第8章 直流穩(wěn)壓電源

第8章直流穩(wěn)壓電源8.1直流穩(wěn)壓電路的組成8.2整流電路8.3濾波電路8.4倍壓整流電路

8.5硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路8.6串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路8.7集成穩(wěn)壓電源8.1直流穩(wěn)壓電路的組成一、直流穩(wěn)壓電源的作用將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為放大電路提供直流工作電源。二、組成變壓器：整流：濾波：穩(wěn)壓：一、直流穩(wěn)壓電源的作用三、引起電壓不穩(wěn)定的原因1、交流電網(wǎng)電壓的波動；2、負(fù)載的變化（由于整流濾波電路存在內(nèi)阻）；3、溫度的影響；8.2整流電路單相三相二極管可控硅橋式倍壓整流半波全波本課主要介紹：單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動的電壓。整流電路分類：整流電路的任務(wù)：一、單相半波整流電路1、工作原理iDu2tuot設(shè)變壓器輸出電壓：u2=sinωtu1

u2uoRL+－則輸出電壓：uo=2、電路特點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，元件少。缺點：輸出波形脈動大，利用率低+－一、單相半波整流電路uo=3、電路分析（1）輸出直流電壓：（2）負(fù)載平均電流（3）二極管所承受的最大反向電壓（4）整流管平均整流電流=負(fù)載平均電流4、整流輸出電壓的脈動系數(shù)二、單相全波整流電路u1u2u2D1RLD2u2tuot電路分析：u0=三、單相橋式整流電路u2tuot正確利用二極管的引導(dǎo)作用u0=u1u2RL8.3濾波電路幾種濾波電路（a）電容濾波電路（b）電感電容濾波電路（倒L型）（c）型濾波電路濾波電路的結(jié)構(gòu)特點:

電容與負(fù)載RL并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。一、電容濾波電路

充電放電tuoDu1u2CRLuoi0

1、空栽時的情況輸出電壓為U2，二極管承受的最高反向電壓URM=2U22、接負(fù)載的情況在工作過程中，二極管并非在整個半周內(nèi)導(dǎo)電，按能量守恒的觀點，在較長時間內(nèi)釋放的電荷等于在較短時間內(nèi)沖得的電荷，所以充電電流較大。3、結(jié)論（1）二極管的導(dǎo)通角θ<π，流過二極管的瞬時電流大，故常串入一個限流電阻(1/25)RL。一、電容濾波電路充電放電tuoDu1u2CRLuoi03、結(jié)論（2）輸出電流的平均值大UL由放電時間常數(shù)決定τ=RLC∴RLC↑→UL↑∵一般取RLC≥（3~5）T（半波整流）RLC≥（3~5）T/2（全波整流）此時，輸出電壓的平均值為通常取來估算。一、電容濾波電路充電放電tuoDu1u2CRLuoi03、結(jié)論（3）脈動系數(shù)?。ò礃蚴秸麟娐酚嬎?，參見清華本）（4）電路的外特性一般情況ULI00.45U2半波0.9U2全波SI0157%67%半波全波外特性濾波特性電容濾波電路使用于負(fù)載電流變化不大，負(fù)載整流電壓較高的場合。一、電容濾波電路充電放電tuoDu1u2CRLuoi04、電路參數(shù)的近似估算（1）整流二極管的選擇濾波電容的容量愈大，導(dǎo)通角愈小，通過二極管脈沖電流的幅度愈大，因此，整流管的幅值電流必須加以考慮。但流過整流管的平均電流：

半波整流時：全波整流時：整流管的耐壓：由于電容電壓最高為U2，所以UDRM=一、電容濾波電路充電放電tuoDu1u2CRLuoi04、電路參數(shù)的近似估算

（2）濾波電容的估算容量：C≥耐壓：（3）變壓器次級參數(shù)的估算U2=U0/1.2（全波整流）I2=（1.5~2）I0一、電容濾波電路充電放電tuoDu1u2CRLuoi05、小結(jié)電路形式變壓器次級電壓（有效值）負(fù)載開路時的輸出電壓帶負(fù)載時輸出電壓（估算值）整流管的最大反向電壓UDRM整流管的平均電流半波U2U2mU22U2I0全波U2+U2U2m1.2U22U2I0/2橋式U2U2m1.2U2U2I0/2一、電容濾波電路例1、某電子設(shè)備需要直流電壓U0=30v，I0=400mA的直流電流，若采用橋式直流，電容濾波電路，試選擇直流元件和濾波電容。（1）選擇二極管考慮到電容充電電流的沖擊，選用最大直流電流為500mA、耐壓為50v的整流二極管。（2）選電容選C=500μF，耐壓為50v的電解電容。例2、一個全波整流、電容濾波電路中，U2=10v，C=1000μF，當(dāng)RL=20Ω時，試求和S的值，整流管的壓降和整流內(nèi)阻可忽略。二、RC—π型濾波電路U2C1C2RLR為了得到較大的R‘值，應(yīng)使RL和R都比較大，但當(dāng)R增大時，電阻上的整流壓降增大，若C增大，則電容器的體積和重量增大，為了解決此矛盾，可采用兩種方法：結(jié)論：在一定的ω之下，C2愈大、R'=R//RL愈大，則濾波效果愈好。LL的直流電阻小，交流阻抗大，將會使濾波效果得到改善。（1）采用LC—π型濾波電路二、RC—π型濾波電路RLC2RLRC1U2（2）RC有源濾波電路T組成一個射極跟隨器，RL兩端的電壓與C2兩端的電壓基本相等，R、C2組成串聯(lián)電路，C1兩端的直流電壓全部加在C2兩端，而交流電壓加在R、C2兩端，當(dāng)選擇很大的R時，C2兩端的交流電壓很小，即RL兩端的交流電壓很小。也可按下面的原則進(jìn)行分析：T的c—e極間的電阻與RL串聯(lián)，而T的c—e極間的交流電阻很大，直流電阻較小，故C1兩端的交流電壓主要降在c—e間，而直流電壓主要降在RL上。三、電感濾波電路u0Lωtωt工作原理：當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時，負(fù)載上的直流電壓與不加濾波時負(fù)載上的直流電壓相同。特點：（1）電感濾波電路的外特性是很平坦的，U0隨I0增大而略有下降的原因是輸出電流增大時，整流電路的內(nèi)阻和電感的整流電阻壓降也略有增加的緣故。I00.9U2三、電感濾波電路特點：（2）導(dǎo)通角θ=π，因而避免了過大的沖擊電流。（3）輸出電壓沒有電容濾波高。電感濾波電路適用于負(fù)載所需的直流電壓不高，輸出電流較大及負(fù)載變化較大的場合。（4）缺點：電感體積大，成本高，輸出電壓稍低。（5）為了提高濾波效果，通常采用倒L型濾波電路。u0LωtωtI00.9U2C8.4倍壓整流電路

在實際應(yīng)用中，有時需要高電壓、小電流的直流電源，可用倍壓整流電路。一、二倍壓整流電路1、倍壓原理u1u2D2C1D1C2RLU0－++－+－－+當(dāng)正半周時：C1充電到當(dāng)負(fù)半周時：C2充電到（當(dāng)RL較大）2、討論在實際電路中：RL較大，電流小，U0近似為二極管所承受的最高反向電壓：UDRM=電容的耐壓：二、三倍壓整流電路u1u2D2C1D1C2RLU0－+u1－+－+－+－+(n為奇數(shù))(n為偶數(shù))倍壓愈高，負(fù)載電流愈不能大。除第一個電容所承受的電壓為外，其他每個電容所承受的電壓均為每個二極管所承受的最高反向電壓均為8.5硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1、內(nèi)阻Rd 經(jīng)過直流濾波后輸入到穩(wěn)壓電路的直流電壓（記作）不變時，穩(wěn)壓電路的輸出電壓變化量△與輸出電流變化量△i0之比，即 一、為什么要穩(wěn)壓電路1、當(dāng)負(fù)載電流變化時，由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，輸出電壓將要變化。2、當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，使整流濾波電路輸出的直流電壓不穩(wěn)定。通常交流電網(wǎng)電壓允許±10%的波動。二、穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)3、電壓調(diào)整率：當(dāng)u2變化了10%時，輸出電壓的相對變化量。4、電流調(diào)整率：當(dāng)i0從0變到最大時，輸出電壓的相對變化量。5、最大紋波電壓：輸出端存在的50Hz或100Hz的交流分量的有效值或峰——峰值。6、溫度系數(shù)：電網(wǎng)電壓和負(fù)載都不變時，由于溫度變化而引起的輸出電壓的漂移。7、噪聲電壓：二、穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)2、穩(wěn)壓系數(shù)Sr在負(fù)載固定時，輸出電壓的相對變化量與穩(wěn)壓電路輸入電壓的相對變化量之比，它反映了電網(wǎng)電壓波動的影響，即（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗2、穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓

UZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/℃）穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動態(tài)電阻1、特點：反向擊穿區(qū)非常陡峭。正常工作時處于反向擊穿狀態(tài)，工作點設(shè)在陡峭曲線的中間部分。三、穩(wěn)壓二極管+IUIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。UZ當(dāng)RL不變時：UI↑→U0↑→IZ↑→IR↑→IRR↑V0↓當(dāng)UI不變時RL↓→I0↑→IR↑→U0↓→IZ↓→IR↓→IRR↓U0↑四、穩(wěn)壓電路UI=IR+UZ=IR+UO

IR=IZ+IO

UO=UZUZ少量的增加會使IZ增加較大。R：限流降壓作用1、工作原理四、穩(wěn)壓電路2、電路元件參數(shù)的選擇（1）選擇穩(wěn)壓管：選穩(wěn)壓管時，主要滿足U0，I0max和rZ的要求。通常按：UZ=UO，Izmax=(1.5~3)I0max初選管子。（2）決定輸入電壓UI：考慮電網(wǎng)電壓允許10%的變化，所以在通常情況下取UI=(2~3)U0。（3）限流電阻的選擇R的選擇應(yīng)使流過穩(wěn)壓管的電流IZ限制在IZmin~Izmax之間，保證管子正常工作。當(dāng)電網(wǎng)電壓最高和負(fù)載電流最小時，IZ的值最大，它不能超過Izmax，即解得四、穩(wěn)壓電路若不滿足上式，則說明在給定條件下已超出穩(wěn)壓管的工作范圍。2、電路元件參數(shù)的選擇（3）限流電阻的選擇當(dāng)電網(wǎng)電壓最低和負(fù)載電流最大時，IZ的值最小，它不能低于Izmin，即解得則R的變化范圍為：8.6串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路一、電路的基本形式1、原始設(shè)想RUIU0RL若UI↑→使R↑→△UI都加在R上，若RL↓→使R↓→維持U0不變。iCuCEUoRLUiRDZ這個三極管是起調(diào)整作用的，故稱為調(diào)整管。利用三極管代替可變電阻TRUIRLU0DZUZ基準(zhǔn)電源調(diào)整管UOUI一、電路的基本形式TRUIRLU0DZUZ2、穩(wěn)壓原理RL↓→IL↑

電源內(nèi)阻的影響

u0↓→ube↑→Ib↑→uce↓調(diào)整管之所以能夠起調(diào)整電壓的作用，關(guān)鍵在于用輸出電壓的變化量返回去控制調(diào)整管的基極電流。這種控制不靈敏，穩(wěn)壓性能不高。（1）當(dāng)RL不變，UI變化時的穩(wěn)壓過程ube=uz－u0(uz基本不變)ui↑→u0↑→ube↓→Ib↓→Ic↓→uce↑u0↓u0=ui－uce（2）當(dāng)ui不變，而RL變化（即IL變化）u0↓TRUIRLU0DZUZ二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路1、電路的組成IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2T1：調(diào)整管。相當(dāng)于可變電阻R，起調(diào)壓作用。DZ、R3：組成穩(wěn)壓電路，用來提高基準(zhǔn)電壓UZ。T2：起比較和放大信號的作用，RC是它的集電極負(fù)載，從T2取出的放大信號加到T1的基極。R1、R2：組成分壓電路，取△U0的一部分，加到T2的基極，稱為取樣電路，n稱為分壓比。二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR22、穩(wěn)壓過程RL↓或ui↓→u0↓→ub2↓→ube2↓→Ib2↓→Ic2↓→uce2↑→uc2↑ T2的放大倍數(shù)愈大，調(diào)整作用就愈強，輸出電壓就愈穩(wěn)定?！齯ce1↓←Ic1↑←ube1↑←ub1↑u0↑二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

3、討論（1）穩(wěn)壓的過程，實質(zhì)上是通過負(fù)反饋使輸出電壓維持穩(wěn)定的過程。（2）選用動態(tài)電阻小的穩(wěn)壓二極管做基準(zhǔn)電壓，以提高UZ的穩(wěn)定性。（3）增大調(diào)整管和放大級的電流放大系數(shù)β1、β2。在要求高的穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管可采用復(fù)合管，放大級可采用多級放大器。但因為當(dāng)U0給定后，就應(yīng)該選擇較高的基準(zhǔn)電壓UZ，但穩(wěn)定電壓較高的穩(wěn)壓管，其溫度系數(shù)比較大，為了克服這個缺點，可對穩(wěn)壓管加溫度補償。（4）分壓比n=要選得大一些，保證取樣信號大一些。二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

3、討論（5）減小分壓電阻R1、R2，使I1>>IB2，這樣，當(dāng)IB2變化時取樣比n才能基本不變。但R1、R2不能過小，過小的分壓電路，將浪費過多的電流，通常選擇I1≥（5~10）IB2。（6）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成RL變壓器整流濾波比較放大基準(zhǔn)電壓取樣調(diào)整管交流輸入二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

3、討論（7）電路的不足①流過穩(wěn)壓管的電流隨U0而波動，使UZ不穩(wěn)定，從而降低了穩(wěn)壓精度，T2的發(fā)射極電流也會影響UZ。②當(dāng)溫度變化時，由T2組成的放大環(huán)節(jié)將產(chǎn)生零點漂移，使U0穩(wěn)定度變差。③當(dāng)負(fù)載電流變化較大時，相應(yīng)地要求調(diào)整管的基極電流也有較大的變化范圍，這部分電流要由放大管的集電極來提供，一般三極管不易達(dá)到這樣的要求。④輸出電壓固定，不能調(diào)節(jié)。⑤T2的C極電阻RC接至電路的不穩(wěn)定的輸入端，UI的變化，通過RC加到T1的b極而被放大。IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施1、改變?nèi)颖纫哉{(diào)節(jié)輸出電壓的范圍T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2顯然，調(diào)節(jié)Rw，可改變?nèi)颖?，從而使輸出電壓U0得到調(diào)整。或

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR22、調(diào)整管采用復(fù)合管例如：I0=1A，T1的β=30，則IB1≈Ie/β=1A/30=33mA。而T2的IC2約為1~2mA，因此，不能對T1進(jìn)行有效控制，這就得采用復(fù)合管。設(shè)β1=30，β2=50，則β1β2=1500這時調(diào)整管的基極電流只需

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR23、說明：（1）若兩只管子組成的復(fù)合管還不能滿足要求，可用三只或四只管子組成復(fù)合管，但此時會產(chǎn)生穿透電流過大的問題。（2）T1通常選用大功率管，為了充分利用管子，一般都加有散熱片。兩只電阻起平衡作用（3）在一個大功率管不能負(fù)擔(dān)輸出電流時，可采用兩管或多管并聯(lián)運用。CBE1.比較放大級采用差動放大器或集成運放2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管3.采用輔助電源(比較放大部分的電源)4.用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益5.內(nèi)部加短路和過熱保護(hù)電路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成穩(wěn)壓電源三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施3、說明：（4）其它措施

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（1）要使Rw滑到最下端時，U0=15v，Rw應(yīng)為多少？（2）當(dāng)Rw滑到最上端時，此時的U0為多少？（3）當(dāng)U0=15v，I0=500mA時，求通過RC3的電流IRC3和流過穩(wěn)壓管的電流IZ？

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2kT1~T3都工作于放大區(qū)，其中，T1、T2組成復(fù)合管，其電流放大系數(shù)β=β1β2=20×50=1000T1管的基極電位：UB3=UZ+UBE3=5.3v+0.7v=6V調(diào)節(jié)Rw的滑動端，可改變輸出U0，當(dāng)Rw的滑動端往下調(diào)，則T2管的基極電位UB2=UI－IRC3RC3愈高，T1管的管壓降UCE1愈小，輸出電壓U0愈高。反之，Rw的滑動端往上調(diào)，U0愈低。

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（1）要使Rw滑到最下端時，U0=15v，Rw應(yīng)為多少？

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（1）當(dāng)Rw的滑動端往下調(diào)到最下端時，電路滿足由此可解得：

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（2）當(dāng)Rw的滑動端往上調(diào)到最上端時，電路滿足即

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（3）因T1、T2均工作于放大區(qū)，其發(fā)射結(jié)電壓均為0.7v左右，故通過RC3的電流流過穩(wěn)壓管的電流IZ=IR3+IE3IE3≈IC3=IRC3－IB2

三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（3）因T1、T2均工作于放大區(qū)，其發(fā)射結(jié)電壓均為0.