直流穩(wěn)壓電源22618課件

模擬電子技術(shù)授課教師：胡玉玲

第十章

直流穩(wěn)壓電源第十章直流穩(wěn)壓電源§10.1小功率整流濾波電路§10.2穩(wěn)壓電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有交流電成分的脈動(dòng)直流電。整流電路

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)壓電路對(duì)整流濾波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。單相橋式整流電路(1)工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路。（a）橋式整流電路（b）波形圖在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開(kāi)關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。?dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。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。流過(guò)負(fù)載的平均電流為流過(guò)二極管的平均電流為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。單相半波整流電路單相半波整流電路如圖(a)所示，波形如圖(b)所示。(a)電路圖(b)波形圖單相半波整流電路流過(guò)負(fù)載和二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓?jiǎn)蜗嗳ㄕ麟娐穯蜗嗳ㄕ麟娐啡鐖D(a)所示，波形圖如圖(b)所示。(a)電路圖(b)波形圖單相全波整流電路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。流過(guò)負(fù)載的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐返淖儔浩髟谡?fù)半周內(nèi)都有電流流過(guò)，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(yīng)用于直流電源之中。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。電容濾波電路

(1)濾波的基本概念利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過(guò)濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。

（2）電容濾波電路

現(xiàn)以單相橋式電容濾波整流電路為例來(lái)說(shuō)明。電容濾波電路如圖所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。電容濾波電路

(3)濾波原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。

當(dāng)v2到達(dá)90°時(shí)，v2開(kāi)始下降。此后v2的值小于電容兩端電壓，二極管截止，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線(xiàn)下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波波形圖需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小，見(jiàn)曲線(xiàn)3；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖濾波曲線(xiàn)中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見(jiàn)濾波曲線(xiàn)中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場(chǎng)合。問(wèn)題：有Ｃ無(wú)ＲL(即空載)，此時(shí)VC=VL=？*使用條件：作業(yè)P521:10.1.1、10.1.2穩(wěn)壓電路概述硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源§10.2穩(wěn)壓電路引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因穩(wěn)壓電路概述

引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化.引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因穩(wěn)壓電源方框圖即負(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，從而使輸入電壓發(fā)生變化。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理穩(wěn)壓電阻的計(jì)算一、硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路復(fù)習(xí)：穩(wěn)壓二極管IZmax+-穩(wěn)壓二極管符號(hào)VIVZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線(xiàn)IZmin穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,當(dāng)工作電流IZ在Izmax和

Izmin之間時(shí),其兩端電壓近似為常數(shù)正向同二極管穩(wěn)定電流穩(wěn)定電壓硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的電路圖如圖所示。

它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(1)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)的穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知

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，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路這里VO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒(méi)有那么大而已。VO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓穩(wěn)壓過(guò)程可概括如下：硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(2)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)的穩(wěn)壓

負(fù)載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓(VO↓)→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過(guò)程可概括如下：穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動(dòng)態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的大小有關(guān)。穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電阻R

的作用將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時(shí)R也是限流電阻。

顯然R的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達(dá)到足夠的穩(wěn)壓效果。但R的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即(1)當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過(guò)IZmax，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即(2)穩(wěn)壓二極管在使用時(shí)一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過(guò)規(guī)定值，否則會(huì)造成損壞！穩(wěn)壓二極管的缺點(diǎn)是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理二、線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(1)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成

由圖可看出，VO=VI-VR，當(dāng)VI增加時(shí)，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(duì)輸出電壓的影響。若負(fù)載電阻RL減小，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因RL減小，使VI減小，對(duì)輸出電壓減小的影響。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源示意圖

在實(shí)際電路中，可變電阻R可用三極管替代，通過(guò)控制三極管基極電位，從而控制三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于上頁(yè)圖中的VR。選用差動(dòng)放大器或運(yùn)放構(gòu)成的放大器代替T2管構(gòu)成的放大器，可以解決零點(diǎn)漂移問(wèn)題。此時(shí)典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如下圖所示。它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源幾個(gè)部分組成。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖(2)線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理1．輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變

輸入電壓VI增加，必然會(huì)使輸出電壓VO有所增加串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖輸出電壓經(jīng)過(guò)取樣電路取出一部分信號(hào)Vf與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得誤差信號(hào)ΔV。誤差信號(hào)經(jīng)放大后，用VO1去控制調(diào)整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖

VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VBE↓→VCE↑→VO↓串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖輸出電壓調(diào)整過(guò)程如下：2．負(fù)載變化，輸入電壓保持不變

負(fù)載電阻RL減小，會(huì)使輸出電壓VO有所下降。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖經(jīng)過(guò)取樣電路取出一部分信號(hào)Vf與基準(zhǔn)源電壓VREF比較，獲得的誤差信號(hào)使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因RL減小，使輸出電壓減小的影響。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖

RL↓

→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖輸出電壓調(diào)整過(guò)程如下：3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算根據(jù)電路圖可知Vf≈VREF，調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。穩(wěn)壓電路的保護(hù)環(huán)節(jié)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)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。過(guò)流保護(hù)方法

為避免使用中因某種原因輸出短路或過(guò)載致使調(diào)整管流過(guò)很大的電流，使之燒壞故需有快速保護(hù)措施。常見(jiàn)保護(hù)電路有兩類(lèi)——T1RT'1IL1.限流型：當(dāng)調(diào)整管的電流超過(guò)額定值時(shí)，對(duì)調(diào)整管的基極電流進(jìn)行分流，使發(fā)射極電流不至于過(guò)大。當(dāng)IL不超過(guò)額定值時(shí)，T'1截止；當(dāng)IL超過(guò)額定值時(shí)，T'1導(dǎo)通，其集電極從T1的基極分流。R為一小電阻，用于檢測(cè)負(fù)載電流。2.截流型:過(guò)流時(shí)使調(diào)整管截止或接近截止。T1T2RLVO+_+VI+__R2R1R3R4輸出電流在額定值以?xún)?nèi)時(shí)：三極管T2截止，這時(shí)，電壓負(fù)反饋保證電路正常工作。VO

V+

VO

VB1

輸出電流超出額定值時(shí)：因輸出電壓降低，三極管T2逐漸導(dǎo)通，V+

，穩(wěn)壓管截止，電壓負(fù)反饋被切斷。這樣V+

VB1

VC1

(=VO)VB2

IC2V+

T1T2RLVO+_+VI+__R2R1R3R4最終VO降低到零。三端集成穩(wěn)壓器(1)概述將串聯(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。早期的集成穩(wěn)壓器外引線(xiàn)較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)：輸入端、輸出端和公共端，稱(chēng)為三端集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器符號(hào)要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。外形圖

隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)環(huán)節(jié)。1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形123一、輸出為固定電壓的電路應(yīng)用電路輸出為固定正壓時(shí)的接法如圖所示。注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_W7800系列穩(wěn)壓器基本接線(xiàn)圖CoW7800CIvI+_vo1320.1~1F1μF二、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路W78XXCIvI+_vO132+