河工大老師用的模電課件第10章直流電源

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1電工電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)中心河北工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)院第10章直流電源內(nèi)容提要：本章介紹了直流穩(wěn)壓電源的組成，各部分電路的工作原理和各種不同類(lèi)型電路的結(jié)構(gòu)及工作特點(diǎn)、性能指標(biāo)等。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2退出10.1直流電源的組成及各部分的作用10.2整流電路 10.3濾波電路10.4穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路 10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 10.6開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路*本章內(nèi)容：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)310.1直流電源的組成及各部分的作用直流電源的重要性：所有的電子電路和設(shè)備都離不開(kāi)直流電源，都需要直流電源供電。本章所介紹的直流電源為單相小功率電源，它把頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉(zhuǎn)換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾十安以下的直流電壓。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4單相小功率直流電源的組成：電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。其方框圖及各電路的輸出電壓波形如圖10.1.1所示：圖10.1.1直流穩(wěn)壓電源的方框圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5返回章目錄單相小功率直流電源各部分的作用：1.電源變壓器：直流電源的輸入為220伏的電網(wǎng)電壓，而直流電源的電壓和電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因而需要通過(guò)電源變壓器降壓后，再對(duì)交流電壓進(jìn)行處理。變壓器副邊電壓有效值決定于后面電路的需要。（目前，也有部分電路不用變壓器，利用其它方法升壓或降壓。）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6單相小功率直流電源各部分的作用：2.整流電路：變壓器副邊電壓通過(guò)整流電路把交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，即將正弦波電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動(dòng)電壓，半波整流和全波整流電路的輸出波形如圖中所畫(huà)。從圖中可以看出，它們均含有較大的交流分量，會(huì)影響負(fù)載電路的正常工作；例如：交流分量將混入輸入信號(hào)被放大電路放大，甚至在放大電路的輸出端所混入的電源交流分量大于有用信號(hào)；因而整流后的輸出不能直接作為電子電路的供電電源。應(yīng)當(dāng)指出，圖中整流電路輸出端所畫(huà)波形是未接濾波電路時(shí)的波形，接入濾波電路后波形將有所變化。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)7單相小功率直流電源各部分的作用：3.濾波電路：為了減小電壓的脈動(dòng)，需通過(guò)低通濾波電路濾波，使輸出電壓平滑。理想情況下，應(yīng)將交流分量全部濾掉，然而，由于濾波電路為無(wú)源電路，所以接入負(fù)載后視必影響其濾波效果。4.穩(wěn)壓電路：交流電壓經(jīng)過(guò)整流、濾波后雖然變?yōu)榻涣鞣至枯^小的直流電壓，但是當(dāng)電源電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者負(fù)載變化時(shí)，其輸出電壓平均值也將隨之變化。穩(wěn)壓電路的功能是使輸出直流電壓基本不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)載電阻變化的影響，從而獲得足夠高的穩(wěn)定性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)810.2整流電路 在分析整流電路時(shí)，為了突出重點(diǎn)，簡(jiǎn)化分析過(guò)程，一般均假定負(fù)載為純電阻性的；整流二極管具有圖1.2.4(a)中實(shí)線(xiàn)所示的理想的伏安特性，即導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止時(shí)反向電流為零；變壓器無(wú)損耗，內(nèi)部壓降為零。10.2.1整流電路的分析方法及基本參數(shù)分析整流電路，就是弄請(qǐng)電路的工作原理（即整流原理），求出主要參數(shù)，并確定整流二極管的極限參數(shù)。下面以圖10.2.1(a)所示單相半波整流電路為例來(lái)說(shuō)明整流電路的分析方法及其基本參數(shù)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9一、（半波）工作原理1.假設(shè)：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐肥亲詈?jiǎn)單的一種整流電路，設(shè)變壓器的副邊電壓有效值為U2，則其瞬時(shí)值為。圖10.2.1單相半波整流電路2.工作原理：（1）在U2的正半周，A點(diǎn)為正，B點(diǎn)為負(fù)，二極管外加正向電壓而導(dǎo)通。電流從A點(diǎn)流出經(jīng)二極管D和負(fù)載RL流入B點(diǎn)，有：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10圖10.2.1單相半波整流電路2.工作原理：（2）在的負(fù)半周，B點(diǎn)為正，A點(diǎn)為負(fù)，二極管外加反向電壓而截止:負(fù)載電阻RL的電壓和電流都具有單一方向脈動(dòng)的特性。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)113.波形分析：圖10.2.2所示為變壓器副邊電壓 輸出電壓（也是輸出電流和二極管的電流波形）、二極管的端電壓波形。圖10.2.2半波整流電路的波形圖模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)124.分析方法：分析整流電路的工作原理時(shí)，應(yīng)研究變壓器副邊電壓極性不同時(shí)二極管的工作狀態(tài)，從而得出輸出電壓的波形，也就弄請(qǐng)了整流原理。整流電路的波形分析是其定量分析的基礎(chǔ)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)13二、主要參數(shù)1.主要參數(shù)是指：整流電路輸出電壓平均值和輸出電流平均值，還有脈動(dòng)系數(shù)。2.參數(shù)的分析與計(jì)算：（1）對(duì)輸出電壓平均值的分析：輸出電壓平均值就是負(fù)載電阻上電壓的平均值UO(AV)。從圖10.2.2所示波形圖可知，當(dāng)時(shí)， ；當(dāng)時(shí)，。所以求解的平均值UO(AV)，就是將的電壓平均在時(shí)間間隔之中，如圖10.2.3所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)14

圖10.2.3單相半波整流電路輸出電壓平均值

（2）計(jì)算：（10.2.1）（10.2.2）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)15（3）脈動(dòng)系數(shù)：整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S定義為整流輸出電壓的基波峰值UO1M與輸出電壓平均值UO(AV)之比，即：（10.2.3）因而S愈大，脈動(dòng)愈大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)16

通過(guò)諧波分析可知，半波整流電路輸出電壓的基波峰值，故半波整流電路輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)為：（10.2.4）

說(shuō)明半波整流電路的輸出電壓脈動(dòng)很大，其基波峰值約為平均值的1.57倍。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)17三、二極管的選擇1.如何選擇二極管的型號(hào)：當(dāng)整流電路的變壓器副邊電壓的有效值和負(fù)載電阻值確定后，二極管參數(shù)的要求也就確定了。一般應(yīng)根據(jù)流過(guò)二極管電流的平均值和它所承受最大反向電壓來(lái)選擇二極管的型號(hào)。2.參數(shù)的確定：在單相半波整流電路中，二極管的正向電流平均值等于負(fù)載電流的平均值，即：（10.2.5）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)18二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊電壓的峰值，即：（10.2.6）一般情況下，允許電網(wǎng)電壓有±10%的波動(dòng)，即電源變壓器原邊電壓為198~242V，因此在選用二極管時(shí)，對(duì)于最大平均整流電流IF和最高反向電壓URM應(yīng)留有10%的余地，以保證二極管安全工作，即選取：（10.2.7）

（10.2.8）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)193.半波整流的優(yōu)缺點(diǎn)：?jiǎn)蜗喟氩ㄕ麟娐泛?jiǎn)單易行，所用二極管數(shù)量少。但是，由于它只利用了交流電壓的半個(gè)周期，所以輸出電壓低，交流分量大（即脈動(dòng)大），效率低。因此，這種電路僅適用于整流電流較小，對(duì)脈動(dòng)要求不高的場(chǎng)合。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2010.2.2單相橋式整流電路為了克服單相半波整流電路的缺點(diǎn)，在實(shí)用電路中多采用單相全波整流電路，最常用的是單相橋式整流電路。一、電路組成圖10.2.4為單相橋式整流電路，單相橋式整流電路由四只二極管組成，如圖10.2.4所示，該電路能保證在變壓器副邊電壓的整個(gè)周期內(nèi)，負(fù)載上的電壓和電流方向始終不變。圖10.2.4單相橋式整流電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)21圖10.2.5(a)所示為習(xí)慣畫(huà)法，圖(b)所示為簡(jiǎn)化畫(huà)法。

二、工作原理設(shè)變壓器副邊電壓為 ，U2為其有效值。1.當(dāng)為正半周時(shí)：2.當(dāng)為負(fù)半周時(shí)：

圖10.2.5單相橋式整流電路的習(xí)慣畫(huà)法模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)22圖10.2.6單相橋式整流電路的波形圖3.整流的結(jié)果：這樣，由于D1、D3和D2、D4兩對(duì)二極管交替導(dǎo)通，致使負(fù)載電阻RL上在的整個(gè)周期內(nèi)都有電流通過(guò)，而且方向不變，輸出電壓: 圖10.2.6所示為單相橋式整流電路各部分的電壓和電流的波形。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)23三、輸出電壓平均值UO(AV)和輸出電流平均值IO(AV)

根據(jù)圖10.2.6中所示的波形可知，輸出電壓平均值：解得：（10.2.9）

對(duì)輸出電壓平均值的分析：由于橋式整流電路實(shí)現(xiàn)了全波整流電路，它將的負(fù)半周也利用起來(lái)，所以在變壓器副邊電壓有效值相同的情況下，輸出電壓平均值是半波整流電路的兩倍。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)24輸出電流的平均值（即負(fù)載電阻中的電流平均值）：（10.2.10）根據(jù)諧波分析，橋式整流電路的基波UO1M的角頻率是的兩倍，即100Hz， 。故脈動(dòng)系數(shù)為：（10.2.11）分析：與半波整流電路相比，輸出電壓的脈動(dòng)減小很多。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)25四、二極管選擇分析：在單相橋式整流電路中，因?yàn)槊恐欢O管只在變壓器副邊電壓的半個(gè)周期通過(guò)電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上電流平均值的一半，即：（10.2.12）根據(jù)圖10.2.6中所示的波形可知，二極管承受的最大反向電壓為：（10.2.13）與半波整流電路中二極管承受的最大反向電壓也相同。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)26

考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為±10%，在實(shí)際選用二極管時(shí)，應(yīng)至少有10%的余量，選擇最大整流電流IF和最高反向工作電壓URM分別為：（10.2.14）

（10.2.15）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)27比較：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐放c半波整流電路相比，在相同的變壓器副邊電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，并且還具有輸出電壓高、變壓器利用率高、脈動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，因此得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。目前有不同性能的集成電路，稱(chēng)之為“整流橋堆”。單相橋式整流電路的主要缺點(diǎn)是所需二極管的數(shù)量多，由于實(shí)際上二極管的正向電阻不為零，必然使得整流電路內(nèi)阻較大，當(dāng)然損耗也就大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)28

可以在負(fù)載上獲得正、負(fù)電源的橋式整流電路如圖10.2.7所示：圖10.2.7利用橋式整流電路實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電源

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在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)整流電路的輸出功率（即輸出電壓平均值與輸出電流平均值之積）超過(guò)幾千瓦且又要求脈動(dòng)較小時(shí)，可采用三相整流電路。電路如圖10.2.8(a)所示，其輸出波形如圖(b)所示。圖10.2.8三相整流電路及其波形模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)30模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3110.3濾波電路濾波的目的：整流電路的輸出電壓雖然是單一方向的，但是含有較大的交流成分，不能適應(yīng)大多數(shù)電子電路及設(shè)備的需要。因此，一般在整流后，還需利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸Ｅc用于信號(hào)處理的濾波電路相比，直流電源中濾波電路的顯著特點(diǎn)是：均采用無(wú)源濾波電路；理想情況下，濾去所有交流成分，而只保留直流成分；能夠輸出較大電流；而且，因?yàn)檎鞴芄ぷ髟诜蔷€(xiàn)性狀態(tài)（即導(dǎo)通或截止），故而濾波特性的分析方法也不盡相同。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3210.3.1電容濾波電路電容濾波電路是最常見(jiàn)也是最簡(jiǎn)單的濾波電路，在整流電路的輸出端（即負(fù)載電阻兩端）并聯(lián)一個(gè)電容即構(gòu)成電容濾波電路，如圖10.3.1(a)所示。濾波電容容量較大，因而一般均采用電解電容，在接線(xiàn)時(shí)要注意電解電容的正、負(fù)極。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趣于平滑。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)33圖10.3.1單相橋式整流電容濾波電路

及穩(wěn)態(tài)時(shí)的波形分析模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)34一、濾波原理1.濾波電路的工作原理：（1）當(dāng)變壓器副邊電壓處于正半周，并且，則二極管D1、D3導(dǎo)通，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻RL，另一路對(duì)電容C充電。忽略變壓器副邊的損耗和二極管的導(dǎo)通電壓，。見(jiàn)圖10.3.1(b)中的ab段。（2）當(dāng)上升到峰值后開(kāi)始下降，電容通過(guò)負(fù)載RL放電，其電壓也開(kāi)始下降，和的下降趨勢(shì)基本相同，見(jiàn)圖(b)中曲線(xiàn)的bc段。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)35（3）電容電壓按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到一定數(shù)值后， 下降速度小于，使，從而導(dǎo)致D1、D3反向偏置而截止。此后，電容C通過(guò)RL放電，按指數(shù)規(guī)律下降，見(jiàn)圖10.3.1(b)cd段。 （4）當(dāng)負(fù)半周幅值變化到恰好大于時(shí)，D2、D4導(dǎo)通，再次對(duì)電容C充電，上升到的峰值后又開(kāi)始下降；下降到一定數(shù)值時(shí)D2、D4截止,C對(duì)RL放電，按指數(shù)規(guī)律下降；放電到一定數(shù)時(shí)D1、D3導(dǎo)通，重復(fù)上述過(guò)程。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)362.濾波的結(jié)果：從圖10.3.1(b)所示波形可以看出，經(jīng)濾波后的輸出電壓不僅變得平滑，而且平均值也得到提高。若考慮變壓器內(nèi)阻和二極管的導(dǎo)通電阻，則的波形如圖(c)所示，陰影部分為整流電路內(nèi)阻上的壓降。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)373.濾波效果：電容充電時(shí)，回路電阻為整流的內(nèi)阻，即變壓器內(nèi)阻和二極管的導(dǎo)通電阻之和，其數(shù)值很小，因而時(shí)間常數(shù)很小。電容放電時(shí)，回路電阻為RL，放電時(shí)間常數(shù)為RLC，通常遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)。因此，濾波效果取決于放電時(shí)間常數(shù)。電容愈大，負(fù)載電阻愈大，濾波后輸出電壓愈平滑，并且其平均值愈大，如圖10.3.2所示。換言之，當(dāng)濾波電容一定時(shí)，若負(fù)載電阻減?。簇?fù)載電流增大），則時(shí)間常數(shù)RLC減小，放電速度加快，輸出電壓平均值下降，且脈動(dòng)變大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)38圖10.3.2RLC不同時(shí)的uO的波形返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)39二、輸出電壓平均值1.幾個(gè)假設(shè)：濾波電路輸出電壓波形很難用解析式來(lái)描述，近似估算時(shí)，可將圖10.3.1(c)所示波形近似為鋸齒波，如圖10.3.3所示。圖中T為電網(wǎng)電壓周期。設(shè)整流電路內(nèi)阻較小而RLC較大，電容每次充電都能達(dá)到的峰值（即）， 然后按RLC放電的起始斜率線(xiàn)性下降，經(jīng)RLC交于橫軸，且在處的數(shù)值為最小。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)402.參數(shù)的計(jì)算：輸出電壓的平均值：同時(shí)按相似三角形關(guān)系可得：

（10.3.1）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)41因而（10.3.2）

式（10.3.2）表明，當(dāng)負(fù)載開(kāi)路，即時(shí)，。當(dāng)時(shí)，有：（10.3.3）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)423.總結(jié)：在實(shí)際電路中，為了獲得較好的濾波效果，應(yīng)選擇濾波電容的容量滿(mǎn)足的條件。由于采用電解電容，考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為±10%，電容的耐壓值應(yīng)大于。在半波整流電路中，為獲得較好的濾波效果，電容的容量應(yīng)選得更大些。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)43三、脈動(dòng)系數(shù)在圖10.3.3所示的近似波形中，交流分量的基波的峰-峰為， 根據(jù)式（10.3.1）可得基波峰值為：因此，脈動(dòng)系數(shù)為：或：

（10.3.4）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)44模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4510.4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路前言：雖然整流濾波電路能將正弦交流電壓變換成較為平滑的直流電壓，但是，一方面，由于輸出電壓平均值取決于變壓器副邊電壓的有效值，所以當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，輸出電壓平均值將隨之產(chǎn)生相應(yīng)的波動(dòng)；另一方面，由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)，內(nèi)阻上的電壓將產(chǎn)生變化，于是輸出電壓平均值也將隨之產(chǎn)生相反的變化。因此，整流濾波電路的輸出電壓會(huì)隨著電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而波動(dòng)，隨著負(fù)載電阻的變化而變化。為了獲得穩(wěn)定性好的直流電壓，必須采取穩(wěn)壓措施。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4610.4.1電路組成由穩(wěn)壓二極管DZ和限流電阻R所組成的穩(wěn)壓電路是一種最簡(jiǎn)單的直流穩(wěn)壓電源，如圖10.4.1中虛線(xiàn)框內(nèi)所示。其輸入電壓UI是整流濾波后的電壓，輸出電壓UO就是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ，RL是負(fù)載電阻。圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)47從穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路可得兩個(gè)基本關(guān)系式：（10.4.1）（10.4.2）圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)48圖10.4.2穩(wěn)壓管的伏安特性

從圖10.4.2所示穩(wěn)壓管的伏安特性中可以看出，在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，只要能使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)，即保證穩(wěn)壓管的電流: 輸出電壓UO就基本穩(wěn)定。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4910.4.2穩(wěn)壓原理一、電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)的穩(wěn)壓原理：

當(dāng)電網(wǎng)電壓下降時(shí)，各個(gè)電量的變化與上述過(guò)程相反?？梢?jiàn)，當(dāng)電網(wǎng)電壓變化時(shí)，穩(wěn)壓電路通過(guò)限流電阻R上電壓的變化來(lái)抵消UI的變化即,從而使UO基本不變。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)50二、負(fù)載變化時(shí)的穩(wěn)壓原理：

顯然，在電路中只要能使，就可使IR基本不變，從而保證負(fù)載變化時(shí)輸出電壓基本不變。

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綜上所述，在穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路中，利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過(guò)限流電阻R上電壓或電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，來(lái)達(dá)到穩(wěn)壓目的。限流電阻R是必不可少的元件，它即限制穩(wěn)壓管中的電流使其正常工作，又與穩(wěn)壓管相配合以達(dá)到穩(wěn)壓的目的。一般情況下，在電路中如果有穩(wěn)壓管存在，就必然有與之匹配的限流電阻。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5210.4.3性能指標(biāo)對(duì)于任何穩(wěn)壓電路，均可用穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻Ro來(lái)描述其性能。Sr定義為負(fù)載一定時(shí)穩(wěn)壓電路輸出電壓相對(duì)變化量與其輸入電壓相對(duì)變化量之比，即：（10.4.3）

Sr表明電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)的影響，其值愈小，電網(wǎng)電壓變化時(shí)輸出電壓的變化愈小。式中UI為整流濾波后的直流電壓。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)53

Ro為輸出電阻，是穩(wěn)壓電路輸入電壓一定時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比，即：（10.4.4）

Ro表明負(fù)載電阻對(duì)穩(wěn)壓性能的影響。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)54

在僅考慮變化量時(shí)，圖10.4.1所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的等效電路如圖10.4.3所示，rz為穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻。通常，RL>>rz，且R>>rz，因而：所以穩(wěn)壓系數(shù)：

（10.4.5）根據(jù)10.4.4，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電阻為：（10.4.6）圖10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的交流等效電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5510.4.4電路參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，就是合理地選擇電路元件的有關(guān)參數(shù)。在選擇元件時(shí)，應(yīng)首先知道負(fù)載所要求的輸出電壓UO，負(fù)載電流IL的最小值ILmin和最大值ILmax（或者負(fù)載電阻RL的最大值RLmax和最小值RLmin），輸入電壓UI的波動(dòng)范圍（一般為±10%）。一、穩(wěn)壓電路輸入電壓UI的選擇一般選?。海?0.4.7）UI確定后，就可以根據(jù)此值選擇整流濾波電路的元件參數(shù)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)56二、穩(wěn)壓管的選擇（10.4.8a）（10.4.8b）

穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流IZM的選取應(yīng)留有充分的余量，則還應(yīng)滿(mǎn)足：（10.4.9）

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)57三、限流電阻R的選擇

R的選擇必須滿(mǎn)足：（10.4.10）從圖10.4.1所示電路可以看出：

（10.4.11）

（10.4.12）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)58

當(dāng)電網(wǎng)電壓最低（即UI最低）且負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流最小，可表示為：

由此得出限流電阻的上限值為：（10.4.13）式中：

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)59

當(dāng)電網(wǎng)電壓最高（即UI最高）其負(fù)載電流最小時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流最大，可表示為：由此得出限流電阻的下限值為：（10.4.14）式中：R的阻值一旦確定，根據(jù)它的電流即可算出其功率。

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)60模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)61模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6210.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：輸出電流小，輸出電壓不可調(diào)，因而不能滿(mǎn)足很多場(chǎng)合下的應(yīng)用。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：它以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為基礎(chǔ)，利用晶體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引入深度電壓負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過(guò)改變反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6310.5.1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理一、基本調(diào)整管電路圖10.5.1基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)64（1）在圖10.5.1(a)所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，負(fù)載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差(）。

（2）擴(kuò)大負(fù)載電流的方法是：將穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電流作為晶體管的基極電流，而晶體管的發(fā)射極電流作為負(fù)載電流，電路采用射極輸出形式，如圖10.5.1(b)所示，常見(jiàn)畫(huà)法如圖(c)所示。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)65（3）電路特點(diǎn)：如(b)、(c)圖所示，電路引入了電壓負(fù)反饋，故能夠穩(wěn)定輸出電壓。但它們與一般共集放大電路有著明顯的區(qū)別：其工作電源UI不穩(wěn)定，“輸入信號(hào)”為穩(wěn)定電壓UZ，并且要求輸出電壓UO在UI變化或負(fù)載RL變化時(shí)基本不變。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)66（4）穩(wěn)壓原理：當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起UI增大，或負(fù)載電阻RL增大時(shí)，輸出電壓UO將隨之增大，即晶體管發(fā)射極電位UE升高；穩(wěn)壓管端電壓不變，即晶體管基極電位UB不變；故晶體管UBE（=UB-UE）減小，導(dǎo)致IB（IE）減小，從而使UO減小；因此可以保證UO基本不變。當(dāng)UI減小或負(fù)載電阻RL減小時(shí)，變化與上述過(guò)程相反?？梢?jiàn)，晶體管的調(diào)節(jié)作用使UO基本穩(wěn)定，所以稱(chēng)晶體管為調(diào)整管，稱(chēng)圖(b)、(c)所示電路為基本調(diào)整管電路。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)67（5）幾個(gè)參數(shù)：根據(jù)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出電流的分析可知，晶體管基極的最大電流為（）， 因而圖(b)所示最大負(fù)載電流為：這也就大大提高了負(fù)載電流的調(diào)節(jié)范圍。輸出電壓為：（10.5.2）（10.5.1）

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)68（6）從上述過(guò)程可知，要想使調(diào)整管起到調(diào)整作用，必須使之工作在放大狀態(tài)，因此其管壓降應(yīng)大于飽和管壓降UCES；換言之，電路應(yīng)滿(mǎn)足的條件。由于調(diào)整管與負(fù)載相串聯(lián)，故稱(chēng)這類(lèi)電路為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源；由于調(diào)整管工作在線(xiàn)性區(qū)，故稱(chēng)這類(lèi)電路為線(xiàn)性穩(wěn)壓電源。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)69二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源前言：式（10.5.2）表明基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的輸出電壓仍然不可調(diào)，且輸出電壓將因UBE的變化而變化，穩(wěn)定性較差。為了使輸出電壓可調(diào)，也為了加深電壓負(fù)反饋以提高輸出電壓的穩(wěn)定性，通常在基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上引入放大環(huán)節(jié)。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)701.電路構(gòu)成下圖即為具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。圖10.5.2具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)71

運(yùn)放A為同相比例運(yùn)算電路，輸入電壓為穩(wěn)定電壓UZ，其比例系數(shù)可調(diào)，則其輸出電壓可調(diào)；同時(shí)，為了擴(kuò)大輸出電流，集成運(yùn)放輸出端加晶體管，并保持射極輸出形式，就構(gòu)成具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，如圖10.5.2(a)所示。則輸出電壓為：（10.5.3）

由于集成運(yùn)放開(kāi)環(huán)差模增益可達(dá)80dB以上，電路引入深度電壓負(fù)反饋，輸出電阻趨于零，因而輸出電壓相當(dāng)穩(wěn)定。圖(b)所示為電路的常見(jiàn)畫(huà)法。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)72在圖(b)所示的電路中，晶體管T為調(diào)整管，電阻R與穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成基準(zhǔn)電路，電阻R1、R2和R3為輸出電壓的采樣電路，集成運(yùn)放作為比較放大環(huán)節(jié)，如圖中所標(biāo)。調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、采樣電路和比較放大電路是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)732.穩(wěn)壓原理當(dāng)由于某種原因（如電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電阻的變化等）使輸出電壓UO升高（降低）時(shí)，采樣電路將這一變化趨勢(shì)送到運(yùn)放A的反相輸入端，并與同相輸入端電位UZ比較，結(jié)果凈輸入量減少（增加），則A的輸出電壓，即調(diào)整管的基極電位降低（升高）；因?yàn)殡娐凡捎蒙錁O輸出形式（即共集組態(tài)），所以輸出電壓UO必然降低（升高），從而使UO

得到穩(wěn)定。其過(guò)程簡(jiǎn)述如下：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)74或可見(jiàn)，電路是靠引入深度電壓負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定輸出電壓的。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)753.輸出電壓的可調(diào)范圍

運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)，根據(jù)“虛短”的概念， 。所以，當(dāng)電位器R2的滑動(dòng)端在最上端時(shí)，輸出電壓最小，為：（10.5.4）當(dāng)電位器R2的滑動(dòng)端在最下端時(shí)，輸出電壓最大，為：（10.5.5）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)764.調(diào)整管的選擇（1）前言：在串聯(lián)穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管是核心元件，它的安全工作是電路正常工作的保證。調(diào)整管常為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功放管相同，主要考慮其極限參數(shù)ICM、U(BR)CEO和PCM。調(diào)整管極限參數(shù)的確定，必須考慮到輸入電壓UI由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)而產(chǎn)生的變化，以及輸出電壓的調(diào)節(jié)和負(fù)載電流的變化所產(chǎn)生的影響。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)77

（2）參數(shù)的選擇：①?gòu)膱D10.5.2(b)所示電路可知，調(diào)整管T的發(fā)射極電流IE等于采樣電阻