整流濾波電路的設(shè)計(jì)

整流濾波電路電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高,一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。本章討論如何把交流電源變換為直流穩(wěn)壓電源。一般直流電源由如下部分組成:整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。濾波電路將脈動(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)壓電路采用負(fù)反饋技術(shù)，對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定。直流電源的方框圖如圖15.01所示。濾負(fù)流波載工頻交流 脈動(dòng)直流 直流<w\圖濾負(fù)流波載工頻交流 脈動(dòng)直流 直流<w\圖15.01整流濾波方框圖單相整流電路15.1.1單相橋式整流電路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，如圖15.02(a)所示。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關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖15.02(a)的電路圖可知：當(dāng)正半周時(shí)，二極管D、D導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。13當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D、D導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。24

在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖15.02(b)。參數(shù)計(jì)算根據(jù)圖15.02(b)可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓，通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為]4710兀fD.EVi000V1ao□+d4(a]4710兀fD.EVi000V1ao□+d4(a)橋式整流電路(b)波形圖圖15.02圖15.02單相橋式整流電路動(dòng)畫15-1）（動(dòng)畫15-2）流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓流過負(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。脈動(dòng)系數(shù)S定義為二次諧波的幅值與平均值的比值。比=妙（￡- cos4￡y/+1比=妙（￡- cos4￡y/+1劉3）單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系該曲線如圖15.03所示，曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。圖15.03單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線15.1.2單相半波整流電路

單相整流電路除橋式整流電路外還有單相半波和單相全波兩種形式。單相半波整流電路如圖15.04(a)所示，波形圖如圖15.04(b)所示。根據(jù)圖15.04可知，輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為流過負(fù)載和二極管的平均電流為(a)電路圖 (b)波形圖圖15.04單相半波整流電路二極管所承受的最大反向電壓15.1.3單相全波整流電路單相全波整流電路如圖15.05(a)所示，波形圖如圖15.05(b)所示。

(a)電路圖(b)(a)電路圖(b)波形圖圖15.05單相全波整流電路根據(jù)圖15.05(b)可知，全波整流電路的輸出電壓與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為流過負(fù)載的平均電流為耳」_272^_0.9^二極管所承受的最大反向電壓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。A込/空—〒371/7T3單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣功率容量條件下，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關(guān)運(yùn)用的。整流電路既有交流量，又有直流量，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。濾波電路15.2.1電容濾波電路濾波的基本概念濾波電路利用電抗性元件對(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。電容濾波電路現(xiàn)以單相橋式整流電容濾波電路為例來說明。電容濾波電路如圖15.06所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。圖15.06電容濾波電路濾波原理若V處于正半周，二極管D、D導(dǎo)通，變壓器次端電壓V給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v上，所以輸出波形同v，是正弦波。$22當(dāng)v到達(dá)et=^/2時(shí)，開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)2律向負(fù)載R放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過?t二兀/2時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過et二兀/2時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過①七二兀/2后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。所以在t到t時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，C充電，V=V按正弦規(guī)律變化;23iot到t時(shí)刻二極管關(guān)斷，V=V按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RC。電容濾波12ioL過程見圖15.07。圖15.07電容濾波電路波形需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RC增加時(shí)，t點(diǎn)要右移，t點(diǎn)要左移，二L12極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小；反之，RC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然。當(dāng)RLL

很小，即I很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖18.05濾波曲線中的2。反之，L當(dāng)R很大，即I很小時(shí)，盡管C較小，RC仍很大，電容濾波的效果也很好，見LLL濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。15-3)(動(dòng)畫15-4)15-3)(動(dòng)畫15-4)圖15.08電容濾波的效果(動(dòng)畫問題：有C無R即空載，此時(shí)V=V二?L CO電容濾波電路參數(shù)的計(jì)算電容濾波電路的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱，一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即心4丄Tt另一種是在RC=(35) 的條件下，近似認(rèn)為V=1.2V。L 2 O 2%=譏=孤C=O?7o=0.眶Td=^C>p~5)|%小碼外特性整流濾波電路中，輸出直流電壓V隨負(fù)載電流I的變化關(guān)系曲線如圖15.09OO所示。

名稱V（空載）OV（帶載）O二極管反向最大電壓每管平均電流半波整流0如眄IO全波整流、電容濾波1.2V*22怎％0.5IO橋式整流、電容濾波1.2V*20.5IO橋式整流、電感濾波0.9V20.5IO*使用條件：電感濾波電路利用儲(chǔ)能元件電感器L的電流不能突變的性質(zhì)，把電感L與整流電路的負(fù)載R相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。L橋式整流電感濾波電路如圖15.10所示。電感濾波的波形圖如圖15.11所示。當(dāng)v正2半周時(shí)，D、D導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，電感中的電流將更換經(jīng)由D、1322D提供。因橋式電路的對(duì)稱性和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管D、D;D、D的導(dǎo)電角41324都是180°。

圖15.10電感濾波電路47T371圖15.10電感濾波電路47T371■47T71. 2圖15.11電感濾波電路波形圖（動(dòng)畫15-5）整流濾波電路的輸出直流電壓與電網(wǎng)電壓和負(fù)載電流有關(guān)。當(dāng)V2和I。變化時(shí)，輸出電壓V。也將跟隨變化，為了克服這種影響，在整流濾波后面還需要增加穩(wěn)壓電路。整建德冰翅略的計(jì)算某電子設(shè)備要求直流電壓整建德冰翅略的計(jì)算某電子設(shè)備要求直流電壓Kl=3QV＞直流電流九工20伽心現(xiàn)擬用二機(jī)管橋式整流、電容濾波電路供電“選擇整流二奴管型號(hào)、濾波電容的容量及耐壓。目的：鐮習(xí)選擇整流濾波電路的參數(shù)，了解計(jì)算中應(yīng)該考慮到的一些問題"解；(1)選擇整流二機(jī)管對(duì)橋式整流電路，流過整流二斑管的電流￡為貢載電流九的一半，即4)=(2—3)y/L=300mA+當(dāng)有電容濾渡時(shí)，一般F嚴(yán)(0?97.4｝氐，在i?Lf=(3~5)j時(shí)近似取吃討衛(wèi)◎，故變壓器副邊有效植為：嶺壬吒兒"3的兒2=25九二機(jī)管承受的最大反向電壓為嶺翔mQXQ菽25X35Y“因此，可以選用2CP11型二斑管，其爺大整流電流30加乩爺大反向工作電壓為50肥(2)選擇濾渡電容來用電容濾波時(shí)，榆出電壓的平滑程度與就電時(shí)間常數(shù)此左有關(guān)，一般當(dāng)扯CA(3-5｝時(shí)，可以得到比較滿意的結(jié)利取肌坨「按據(jù)已知條件，直流貢載電阻為只「￥訂扎工30V/20(hnA=150D一般交流電源的頻率為50Hz,則T=(l/50)s=Q.02s電容的耐壓應(yīng)大于電容上可能出現(xiàn)的最大電壓(負(fù)載開路時(shí)的電壓〕，即^m=V2F2=V2x25V=35V故可選取470筒，耐壓5輿的電解電容。第十六章穩(wěn)壓電路16.1穩(wěn)壓電路概述

16.1.1引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因理想的穩(wěn)壓電路輸出電阻Ro=0,則Vo與負(fù)載Rl無關(guān)，為了降低Ro,穩(wěn)定Vo,o o L o o高質(zhì)量的穩(wěn)壓電路必須采用深度電壓負(fù)反饋以改善電路性能。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，參見圖16.01。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。即圖16.01穩(wěn)壓電源方框圖整濟(jì)婕液屯圖16.01穩(wěn)壓電源方框圖整濟(jì)婕液屯is16.1.2穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。AV和AI引起的AVI O O可用下式表示。4$対魯昭+獸陋二屛昭+應(yīng)肆婦穩(wěn)壓系數(shù)Sr穩(wěn)壓系數(shù)的定義為（2）電壓調(diào)整率S電壓調(diào)整率是特指AV/V廠土10%時(shí)的?。（3）輸出電阻Roo（4）電流調(diào)整率SI電流調(diào)整率S」勺定義是當(dāng)輸出電流從零變化到最大額定值時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化值。廠（5）紋波抑制比SripripS定義為輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓交流紋波峰峰值之比的~rip分貝數(shù)。"op-p（6）輸出電壓的溫度系數(shù)ST如果考慮溫度對(duì)輸出電壓的影響,則輸出電壓是輸入電壓、負(fù)載電流和溫度的函數(shù)。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路16.2.1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16.02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。圖16.02硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路當(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知TOC\o"1-5"\h\z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VRI O Z Z R R增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：V Vcf-v 打f-/f-v VcII O Z Z R R O這里VO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓V］的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。(2)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)如何穩(wěn)壓負(fù)載電流IO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。IZO R R ZO Z Z的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓=VO增加。這一穩(wěn)壓過程可概括如下：R R O16.2.2穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(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的阻值大小有關(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。穩(wěn)壓電阻R的作用是將穩(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ZR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V］值，損耗就要加大。穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下。(1)當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZi，由此計(jì)算出來穩(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Zmin"■ZULlfL"(2)當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過IZ ，由此可計(jì)算出來穩(wěn)壓電阻的最小值。即Zmax

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規(guī)定值，否則會(huì)造成損壞！16.2.3基準(zhǔn)源基準(zhǔn)源一般是指擊穿電壓十分穩(wěn)定，電壓溫度系數(shù)經(jīng)過補(bǔ)償了的穩(wěn)壓二極管?；鶞?zhǔn)源也稱為參考源。這種穩(wěn)壓二極管采用一種埋層工藝，穩(wěn)壓性能優(yōu)良，有的還加有溫度控制電路，使其溫度系數(shù)可小到幾個(gè)10-6/r。典型的基準(zhǔn)源見下表?；鶞?zhǔn)源型號(hào) 穩(wěn)定電壓(V) 工作電流(mA)電壓溫度系數(shù)(10-7°C)MC14032.5±1%1.210?100LM136/236/3362.510305.01030TL4312.5?360.4?10050LM3999±6.95+5%5AD2710K/L10.000±1mV102/1MAX6764.096±0.01%516775.000±0.01%5167810.000±0.01%51穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的計(jì)算試為某負(fù)載設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定電壓為rL=i2v的直流穩(wěn)壓電源，設(shè)負(fù)載電流的變化范圍為4=0-5mA,電網(wǎng)電壓有土10%的波動(dòng)。

解：由于負(fù)載要求的穩(wěn)定電壓不需要調(diào)節(jié)，而負(fù)載電流的變化范圍又不大，故可采用圖示的硅穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電源供電.下面說明選擇此穩(wěn)壓電路奏數(shù)的方法?(1)選穩(wěn)壓管D?穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓通常按等于輸出電壓人來選擇，而穩(wěn)定電流的選擇則應(yīng)考慮當(dāng)負(fù)載開路時(shí)，全部電流都要流過穩(wěn)壓管，以及電源電壓升高也會(huì)使流過管子的電流增加情況。'般取A：max>2/bnax，由于本例中>t=12V,4max=5mA,所以選穩(wěn)壓管2CW5,其穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電流A=5mA,最大穩(wěn)定電流^Zmax=20mAe確定穩(wěn)壓電路的輸入電壓人在負(fù)載電壓人一定的情況下，輸入電壓樸越大，限流電阻斤的阻值也越大，這有利于提高電路的穩(wěn)壓精度，但對(duì)整流濾波電路的要求就會(huì)過高，故^=(2-3)>i=(2-3)xl2V=30V確定限流電阻當(dāng)輸入電壓上升10%,為最大輸入電壓^max,負(fù)載電流為0(心=8)時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流應(yīng)小于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流/加x，即氣玉切叫，得R>Klma；~Kl=1--^kQ=1.05kQ7Zmax去電網(wǎng)電壓下降10%或?yàn)楫a(chǎn)小值仏,而且負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓管電流益小，應(yīng)大于穗■壓管穩(wěn)定電流S即$帕“亠吒0.9x30-12血十丘叫5+58=1.53$帕“亠吒0.9x30-12血十丘叫5+58=1.53W=L2kQt限流電阻用的額定功率

?(心呼$=(鮎3｝葺；；器匚7理所以，丘的功李取1也線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源穩(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)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源工作電流較大，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。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是損耗較大、效率低。16.3.1線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(1)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理可以用圖16.03加以說明。圖16.03圖16.03串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖顯然，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OIR I R消了VI增加對(duì)輸出電壓的影響。若負(fù)載電流I增加，R受控制而減小，使VR減小，從而在I L R一定程度上抵消了因IL增加(或VI減小)對(duì)輸出電壓的影響。在實(shí)際電路中，可變電阻R是用一個(gè)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VCE，VCE相當(dāng)于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負(fù)反饋電路的模式來CECE R構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖16.04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。圖16.04串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖圖16.04串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖伽1A+-(2)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理根據(jù)圖16.04，分兩種情況來加以討論。1．輸入電壓變化，負(fù)載電流保持不變輸入電壓V［的增加，必然會(huì)使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經(jīng)過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)△V。誤差信號(hào)經(jīng)放大后，用VO1去控制F REF O1調(diào)整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。CEV—V—V—V—V—VII O F O1 CE O2．負(fù)載電流變化，輸入電壓保持不變負(fù)載電流IL的增加，必然會(huì)使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓VO必然有所下降，經(jīng)過取樣電路取出一部分信號(hào)VF與基準(zhǔn)電壓源VREF比較，獲得的誤差信號(hào)△V。經(jīng)放大后使F REFVO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因I增加使輸入電壓減小的影響。O1 CE LI一V—V—V—V一V—VtL I O F O1 CE O根據(jù)圖16.04可知V"V V=V(R''+R)/(R+R+R)=nVFREF Fo2 3 1 2 3o其中n為取樣系數(shù)，n=(R''+R)/(R+R+R)23123所以， V/nVo=REF調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。（動(dòng)畫16-1）（動(dòng)畫16-2）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)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對(duì)穩(wěn)壓電源的短路進(jìn)行保護(hù)。過載也會(huì)造成損壞。保護(hù)的方法有反饋保護(hù)型和溫度保護(hù)型兩種。反饋保護(hù)型又分截流型和限流型兩種，它們的保護(hù)特性如圖16.05和圖16.06所示。溫度保護(hù)型是利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器，當(dāng)溫度超標(biāo)時(shí)，啟動(dòng)保護(hù)電路工作，工作原理與反饋保護(hù)型相同。圖16.05圖16.05截流型特性圖16.06限流型特性截流型是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過保護(hù)電路使調(diào)整管截止，從而限制了短路電流，使之接近為零。截流特性如圖16.05所示。限流型是當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，通過電路中取樣電阻的反饋?zhàn)饔?，使輸出電流得以限制。限流特性如圖16.06所示。三端集成穩(wěn)壓器(1)概述將線性串聯(lián)穩(wěn)壓電源和各種保護(hù)電路集成在一起就得到了集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)外引線：輸入端、輸出端和公共端。它的電路符號(hào)如圖16.07所示，外形如圖16.08所示。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，要查手冊確定。圖16.07集成穩(wěn)壓器符號(hào)圖圖16.07集成穩(wěn)壓器符號(hào)圖16.08外形圖(2)線性三端集成穩(wěn)壓器的分類三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW78--/CW78M--/CW78L--三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW79--/CW79M--/CW79L--三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW117--/CW117M--/CW117L--CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國標(biāo)型號(hào)為CW137--/CW137M--/CW137L--CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L--三端低壓差集成穩(wěn)壓器大電流三端集成穩(wěn)壓器以上1——為軍品級(jí)；2——為工業(yè)品級(jí)；3——為民品級(jí)。軍品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55°C?150°C；工業(yè)品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25C?150°C；民品級(jí)多為塑料封裝，工作溫度范圍0C?125C。應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖16.09所示,三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖16.10所示。%32Rp\y~JA1^2400O.lkLFT^26屮FC1%32Rp\y~JA1^2400O.lkLFT^26屮FC1T0-33klF3176*0.17800圖16.09三端固定輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路圖16.10三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器應(yīng)用電路可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調(diào)節(jié)。心=%+竽禺+也"少(1+善)利用三端集成穩(wěn)壓器組成恒流源三端集成穩(wěn)壓器可做恒流源使用，電路如圖16.11所示。

圖16.11穩(wěn)壓器作恒流源串聯(lián)型穗壓翅路的計(jì)算-實(shí)用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電諫如圖所示，要求：(D簡述電路的主要組成環(huán)節(jié)及其作用，并分析當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，輸出電壓％知何穩(wěn)定”圖16.11穩(wěn)壓器作恒流源串聯(lián)型穗壓翅路的計(jì)算-實(shí)用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電諫如圖所示，要求：(D簡述電路的主要組成環(huán)節(jié)及其作用，并分析當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，輸出電壓％知何穩(wěn)定”⑶婁曲?20￥時(shí),估算圖中葉必，臉以及電壓片?用ei的值”解：串聯(lián)穩(wěn)壓電源與產(chǎn)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電諌相比較，可以輸出比較大的電流，而且榆出電壓可調(diào),穩(wěn)壓性能也更好.值”⑴恥弧島組成取樣環(huán)節(jié)，它取出輸由電壓的一部分作為取樣信號(hào)，送到T"丁4組成的比較放大環(huán)節(jié)T］的基釵“比較放大的輸入信號(hào)則是取樣電壓人和穩(wěn)壓管提供的基準(zhǔn)電壓阮之差，經(jīng)救大后輸出給由T—心組咸的調(diào)整環(huán)節(jié)，作為控制信號(hào)來調(diào)節(jié)調(diào)整管兩端的電壓V^a,以達(dá)到自動(dòng)穩(wěn)壓的目的.當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，卩」—卩Jf卅f昨1f兇Elff該電路采用貽調(diào)整管，0大,電壓調(diào)整作用強(qiáng)”

差分敖大器比單管敖大器的零點(diǎn)漂移小”集電極電阻佻接在穩(wěn)定的輔助電諌和上，般電網(wǎng)電壓渡動(dòng)對(duì)輸出電壓的影響也丸丸減小”⑵輸出電壓的最大值和最小值“+Jl+^j)社十和十的R乎⑷十葉十的）⑵輸出電壓的最大值和最小值“+Jl+^j)社十和十的R乎⑷十葉十的）⑶S20V時(shí)，由電路可貢看出嶺瑤二12Y;嶺-fBE2+(0J+0J+20)V=21.4V;臨-^+^-(8+20)V-28Vt橋式整流電客濾渡F5?1.2f$-1.2^5V-3的，于是F5ei-^-P￡-(30-20)-10V#16.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源為解決線性穩(wěn)壓電源功耗較大的缺點(diǎn)，研制了開關(guān)型穩(wěn)壓電源。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率可達(dá)90%以上，造價(jià)低，體積小。現(xiàn)在開關(guān)型穩(wěn)壓電源已經(jīng)比較成熟，廣泛應(yīng)用于各種電子電路之中。開關(guān)型穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是紋波較大，用于小信號(hào)放大電路時(shí)，還應(yīng)采用第二級(jí)穩(wěn)壓措施。16.4.1開關(guān)型穩(wěn)壓電路的工作原理開關(guān)型穩(wěn)壓電源的原理可用圖16.13的電路加以說明。它由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。圖16.13開關(guān)型穩(wěn)壓電源原理圖三角波發(fā)生器通過比較器產(chǎn)生一個(gè)方波v，去控制調(diào)整管的通斷。當(dāng)調(diào)整管B導(dǎo)通時(shí)，向電感充電。當(dāng)調(diào)整管截止時(shí)，必須給電感中的電流提供一個(gè)泄放通路。續(xù)流二極管D即可起到這個(gè)作用，有利于保護(hù)調(diào)整管。根據(jù)電路圖的接線，當(dāng)三角波的幅度小于比較放大器的輸出時(shí)，比較器輸出高電平，（輸出波形中電位水平高于高電平最小值的部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波存在的部分）。對(duì)應(yīng)調(diào)整管的導(dǎo)通時(shí)間為t；反之為低電平，（輸出波形中電位水平低于低電平最大值的on部分，對(duì)方波而言，相當(dāng)方波不存在的部分）。對(duì)應(yīng)調(diào)整管的截止時(shí)間為t。 off為了穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)按電壓負(fù)反饋方式引入反饋，以確定基準(zhǔn)源和比較放大器的連線。設(shè)輸出電壓增加，F(xiàn)V增加，比較放大器的輸出V減小，比較器方OF波輸出t增加，調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓下降。起到了穩(wěn)壓作用。off各點(diǎn)波形見圖16.14。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i為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓。L忽略電感的直流電阻，輸出電壓V即為v的平均分量。于是有OE*-吩）如+杯-血航q稱為占空比，方波高電平的時(shí)間占整個(gè)周期的百分比。在輸入電壓一定時(shí),輸出電壓與占空比成正比，可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比）來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調(diào)制（PWM）。

圖16.14圖16.14開關(guān)電源波形圖由以上分析可以得出如下結(jié)論：調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器;可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；在許多場合可以省去電源變壓器；由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波電感的體積可大大減小。16.4.2集成開關(guān)型穩(wěn)壓器(1)開關(guān)穩(wěn)壓電源概述集成開關(guān)穩(wěn)壓器，一般有兩大類型。一類是包括調(diào)整管在內(nèi)的集成開關(guān)穩(wěn)壓器;另一類稱為開關(guān)電源控制器，它不包括調(diào)整管。開關(guān)電源控制器實(shí)際上就是一個(gè)脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器，經(jīng)常也用于其它脈寬調(diào)制場合。典型的開關(guān)電源控制器和開關(guān)電源見下表。型號(hào) 電源范圍/V最大輸出電流/A內(nèi)部參考源/V 輸出級(jí)形式TL4947?400.2TL4947?400.2推挽SG35248?350.15推挽SG35258?350.55推挽LM25753.5?3511.23表中前三個(gè)是開關(guān)電源控制器，后一個(gè)是單片開關(guān)電源穩(wěn)壓器。(2)開關(guān)穩(wěn)壓電源控制器SG3524利用開關(guān)電源控制器可以方便地構(gòu)成開關(guān)電源。SG3524是一個(gè)典型的性能優(yōu)良的開關(guān)電源控制器，其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)框圖如圖16.15所示。它的內(nèi)部包括誤差放大器、限流保護(hù)環(huán)節(jié)、比較器、振蕩器、觸發(fā)器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環(huán)節(jié)。圖16.15SG3524的內(nèi)部方框圖SG3524構(gòu)成開關(guān)穩(wěn)壓電源的典型電路如圖16.16所示。3524從11和14腳輸出在時(shí)間上互相錯(cuò)開的兩路控制信號(hào)，其開關(guān)頻率由6和7腳外接的R和C52決定。1和2腳是內(nèi)部運(yùn)算放大器的輸入端，R和R構(gòu)成反饋回路。16腳是基準(zhǔn)12源，由R和R給誤差運(yùn)算放大器提供一個(gè)與反饋信號(hào)比較的給定電壓。V和V3 4 3 4是或非門的輸出，只要或非門的輸入端有高電平，它的輸出即為低電平。V和3V的輸出由V、CP、Q或?決定。因Q和?只能有一個(gè)是高電平，T和T不可4 2 2 1能同時(shí)導(dǎo)通。T和T只能按推挽方式工作，輪流交替導(dǎo)通。12

I:12PILND丘9ft]NSG叫EF eJI:12PILND丘9ft]NSG叫EF eJ000】PF2曲5V,5AHI—]O.OlPF圖16.16開關(guān)穩(wěn)壓電源應(yīng)用電路SG3524電路控制過程的波形如圖16.17所示。鋸齒波由振蕩器提供，V是誤差放大器的輸出，它們一起加到比較器上。V是比較器的輸出。振蕩器輸出的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)T2'觸發(fā)器，CP、Q和V的或非是V，決定T的通斷。CP、@和V的或非是V，決定T的2 3 1 2 4 2通斷。由于Q和◎等寬，加上V的存在，所以V和V這兩路信號(hào)之間有一定的2 3 4死區(qū)，以保證T和T管不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通。當(dāng)V降低時(shí)，V加寬，T和T的寬度變121212窄，導(dǎo)通時(shí)間減小。反之，當(dāng)V增加時(shí)，T和T的導(dǎo)通時(shí)間增加。112圖16.17SG3524的波形圖(3)SG3524構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源現(xiàn)在來討論3524構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作原理，原理電路圖如圖16.16所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖16.15所示。設(shè)負(fù)載電流加大，V下降，反饋電壓減小，誤差放大器的輸出V增加，T和I?的導(dǎo)通時(shí)間增加，輸出電壓V增加。反之，當(dāng)V增加時(shí)，反饋電壓增加，，V輸2出減小，T和T的導(dǎo)通時(shí)間減小，輸出電壓Vo 1 1 2 o減小。當(dāng)三極管的電流過大時(shí)，電阻R上的壓降增加到使限流運(yùn)算放大器的輸9出為低，即V在大大下降，使T和T關(guān)斷。SG3524的10腳也有保護(hù)功能，當(dāng)11210腳加高電平時(shí)，可以強(qiáng)迫V下降，T和T關(guān)斷。10腳與4腳可實(shí)現(xiàn)雙重保護(hù)。112由于SG3524可在較高的頻率下工作，T和T應(yīng)選用高頻開關(guān)管。變壓器應(yīng)采用高頻變壓器，濾波電感和濾波電容都可以選用較小的數(shù)值。第十七章功率放大電路17.1概述功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使輸出信號(hào)電壓大；輸出信號(hào)電流大；放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。電壓放大器一般工作在甲類，三極管360°導(dǎo)電，其輸出功率由功率三角形確定。甲類放大的效率不高，理論上不超過25%。（調(diào)圖03.15）功率放大電路必須考慮效率問題。為了降低靜態(tài)時(shí)的工作電流，三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。此時(shí)雖降低了靜態(tài)工作電流，但又產(chǎn)生了失真問題。如果不能解決乙類狀態(tài)下的失真問題，乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中就不能采用。推挽電路和互補(bǔ)對(duì)稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問題乙類互補(bǔ)功率放大電路17.2.1三極管的工作狀態(tài)三極管根據(jù)導(dǎo)通時(shí)間可分為如下四個(gè)狀態(tài)，如圖17.01所示。

ocpx甲類，三板管託臚導(dǎo)電丙類，三ocpx甲類，三板管託臚導(dǎo)電丙類，三極管導(dǎo)電小于ot乙奘三極管擁『導(dǎo)包甲乙莞三極管導(dǎo)電天T130■小于360圖17.01三極管的四種工作狀態(tài)乙類互補(bǔ)功率放大電路的工作原理1）電路組成乙類互補(bǔ)功率放大電路如圖17.02所示。它由一對(duì)NPN、PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成。這種電路也稱為OCL互補(bǔ)功率放大電路。圖17.02乙類互補(bǔ)功率放大電路

工作原理當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)NPN型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載R，按圖中方向由上到下，與假設(shè)正方向相同。L當(dāng)輸入信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)PNP型三極管導(dǎo)電，有電流通過負(fù)載R，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。L于是兩個(gè)三極管一個(gè)正半周、一個(gè)負(fù)半周輪流導(dǎo)電，在負(fù)載上將正半周和負(fù)半周合成在一起，得到一個(gè)完整的不失真波形。如圖17.03(a)所示。(a)波形圖((a)波形圖(動(dòng)畫17-1)(b)交越失真(動(dòng)畫17-2)圖17.03乙類互補(bǔ)功率放大電路波形的合成嚴(yán)格說，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此在正、負(fù)半周交替過零處會(huì)出現(xiàn)一些非線性失真，這個(gè)失真稱為交越失真如圖17.03所示。為解決交越失真，可給三極管稍稍加一點(diǎn)偏置，使之工作在甲乙類。此時(shí)的互補(bǔ)功率放大電路如圖17.04所示。(a)利用二極管提供偏置電壓(b)(a)利用二極管提供偏置電壓(b)利用三極管恒壓源提供偏置圖(a)T,T基級(jí)之間的電壓V=V*(R+R)/R。圖(b)V=V+V，一般設(shè)置在1.1伏左右。23BBBE122BBD1D23）參數(shù)計(jì)算1．最大不失真輸出功率Pomax設(shè)互補(bǔ)功率放大電路為乙類工作狀態(tài)，輸入為正弦波。忽略三極管的飽和壓降，負(fù)載上的最大不失真功率為2．電源功率PV直流電源提供的功率為半個(gè)正弦波的平均功率，信號(hào)越大，電流越大，電源功率也越大。顯然P近似與電源電壓的平方成比例。V3．三極管的管耗 PT電源輸入的直流功率，有一部分通過三極管轉(zhuǎn)換為輸出功率，剩余的部分則消耗在三極管上，形成三極管的管耗。顯然將P畫成曲線，如圖17.05所示。顯然，管耗與輸出幅度有關(guān)，顯然管耗T與輸出幅度有關(guān)，圖17.05中畫陰影線的部分即代表管耗，P與V成非線性關(guān)Tom系，有一個(gè)最大值。可用P對(duì)V求導(dǎo)的辦法找出這個(gè)最大值。P發(fā)生在V=0.64V處，將V=0.64V代入P表達(dá)式，可得P為om CC om CC T Tmax對(duì)一只三極管圖17.05乙類互補(bǔ)功率放大電路的管耗4.效率q當(dāng)V二V時(shí)效率最大，q=n/4=78.5%。omCC(4)大功率三極管輸出特性曲線的分區(qū)在大功率三極管的輸出特性中，除了與普通三極管一樣分有放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)外，從使用和安全角度還分有過電流區(qū)、過電壓區(qū)和過損耗區(qū)。它們的位置如圖17.06所示。過電流區(qū)是由最大允許集電極電流確定的，超過此值，8將明顯下降。過電壓區(qū)由c、e間的擊穿電壓V 所決定。(BR)CEO過損耗區(qū)由集電極功耗P所決定。圖17.06三極管的極限工作區(qū)其它類型互補(bǔ)功率放大電路除了雙電源的標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大電路外，還有一些其它類型的互補(bǔ)功率放大電路。17.3.1單電源互補(bǔ)功率放大電路單電源互補(bǔ)功率放大電路如圖17.0