《模擬電子技術(shù)》課件ch7直流穩(wěn)壓電源

模塊7直流穩(wěn)壓電源

7.1整流電路7.2濾波電路7.3線性穩(wěn)壓電路7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電路7.5電池充電電路

7.1.3單相全波整流電路

7.1.1穩(wěn)壓電源的組成及主要技術(shù)指標

7.1.2單相半波整流電路

7.1.4單相橋式整流電路

7.1整流電路1.直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的組成Otu1220

V電源變壓器+u1–Otu2合適的交流電壓整流電路+u2–Otu3單向脈動電壓OtuI濾波穩(wěn)壓電路+uI–RL濾波電路+u3–Otu穩(wěn)壓7.1.1直流穩(wěn)壓電源的組成及主要技術(shù)指標2.直流穩(wěn)壓電源系統(tǒng)的主要技術(shù)指標7.1.1直流穩(wěn)壓電源的組成及主要技術(shù)指標（1）特性指標（2）質(zhì)量指標①穩(wěn)壓系數(shù)γ：②輸出電阻RO:③紋波電壓S：

④溫度系數(shù)ST:7.1.2單相半波整流電路tO23u2tO23uOtO23iD=iOtO23uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–7.1.3

單相全波整流電路工作原理：

變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個相等的電壓u2當u2正半周時，D1導通，D2截止。當u2負半周時，D2導通，D1截止。u1u2aTbD1RLuoD2u2iou1–++–+–+–1.單相全波整流電壓波形u2uouD1t2340uD2u1u2aTbD1RLuoD2u2iou1+–+–+0~：uD2=2u2

2.輸出電壓平均值（Uo）,輸出電流平均值（Io)：Io=Uo/RL=0.9U2/RL

uo20tu1u2aTbD1RLuoD2u2iou1+–+–+

3.二極管上的平均電流及承受的最高反向電壓：二極管上的平均電流：二極管承受的最高反向電壓：uD20tu1u2aTbD1RLuoD2u2iou1+–+–+V3RLV4V2V1u1u2+uoioRLV4V3V2V1+uou2u17.1.4單相橋式整流電路輸入正半周1.工作原理2.波形輸入負半周tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iO+uo3.參數(shù)估算1)

整流輸出電壓平均值2)

二極管平均電流3)

二極管最大反向壓totototo2323Im2233uOu2uDiD=iO4.簡化畫法+uoRLio~+u25.整流橋把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~io+

uo=ucRLV1V4V3V2+u7.2濾波電路7.2.1電容濾波V導通時給C充電，V截止時C向RL

放電；1.電路和工作原理濾波后

uo

的波形變得平緩，平均值提高。電容充電電容放電C2.波形及輸出電壓當RL=時：OtuO2當RL

為有限值時：通常取

UO=1.2U2RC越大UO

越大RL=為獲得良好濾波效果，一般?。?T

為輸入交流電壓的周期)[例7.1]

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=40，要求直流輸出電壓UO=20V，選擇整流二極管及濾波電容。[解]1.選二極管選二極管應(yīng)滿足：IF(23)

ID可選：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或1A、100V

整流橋電流平均值：承受最高反壓：2.選濾波電容可選：

1000F，耐壓50V的電解電容。7.2.2電感濾波RLL~+u2整流后的輸出電壓：直流分量被電感L

短路交流分量主要降在L上電感越大，濾波效果越好7.2.3型濾波L

C1RL~+u2

C2C1、C2

對交流容抗小L對交流感抗很大負載電流小時

復合濾波電路LC、CLCπ型濾波電路適用于負載電流較大，要求輸出電壓脈動較小的場合。在負載較輕時，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRCπ型濾波電路，同樣可以獲得脈動很小的輸出電壓。但電阻對交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負載電流較小的場合。7.2.4倍壓整流電路

uou2u1_+++__TrD1D2C2C1__++圖7-8二倍壓整流電路++圖7-9多倍壓整流電路名稱半波整流全波整流電容濾波橋式整流電容濾波橋式整流電感濾波(空載)(二極管反向最大電壓)

(帶載)

(每管平均電流)

0.45U1

1.2U1

1.2U1

0.9U1

ID

0.5ID

0.5ID

0.5ID表7-1各種整流濾波電路的比較穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓7.3.1并聯(lián)型二極管管穩(wěn)壓電路

7.3線性穩(wěn)壓電路

利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。1.

硅穩(wěn)壓管電路及工作原理0UZ△UZ△IZuDiDIZminIZmaxUoUi

UR

︳(1)當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知

輸入電壓UI的增加，必然引起Uo的增加，即UZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使UR增加，從而使輸出電壓Uo減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

這里Uo減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓UI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使Uo的增加沒有那么大而已。Uo還是要增加一點的，這是一個有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。UI↑→Uo↑→UZ↑→IZ↑→IR↑→UR↑→Uo↓UoUi

UR

︳

負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即UR增加，從而使UZ=Uo減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，UR減小，從而使輸出電壓Uo增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：

IL↑→IR↑→UR↑→UZ↓（Uo↓）→IZ↓→IR↓→UR↓→Uo↑(2)當電網(wǎng)沒有變化，負載變化時的穩(wěn)壓原理

UR

Ui

Uo

2.

電路參數(shù)計算(1)

穩(wěn)壓管型號的確定一般選用穩(wěn)壓管型號要看UZ，IZM

和rZ

。一般選取rZ<Ro,Ro為所要求的輸出電阻(2)

輸入電壓UI的確定一般選取(3)

穩(wěn)壓電阻的計算穩(wěn)壓電阻R的作用:

顯然R的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的UR變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓效果。

但R的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓UI值，損耗就要加大。

穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。

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R也是限流電阻。穩(wěn)壓電阻的計算如下

(1)當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即

(2)當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即UoUi

UR

︳穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使他的功耗超過規(guī)定的值，否則會造成損壞硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點：

這種穩(wěn)壓電路的輸出電壓是不能調(diào)節(jié)的，負載電流變化范圍較小，輸出電阻較大，約幾個歐姆到幾10歐姆，因此穩(wěn)壓性能較差。但其電路結(jié)構(gòu)簡單，負載短路時，穩(wěn)壓管不會損壞。因此僅適用于Uo固定和要求不高的場合。7.3.2

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

Uo=UI-UR，當UI↑→R↑→UR↑→在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流IL↑→R↓→UR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使UI減小，對輸出電壓減小的影響。

串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖1.

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和穩(wěn)壓原理（1）組成UiUo

在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降UCE，UCE相當于UR。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成：調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源。UfUiUUo1UoUiUo（2）工作原理1．輸入電壓變化時實質(zhì)：電壓負反饋負載電流變化時:UI↑→Uo↑→Uf↑→Uo1↓→UCE↑→Uo↓IL↑→UI↓→Uo↓→Uf↓→Uo1↑→UCE↓→Uo↑UfUiUUo1UoUiUo可見，調(diào)節(jié)R2可以改變輸出電壓。根據(jù)“虛短”Uf≈UREF3.

輸出電壓的調(diào)節(jié)UfUiUUo1UoUiUo

例：已知UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUo+_+_UIUB2

輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器（正電壓78、負電壓79

）1.三端集成穩(wěn)壓器概述7.3.3集成穩(wěn)壓器恒流源基準電壓電路調(diào)整電路比較放大減流保護過熱保護啟動電路取樣電路類型(1)W7800系列——穩(wěn)定正電壓

W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+12VW7815輸出+15V(2)W7900系列——穩(wěn)定負電壓

W7905輸出-5VW7909輸出-9VW7912輸出-12VW7915輸出-15V1232.

線性三端集成穩(wěn)壓器的分類

(3)三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW117--/CW117M--/CW117L--CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--(4)三端可調(diào)負輸出集成穩(wěn)壓器，國標型號為CW137--/CW137M--/CW137L---CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L--(5)三端低壓差集成穩(wěn)壓器，CW1930，CW2930，CW3930三個小系列產(chǎn)品，可提供大于150mA的輸出電流。

上述線性三端集成穩(wěn)壓器國標型號數(shù)字后綴--表示輸出電壓的穩(wěn)定值，穩(wěn)壓值前有M的表示輸出電流中等，穩(wěn)壓值前有L30表示輸出電流最小，穩(wěn)壓值前沒有英文字母的表示輸出電流達到安培級為最大。1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端+_W7805UI+_Uo132CI0.1~1FCo1μF+10V+5V注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！3.應(yīng)用電路1端:公共端2端:輸入端3端:輸出端123–+W7905UI–+Uo231CI0.1~1FCo1μF-10V-5V輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路CW7912+C10.1F10μFU1CW7812-U1Uo-Uo0.1F10μFC2C3C4-+輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路如何消除IQ的影響呢？UoCW78XXC1C20.1μF10μFR1R2++--U1123UXXI1I2

CW78XX∞++-C1C20.1μF10μFR1R2++--U1123UoW7805UIUo132CI0.33FC21μFRLRIo利用三端集成穩(wěn)壓器組成恒流源7.4開關(guān)直流穩(wěn)壓電源7.4.1概述A+LC1D-基準電壓三角波發(fā)生器+-調(diào)整管導通時，向電感充電

調(diào)整管截止時，必須給電感中的電流提供一個泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個作用，有利于保護調(diào)整管。

為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，比較放大器的反相輸入端電壓增加，則比較放大器的輸出電壓將減小，比較器方波輸出的增加，調(diào)整管導通時間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。1.工作原理:

由于調(diào)整管發(fā)射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。忽略電感的直流電阻，輸出電壓為:2.工作波形:

uSUFuOiLt1uBUom-UomUF-UD000ttttoffton7.4.2串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路7.4.3并聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路7.4.4

穩(wěn)壓電路的保護措施1．限流型保護電路

限流型保護電路是當發(fā)生短路時，通過電路中取樣電阻的反饋作用，使輸出電流得以限制。當Io較小時在RS上產(chǎn)生的壓降不能使TS導通,TS不起作用

當Io>IOM

(負載短路)時在RS上產(chǎn)生的壓降足以使