貝數。Srip =20lg"(6)輸出電壓的溫度系數StVop-pc 1 -VOSt = V T：Io=0,.Vi = 0 100%如果考慮溫度對輸出電壓的影響，則輸出電壓是輸入電壓、負載電流和溫度的函數Vo = ”，Io,T)2.2 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓。輸入電壓變化時穩(wěn)壓過程根據電路圖可知 Vo = Vz = Vi - Vr

10、= Vi -IrRI r = IL + I zVR增加，從而使輸入電壓VI的增加，必然引起 VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加, 輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：V T 一 V)T 一 VZT Izf IrT VrT 一 MJVO的增加沒有那么這里VO減小應理解為，由于輸入電壓 VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調節(jié)下，使 大而已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調節(jié)系統。6 名%負載電流變化時穩(wěn)壓過程負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使 VZ=VOM小，IZ減小。IZ的 減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓 VO曾加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：I

11、lT 一 IrT 一 VRT VZJ ( V4 ) 一 IzJ 一 IrJ 一 VrJ 一 VoT2.3 線性串聯型穩(wěn)壓電路 工作原理1) 線性串聯型穩(wěn)壓電源的構成線性串聯穩(wěn)壓電源的工作原理可用圖說明。VO =VI-VR ,當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。若負載電流 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。在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE VCE相當于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負反饋電路的模

12、式來構成串聯型穩(wěn)壓電路。由 調整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源幾個部分組成。不穩(wěn)定的直確壓匕c e穩(wěn)定的后+ 6 -用取樣電路段-I .1 IV基準電壓源狙 F +>00bd*吃1 影J-2)線性串聯型穩(wěn)壓電源的工作原理(1)輸入電壓變化，負載電流保持不變輸入電壓VI的增加，必然會使輸出電壓 VO有所增加，輸出電壓經過取樣電路取出一部分信號V與基準源電壓 VREF比較，獲得誤差信號 AV。誤差信號經放大后，用 VO1去控制調整管的管壓降 VCE 增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。Vi T 一 Vo T 一 M T 一 Voi J 一 V：e T 一 Vo J(2)負載電流變化，輸入電

13、壓保持不變負載電流IL的增加，必然會使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓 VO必然有所下降，經過取樣電路取出一部分信號 Vf與基準源電壓 VREF比較，獲得的誤差信號使 VO1增加，從而使調整管的管壓降 VCE 下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。Il T V J 一 Vo J M J 一 V)i T VceJ 一 V)T(3)輸出電壓調節(jié)范圍的計算根據圖可知VVRefV O : V O1(1 +調節(jié)F2顯然可以改變輸出電壓。RiR3R '2R" 2)V REF穩(wěn)壓電路的保護環(huán)節(jié)1)截流型當發(fā)生短路時，通過保護電路使調整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。2)限

14、流型是當發(fā)生短路時，通過電路中取樣電阻的反饋作用，輸出電流得以限制。2.4三端集成穩(wěn)壓器概述集成穩(wěn)壓器只有三個：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。電路符號三端集成穩(wěn)壓器外形- CWGMD 或 ADJCW78-/CW78M-/CW78L-CW79-/CW79M-/CW79L-CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/CW217M-/CW217L-線性三端集成穩(wěn)壓器的分類(1)三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為(2)三端固定負輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為(3)三端可調正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW317-/CW317M-/CW317L-(4)三端可調負輸出集成穩(wěn)壓器，國

15、標型號為CW137-/CW137M-/CW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L-(5)三端低壓差集成穩(wěn)壓器(6)大電流三端集成穩(wěn)壓器以上1-為軍品級；2-為工業(yè)品級；3-為民品級。軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55 C150C;工業(yè)品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25C150C;民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍 0c125C。應用電路可調輸出三端集成穩(wěn)壓器的內部，在輸出端和公共端之間是1.25 V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調節(jié)。VRnVo=Vref+ REFRpIaRp 1.25 (1 rP)R1R1利用三端

16、集成穩(wěn)壓器組成恒流源三端集成穩(wěn)壓器可做恒流源使用，電路見圖0-5-1OVO25A缸o.mF(b)大電流恒流源(a)小電流恒流源2.5開關型穩(wěn)壓電源開關型穩(wěn)壓電源效率可達 90%±,造價低，體積小。現在開關型穩(wěn)壓電源已經比較成熟，廣泛應用于各種電子電路之中。開關型穩(wěn)壓電源的缺點是紋波較大，用于小信號放大電路時， 還應采用第二級穩(wěn)壓措施。工作原理由調整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準源等部分構成。三角波發(fā)生器通過比較器產生一個方波vB,去控制調整管的通斷。調整管導通時，向電感充電。當調整管截止時，必須給電感中的電流提供一個泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個作用， 有利

17、于保護調整管。為了穩(wěn)定輸出電壓， 應按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器的連線。設輸出電壓增加，FVO增加，比較放大器的輸出 Vf減小，比較器方波輸出的 toff增加，調整管導通時間減小， 輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。根據電路圖的接線，當三角波的幅度小于比較放大器的輸出時，比較器輸出高電平，對應調整管的導通時間為ton；反之輸出為低電平，對應調整管的截止時間 toff。輸出波形中電位水平高于高電平最 小值的部分，對方波而言，相當方波存在的部分。為了穩(wěn)定輸出電壓， 應按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器的連線。設輸出電壓增加，FVO增加，比較放大器的輸出 Vf減小，比較器方波輸出的 toff增加，調整管導通時間減小， 輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。輸出波形中電位水平低于低電平最大值的部分，對方波而言，相當方波不存在的部分。i L為鋸齒波，趨各點波形見圖。由于調整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有:-1 tl .1 T .V。= T 0 VEdt T