注冊電氣工程師考試學(xué)習(xí)資料直流穩(wěn)壓電源

10直流電源

7直流穩(wěn)壓電源

7.1掌握橋式整流及濾波電路的工作原理、電路計算；串聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理，參數(shù)選擇，電壓調(diào)節(jié)范圍，三端穩(wěn)壓塊的應(yīng)用

7.2了解濾波電路的外特性；硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中限流電阻的選擇

7.3了解倍壓整流電路的原理；集成穩(wěn)壓電路工作原理及提高輸出電壓和擴流電路的工作原理考試大綱要求：

10.1直流電源的組成及各部分的作用一、直流穩(wěn)壓電源的組成

濾波電路

整流電路

穩(wěn)壓電路

負

載

變壓器

交流電源

將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十mA以下的直流電壓。二、功能10.1直流電源的組成及各部分的作用小功率直流電源10.2整流電路10.2.1整流電路的分析方法及其基本參數(shù)一、整流的作用

利用二極管的單向?qū)щ娦云仁闺娏髦荒軉畏较蛄鬟^負載,從而實現(xiàn)交流電變?yōu)橹绷麟姟?/p>

二、主要參數(shù)1.輸出電壓平均值：整流輸出電壓在一個周期內(nèi)的平均值。1.整流管平均整流電流ID（AV）：流過整流管的正向平均電流。2.脈動系數(shù)：輸出電壓基波峰值與平均值之比。

2.整流管的最大反向峰值電壓URM：整流管截止時兩

端承受的

電壓最大值。三、整流二極管的選擇（依據(jù)）單相半波整流電路一.電路組成uo

t

o

t

o

t

o

t

o

2

3

uo

u2uD

io

2

3

2

U2

2

U2

2

U2

Im

2

2

3

3

圖10.2.2半波整流電路的波形圖u2

uD

RL

Tu1

~220V50Hz＋－＋－二、工作原理三、主要參數(shù)計算

1、輸出電壓平均值2、整流輸出電壓的脈動系數(shù)S1、整流管平均整流電流2、整流管的最大反向峰值電壓URM

四、整流二極管的選擇[例10.2.1]在圖10.2.1整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值U2=30V，負載電阻RL=100Ω，試問：（1）負載電阻RL上的電壓平均值和電流平均值各為多少？（2）電網(wǎng)電壓波動范圍是±10%，二極管承受的最大反向電壓和流過的最大電流平均值各為多少？解：（1）（2）圖10.2.1單相半波整流電路u2

uD

RL

Tu1

~220V50Hz＋－＋10.2.2單相橋式整流電路一.橋式整流電路的組成

由變壓器

T

和二極管

D1D4及負載

RL

組成。圖10.2.5單相橋式整流電路的習(xí)慣畫法D1和D3導(dǎo)通,D2和D4截止(相當(dāng)于開路)u2

T

u1

RL

uo

io二.整流電路的工作原理

+–

+–

+–

1、u2正半周D4

D3

D2

D1

~220V50Hz+–

D2和

D4導(dǎo)通,D1和

D3截止(相當(dāng)于開路)u2

T

u1

RL

D4

D3

D2

uo

io

2、u2負半周D1

+–

+–

+–

-+~220V50Hz圖10.2.6單相橋式整流電路的波形圖三、主要參數(shù)的計算四、二極管的選擇在實際選用二極管時，應(yīng)至少有±10%的余量。[例10.2.2]在圖10.2.5電路中，已知變壓器副變電壓有效值U2=30V，負載電阻RL=100Ω，試問：（1）輸出電壓和輸出電流的平均值各為多少？（2）電網(wǎng)電壓波動范圍是±10%，二極管的最大整流平均電流IF

與最高反向工作電壓UR至少應(yīng)選取多少？解：（1）（2）+-+-u2

uO

D1～

D4圖10.2.5單相橋式整流電路的習(xí)慣畫法~220V50Hzu1

圖10.2.7利用橋式整流電路實現(xiàn)正、負電源10.3濾波電路電容充電

電容放電

二極管導(dǎo)通時給電容充電,二極管截止時電容向負載放電；

10.3.1電容濾波電路一、電路組成和工作原理u2

T

u1

RL

D1

D4

D3

D2

uo

io

CuC

濾波后輸出電壓

uo

的波形變得平緩,平均值提高。圖10.3.1單相橋式整流電容濾波電路(以正半周為例）~220V50Hz+–

圖10.3.1單相橋式整流電容濾波電路及穩(wěn)態(tài)時的波形分析U2正、負半周工作時，電容濾波，輸出波形依次為ab段、bc段、cd段等等。t

iDuO2

U2

0t

t1

t4

t3

t2

'0二、輸出電壓平均值為獲得較好的濾波效果，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿足RLC=(3～5)T/2的條件。圖10.3.3電容濾波電路輸出電壓平均值的分析三、脈動系數(shù)根據(jù)S的定義近似計算，得：或：四、整流二極管的導(dǎo)通角加電容濾波后，只有在電容充電時二極管才導(dǎo)通，因此每個二極管的導(dǎo)通角都小于π。因為UO(AV)大，IO(AV)大，

小，有沖擊電流。通常應(yīng)選擇最大整流平均電流IF大于負載電流IO的2～3倍。圖10.3.4電容濾波電路中二極管

的電流和導(dǎo)通角五、電容濾波電路的輸出特性和濾波特性O(shè)IO(AV)

OIO(AV)

0.9U2

U2

UO(AV)

RLC減小SRLC減小圖10.3.5電容濾波電路的

輸出特性和濾波特性當(dāng)濾波電容C選定后，輸出電壓平均值UO(AV)和輸出電流平均值IO(AV)的關(guān)系，稱為輸出特性；脈動系數(shù)S和輸出電流平均值IO(AV)的關(guān)系，稱為濾波特性。[例10.3.1]在圖示電路中，要求輸出電壓平均值UO(AV)=15V，負載電流平均值IL(AV)=100mA，

UO(AV)≈1.2U2。試問：（1）濾波電容的大小；（2）考慮到電網(wǎng)電壓的波動范圍為，濾波電容的耐壓值。+-+-u2

uO

D1～

D4CRL+10.3.2倍壓整流電路+-+-u2

uO

C2

C1

BA+-+-一、電路二、工作原理(+)(-)

當(dāng)u2正半周時，A點為“+”，B點為“-”，使得二極管D1導(dǎo)通，D2截止；C1充電，電流如圖中實線所示，最大電壓可達

U2

。

當(dāng)u2負半周時，A點為“-”，B點為“+”，使得二極管D2導(dǎo)通，D1截止；C2充電，電流如圖中虛線所示，最大電壓可達2U2

。由于C1對電荷的儲存作用，使得輸出電壓為變壓器副邊峰值的2倍。同理可實現(xiàn)多倍壓整流電路。D1

D2

~220V50Hz圖10.3.6二倍壓整流電路圖10.3.7多倍壓整流電路-+-+-++-+-++(-)--(+)三、多倍壓整流電路10.3.3其它形式的濾波電路一、電感濾波電路圖10.3.8單相橋式整流電感濾波電路大電流、小RL情況下，采用L濾波，濾波后S小，平滑，大。但UO(AV)<=0.9U21、π型RC濾波電路+-+-u2

uO

C1

RL

C2

R

可以既不用過大電容，又能達到較高的濾波要求。即在電容濾波之后再加一級RC濾波。2、π型LC濾波電路+-+-u2

uO

C1

RL

C2

L二、復(fù)式濾波電路圖10.3.9復(fù)式濾波電路（C）圖10.3.9復(fù)式濾波電路（b）10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.4.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路圖10.4.2穩(wěn)壓管的伏安特性一、假設(shè)負載電阻RL變化即負載電流IL變化10.4.2穩(wěn)壓原理TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4理想下,IR=(UI–UZ)/R不變,即IDZ+IL不變。當(dāng)RL變化，則IL變化，但其增減都由IDZ調(diào)節(jié)。即IL增加，則IDZ減少（但不能使IDZ

小于其最小值）；IL減少，則IDZ增加（但不能使IDZ

大于其最大值）。因此UO=UZ不變。原則：必須DZ必須始終在擊穿狀態(tài)，且IDZ在其上下范圍之內(nèi)。這樣UO始終為UZ穩(wěn)定不變。

TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4二、假設(shè)電網(wǎng)電壓（即UI）改變，而RL不變理想下，

UI改變時，UO=UZ不變，

UI的改變，只是使IR改變，從而使IDZ改變而已。（注意不能使IDZ

的變化超出其范圍）10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)穩(wěn)壓系數(shù)Sr：表明電網(wǎng)電壓波動對穩(wěn)壓性能的影響。輸出電阻RO：表明負載電阻對穩(wěn)壓性能的影響。圖10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的交流等效電路10.4.4電路參數(shù)的選擇一、穩(wěn)壓電路輸入電壓的選擇二、穩(wěn)壓管的選擇三、限流電阻的選擇1、當(dāng)電網(wǎng)電壓最高，而負載電流最小時：2、當(dāng)電網(wǎng)電壓最低，而負載電流最大時：即得Rmin即得Rmax因此：[例10.4.1]在圖中，已知UI=15V

，負載電流為10～20mA；

穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V

，最小穩(wěn)定電流IZ=5mA，

最大穩(wěn)定電流IZM=40mA，動態(tài)電阻rz=15Ω。（1）求解R的取值范圍；（2）若R=250Ω

，則穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻Ro各為多少？（3）為使穩(wěn)壓性能好一些，在允許范圍內(nèi)，R的取值應(yīng)當(dāng)偏大些，還是偏小些？為什么？TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路解：（2）（1）（3）在允許范圍內(nèi)，R的取值應(yīng)當(dāng)偏大些。當(dāng)其余的參數(shù)確定時，R愈大，Sr愈小，Ro愈接近rz

[例10.4.2]在圖中，已知UI=12V

，電網(wǎng)電壓允許波動范圍為±10%；穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=5V，最小穩(wěn)定電流IZ=5mA

，最大穩(wěn)定電流IZM=30mA

，負載電阻RL=250～350Ω。使求解：

(1)R的取值范圍；

(2)設(shè)濾波電容足夠大，變壓器副邊電壓有效值U2約為多少？TC

UI

u2u1~220V50HzRL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－D1～D4圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路解：

(1)首先求出負載電流的變化范圍:再求出R的最大值和最小值(2)當(dāng)C足夠大時，可近似認為U2≈U1/1.2=10V10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.5.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理

一、基本調(diào)整管電路T1

DZRL

R+UI

+-UO

當(dāng)電網(wǎng)電壓波動引起UI增大，或負載電阻RL增大時，輸出電壓UO將隨之增大(即UE升高)；穩(wěn)壓管兩端電壓基本不變（即UB不變）；故晶體管的UBE=

UB-

UE減小，導(dǎo)致IB(IE)減小，從而使UO減小。因此可以保持UO基本不變。反之亦然。RL

R

IR

IDZDZ

UO

io

＋－+UI

-圖10.5.1基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路(a)(c)二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成框圖采樣環(huán)節(jié)

調(diào)整管比較放大基準(zhǔn)電壓Uo

UI

保護電路圖10.5.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖上圖的缺點：1、直接用UO去調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓效果不理想；

2、UO不能連續(xù)可調(diào)。＋－＋－三、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1、電路的組成：

T：調(diào)整管；

R、DZ：基準(zhǔn)電壓；

R1、R2、R3：采樣電路；

A

:比較放大。RLUOUIIOT

R

DZ+

R1R3R2-圖10.5.2(b)＋－＋－R2′′R2′UNUPUBAUOUN

UB

UO

2、穩(wěn)壓原理UO

UN

UB

UO

RLUOUIIOT

R

DZ+

R1R3R2-圖10.5.2(b)＋－＋－R2′′R2′UNUPUBA深度電壓負反饋，可穩(wěn)定輸出電壓。3、輸出電壓UO的可調(diào)范圍RLUOUIIOT

R

DZ+

R1R3R2-圖10.5.2(b)＋－＋－R2′′R2′UNUPUBA4、調(diào)整管的選擇管子的極限參數(shù)受UI波動、IL變化及UO可調(diào)范圍的影響。所以，選管時：實際選用要考慮余量，并采取散熱措施。[例10.5.1]電路如圖10.5.2(b)所示，已知輸入電壓UI的波動范圍為±10%，調(diào)整管的飽和管壓降為UCES=2V，輸出電壓UO的調(diào)節(jié)范圍為5～20V，R1=R3=200Ω。試問（1）穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ和R2的取值各為多少？（2）為使調(diào)整管正常工作，在電網(wǎng)電壓為220V時，UI的值至少應(yīng)取多少？（1）（2）所謂調(diào)整管正常工作，是指在輸入電壓波動和輸出電壓改變時調(diào)整管應(yīng)始終工作在放大狀態(tài)。解：UI的值至少應(yīng)大于25V。

[例10.5.2]電路如圖10.5.2(b)所示，已知集成運放輸出電流Io

最大值為2mA，調(diào)整管最大電流放大倍數(shù)為30。試問：(1)最大負載電流ILmax約為多少？(2)若穩(wěn)壓電路的輸出電流為1A，應(yīng)采取什么辦法？

畫出改進部分的電路圖來。解：

（1）最大負載電流（2）可以將調(diào)整管采用復(fù)合管，如圖。T1T2IO圖10.5.4用復(fù)合管作調(diào)整管10.5.2集成穩(wěn)壓器中的基準(zhǔn)電壓電路和保護電路圖10.5.8限流型過流保護電路及其輸出特性一、限流型過流保護由T2、R0構(gòu)成正常工作時，UBE2=IORO<Uon

T2截止；過流時，T2導(dǎo)通，分流，限制IE1?；鶞?zhǔn)電壓電路（略）二、截流型過流保護電路圖10.5.9截流型過流保護電路

及其輸出特性由T2、R1、R2、R0構(gòu)成保護電路。過流時，使調(diào)整管T1發(fā)射極電流迅速減到很小值。U

一、W7800三端穩(wěn)壓器

10.5.3集成穩(wěn)壓器電路1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)啟動電路基準(zhǔn)電壓

保護電路

比較放大電路

調(diào)整管

采樣電路

U

I

O

2

1

++--圖10.5.14W7800的原理框圖3

2.電路符號圖10.5.16三端穩(wěn)壓器的外形和方框圖(a)：W7800金屬封裝外形圖；(b)W7800塑料封裝外形圖；

(c)：W7800方框圖。3.主要參數(shù)正電源W7800系列：輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：

W7800系列1.5A；

W78M00系列0.5A；

W78L00系列0.1A負電源W7900系列：輸出電壓：－5V、－6V、－9V、－12V、

－15V、－18V、－24V輸出電流：同上