第十章穩(wěn)壓電路

1、 整流整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直流電。 濾波濾波電路是將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。 穩(wěn)壓穩(wěn)壓電路對(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。10.1. 10.1. 單相橋式整流電路單相橋式整流電路(1) 工作原理 單相橋式整流電路如圖10.02（a）所示。圖10.02 單相橋式整流電路 當(dāng)正半周時(shí)二極管當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。電阻上得到正弦波的正半周。 在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的在負(fù)載電阻上正負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)

2、電壓。單相橋式整流電路的波形圖見(jiàn)圖電路的波形圖見(jiàn)圖10.02(b)。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。電阻上得到正弦波的負(fù)半周。 根據(jù)圖10.02（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為（2）參數(shù)計(jì)算2202LO9 . 022dsin21VVttVVV 流過(guò)負(fù)載的平均電流為L(zhǎng)2L2L9 . 022RVRVIL2L2LD45. 022RVRVII流過(guò)二極管的平均電流為2Rmax2VV二極管所承受的最大反向電壓 流過(guò)負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里葉分析。此時(shí)諧波分量中

3、的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱(chēng)為脈動(dòng)系數(shù)S。)4cos1542cos342(22OttVv67. 0322232422VVS10.210.2單相半波整流電路單相半波整流電路(a)電路圖 (b)波形圖 圖10.03 單相半波整流電路 輸出電壓只是正半周輸出電壓只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。半個(gè)正弦波。負(fù)載上負(fù)載上輸出平均電壓輸出平均電壓為為:2202LO45. 02)d(sin221VVttVVVL2L2LD45. 02RVRVII流過(guò)負(fù)載和二極管的平均電流2Rmax2VV二極管所承受的最大反向電壓2022-4-2710.3 單相全波整流

4、電路單相全波整流電路 (a)電路圖 圖10.05 單相全波整流電路 (b)波形圖 全波整流電路的輸出，與橋式整流電路的輸出相同.輸出平均電壓為:2202LO9 .022)d(sin21VVttVVVL2L2Lo9 . 022RVRVII流過(guò)負(fù)載的平均電流為2Rmax22VV 二極管所承受的最大反向電壓67. 0322232422VVS 單相全波整流電路的脈動(dòng)系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。注意注意，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對(duì): 輸入（交流）用有效值或最大值； 輸出（交直流）用平均值； 整流管正向電流用平均值； 整流管反向電壓用最大值。 單相單相橋式

5、整流橋式整流電路的變壓器中電路的變壓器中只有交流電只有交流電流流過(guò)流流過(guò)，而，而半波和全波整流半波和全波整流電路中電路中均有直流分均有直流分量流過(guò)量流過(guò)。所以單相。所以單相橋式整流電路的變壓器效率橋式整流電路的變壓器效率較高較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。一些。1.1.電容濾波電路電容濾波電路 電容濾波電路是在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)電容濾波電路是在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容濾波電容C。圖10.06電容濾波電路 10.4 濾波電路(1)(1)濾波原理濾波原理 電源正半周，電源正半周，D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器給

6、電容器C充電。充電。 圖10.07電容濾波波形圖 在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，充電，vC=vO按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vOo按指數(shù)曲線(xiàn)下降，放電時(shí)放電時(shí)間常數(shù)為間常數(shù)為RLC。 當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小，時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小，濾波曲線(xiàn)濾波曲線(xiàn)中的中的3 ； 反之，反之，RLC減少時(shí)，減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)L很小，即很小，即IL很大時(shí)，很大時(shí)，電容濾波的效果不好，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖見(jiàn)圖濾波曲線(xiàn)濾波曲線(xiàn)中的中的2。圖10.08

7、 電容濾波的效果(2)(2)電容濾波的計(jì)算電容濾波的計(jì)算一般常采用以下近似估算法：一般常采用以下近似估算法：在RLC=(35)T/ 2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=1.2V2 （3）外特性 整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線(xiàn)如圖10.09所示。2OLd2O2OL1.22)53(=0.9=, 02=,=VVTCRVVCVVR 圖10.09 整流濾波電路的外特性2 電感濾波電路電感濾波電路 利用儲(chǔ)能元件電感器的電流不能突變的性質(zhì)，把電感與整流電路的負(fù)載L相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。 圖10.10 電感濾波電路 圖10.11 波形圖圖圖10.1210.12穩(wěn)壓電源方框圖

8、穩(wěn)壓電源方框圖 引起輸出電壓變化的原因是引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化負(fù)載電流的變化和和輸輸入電壓的變化，入電壓的變化，參見(jiàn)參見(jiàn)圖圖10.1210.12。10.5.1 引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因負(fù)載電流的變化會(huì)負(fù)載電流的變化會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。從而使輸入電壓發(fā)生變化。),(=OIOIVfV即10.5 穩(wěn)壓電路10.5.2 10.5.2 線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(1) (1) 線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作原理：串聯(lián)穩(wěn)壓電源工作原理： 因因VO =VI- -V

9、R 。當(dāng)當(dāng)VI增加增加時(shí)，時(shí)，R 受控制而增加，使受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵增加，從而在一定程度上抵消了消了VI增加對(duì)輸出電壓的影增加對(duì)輸出電壓的影響響; 若負(fù)載電流若負(fù)載電流IL增加，增加，R受受控制而減小，使控制而減小，使VR減小，減小，從而抵消了因從而抵消了因IL增加，對(duì)輸增加，對(duì)輸出電壓減小的影響。出電壓減小的影響。 圖圖16.03 16.03 串聯(lián)穩(wěn)壓電源串聯(lián)穩(wěn)壓電源 示意圖示意圖 圖圖10.13 10.13 串聯(lián)穩(wěn)壓電源串聯(lián)穩(wěn)壓電源 示意圖示意圖典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖10.14所示。它由調(diào)整調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源

10、幾個(gè)部分組成。 圖圖10.14 10.14 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖(2) (2) 線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理1 1）輸入電壓變化，）輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變負(fù)載電流保持不變VIVOVfVO1IBVCE VO自動(dòng)調(diào)節(jié)作用來(lái)源于電電壓串聯(lián)負(fù)反壓串聯(lián)負(fù)反饋。饋。2 2）負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變）負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變 ILVOVfVO1VCE VO3 3）輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算）輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算REF2321O1O)+(1=VRRRRVV調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R2顯然可顯然可以改變輸出電以改變輸出電壓。壓。FvvAioVF132 213 2

11、RRRRRRvvFofv而REFfVV又 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時(shí)輸入電壓將全部降落在調(diào)則輸出短路電流很大。同時(shí)輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過(guò)損整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過(guò)損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對(duì)穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。耗發(fā)熱而損壞，為此必須對(duì)穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。過(guò)載也會(huì)造成損壞。過(guò)載也會(huì)造成損壞。10.5.3 穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié) 保護(hù)的方法保護(hù)的方法反饋保護(hù)型反饋保護(hù)型溫度保護(hù)型溫度保護(hù)型截流型截流型限流型限流型利用集成電路制造工藝，利用集成電路制造工

12、藝，在調(diào)整管旁制作在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。結(jié)溫度傳感器。當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)電路工作，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。工作原理與反饋保護(hù)型相同。截流型截流型限流型限流型 當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過(guò)保當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過(guò)保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近限制了短路電流，使之接近為零。截流特性見(jiàn)為零。截流特性見(jiàn)圖圖10.1510.15。 是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過(guò)是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過(guò)電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，輸出電流得以限制。限流特輸出電流得以限制。限流特性?jiàn)性見(jiàn)圖圖10.1610.16。 圖圖10.15 10.

13、15 截流型特性截流型特性 圖圖10.16 10.16 限流型特性限流型特性10.5.4 10.5.4 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器(1)(1)概述概述 將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起就是將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)引線(xiàn)引線(xiàn)：輸入端、：輸入端、輸出端和公共端，稱(chēng)為三端集成穩(wěn)壓器。輸出端和公共端，稱(chēng)為三端集成穩(wěn)壓器。圖圖10.17 10.17 集成穩(wěn)壓器符號(hào)集成穩(wěn)壓器符號(hào)要特別注意，不同型號(hào)，要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。同的，要查手冊(cè)確定。圖圖10.18 10.18 外形圖外形圖 照片(2) (2) 應(yīng)用電路應(yīng)用電路 可調(diào)輸出可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是是1.251.25 V的參考源，因此輸出電壓可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)。的參考源，因此輸出電壓可通