模擬電路教學(xué)課件

6.1分立元件穩(wěn)壓電路6.2線性集成穩(wěn)壓電路6.3開關(guān)穩(wěn)壓電源第六章直流穩(wěn)壓電源教學(xué)目標(biāo)：1.熟悉直流穩(wěn)壓電源主要性能指標(biāo)。熟悉并聯(lián)穩(wěn)壓電路組成原理、適用場(chǎng)合和元器件選擇方法，會(huì)分析電路簡(jiǎn)單故障。2.掌握串聯(lián)反饋型分立元件穩(wěn)壓電路組成原理及輸出電壓計(jì)算方法。3.熟悉三端線性集成穩(wěn)壓器，掌握其組成原理及應(yīng)用電路。會(huì)估算輸出電壓，能正確選用集成穩(wěn)壓器及外接元件。4.熟悉三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路，會(huì)估算輸出電壓調(diào)節(jié)范圍，能正確選用元器件。5.了解低壓差集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用。6.了解開關(guān)電源分類、基本原理。返回第六章6.1分立元件穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電源的組成:電源變壓器:將交流電源電壓u1變換為合適的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變換為脈動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電源電壓波動(dòng)及負(fù)載變化的影響，保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。電源變壓器6.1.1直流穩(wěn)壓電源及其主要性能指標(biāo)返回第六章一、整流濾波電路存在的問題1.電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，會(huì)引起輸出直流電壓變化；2.整流濾波電路內(nèi)電阻、負(fù)載變化時(shí)，會(huì)引起輸出電壓變化。二、穩(wěn)壓電路類型1.硅穩(wěn)壓管構(gòu)成的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路（熱穩(wěn)定性較好）；2.用三極管構(gòu)成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路；3.集成穩(wěn)壓電路。4.開關(guān)型穩(wěn)壓電路返回6.1.1三、穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)1.穩(wěn)壓系數(shù)當(dāng)負(fù)載、環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓相對(duì)變化量之比。Sr越小，穩(wěn)壓效果越好。2.輸出電阻當(dāng)電網(wǎng)電壓、環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。RO越小，穩(wěn)定性越好，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。返回6.1.13.溫度系數(shù)電網(wǎng)電壓、負(fù)載不變時(shí)，輸出電壓變化量與溫度變化量之比。ST越小，熱穩(wěn)定性越好。4.最大波紋電壓與紋波抑制比疊加到輸出電壓上的最大波動(dòng)分量（諧波成份的峰值）。用其峰-峰值△UOP-P表示。紋波抑制比：穩(wěn)壓電路輸入紋波電壓峰-峰值與輸出紋波電壓峰-峰值之比。返回6.1.16.1.2并聯(lián)穩(wěn)壓電路的組成及其工作原理一、電路組成

其中：R為限流電阻，防止流過穩(wěn)壓二極管的電流超過極限值而損壞。返回6.1由穩(wěn)壓管反向特性可知，當(dāng)反偏電流滿足上述條件時(shí)，穩(wěn)壓管才具有穩(wěn)壓功能。若反偏電流太大，會(huì)燒壞穩(wěn)壓管，反偏電流太小則不能進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)。穩(wěn)壓二極管正常工作條件：返回6.1.2（或RL）UIUoUZIZIRUR結(jié)論：穩(wěn)壓管起電流控制作用，輸出電壓很小的變化將引起IZ很大的變化，通過限流電阻R的調(diào)壓作用，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。二、工作原理UoUo↓=UI-UR返回6.1.2一、限流電阻的選擇1.當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此計(jì)算出限流電阻的最大值。即6.1.3并聯(lián)穩(wěn)壓電路元器件的選擇返回6.12.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IZmax，由此計(jì)算出限流電阻的最小值。即

因此，限流電阻取值范圍：返回6.1.3一、適用場(chǎng)合缺點(diǎn)：1.帶負(fù)載能力差；2.輸出電壓不可調(diào)；3.輸出電流受穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流限制，調(diào)節(jié)范圍和數(shù)值較小。UZ=UOIZm=（2~3)ILmax二、穩(wěn)壓管DZ的選擇6.1.4并聯(lián)穩(wěn)壓電源適用場(chǎng)合及故障分析當(dāng)一只穩(wěn)壓管穩(wěn)壓值不夠時(shí)，可串聯(lián)多只使用。返回6.1測(cè)量對(duì)地電壓：

Uo=Uz

UI≈（1.1-1.2)U2

→

電路正常；UI=0.9U2→

濾波電容開路；Uo=0.7V→

穩(wěn)壓管極性接反；Uo<0.45U2→

整流橋路一只二極管開路，濾波電容開路。二、故障分析適用：電壓固定，負(fù)載電流小，負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。返回6.1.4一、電路組成6.1.5串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路返回6.11.取樣環(huán)節(jié)由R1、R2組成，從輸出電壓Uo中取出UF電壓，送比較放大器放大。由穩(wěn)壓管VZ、R3組成，UREF為基準(zhǔn)電壓，R3保證流過穩(wěn)壓管的電流不小于Izmin由V2、R4組成，放大取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值，控制調(diào)整管V1的UT電壓。3.比較放大環(huán)節(jié)2.基準(zhǔn)電壓返回6.1.5由V1組成，IB1受比較放大器輸出IC控制。4.調(diào)整環(huán)節(jié)二、工作原理1.輸出電壓返回6.1.5輸出電壓可調(diào)范圍：返回6.1.52.穩(wěn)壓過程UIRLIB2UBE2=（Us-UREF）UsUoUC2IB1IC2UCE1Uo↓=UI-UCE1↑返回6.1.56.2線性集成穩(wěn)壓電路一、分類W7800系列固定輸出正電壓。W7900系列固定輸出負(fù)電壓。輸出電壓規(guī)格有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七種。6.2.1三端固定式線性集成穩(wěn)壓器將穩(wěn)壓電路制作在一塊硅基片上的集成電路，只有三個(gè)引腳,輸入端、輸出端、公共端。命名：W

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X

XX---廠標(biāo)、系列、電流、電壓最大輸出電流1.5~2.2A（加裝散熱器），輸出電壓變化率0.1%~0.2%。二、三端固定式集成穩(wěn)壓器的管腳排列返回第六章6.2.2三端固定式集成穩(wěn)壓器應(yīng)用電路一、固定電壓輸出電路輸出正電壓電路輸出負(fù)電壓電路C1：旁路因輸入導(dǎo)線過長引入的高頻干擾脈沖（減小電路的高頻噪聲）。C2：防止產(chǎn)生自

激振蕩，改善輸出瞬態(tài)特性。VD:

當(dāng)輸入出現(xiàn)短路時(shí)，給C2提供放電回路，防止擊穿穩(wěn)壓器。返回6.2輸出正、負(fù)電壓電路：返回6.2.2二、擴(kuò)大輸出電流的電路三端集成穩(wěn)壓器輸出電流有一定限制（0.1~10A），當(dāng)負(fù)載所需電流大于現(xiàn)有三端穩(wěn)壓器輸出電流時(shí)，可通過外接功率管來擴(kuò)大輸出電流。返回6.2.2V2RS作用：功放管V1短路保護(hù)。負(fù)載正常：IC1RS=UEB2<0.7V

，V2截止。IO=IC1+IOXX負(fù)載過載或短路：IC1RS=UEB2>0.7V→UBE1↓→IC1↑→

V2導(dǎo)通，UCE2=IC1RS+UBE1→UCE2↓

→UEB2↑→IC1↓限制輸出電流增大。擴(kuò)大輸出電流的電路返回6.2.2三、擴(kuò)大輸出電壓的電路Uo=U××+Uz負(fù)載較輕：V1、V2截止，IO≈IOXX，IR=ID+IOXX當(dāng)IO

↑

→

IR

↑

→

UR↑

→

UBE1

↑→V1導(dǎo)通。返回6.2.2串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，功耗大，輸出效率低（只有20％～40％，加裝散熱器后效率可提高到40%~60%）；調(diào)整管管壓降2~8V，輸出電壓小于輸入電壓，且二者極性相同。6.3開關(guān)穩(wěn)壓電源串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓性能好，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。返回第六章開關(guān)式穩(wěn)壓電路分類：按激勵(lì)方式（振蕩方式）分他勵(lì)式開關(guān)穩(wěn)壓電路自勵(lì)式開關(guān)穩(wěn)壓電路混合調(diào)制式（同時(shí)改變脈寬、頻率的調(diào)制方式）脈沖頻率調(diào)制型PFM脈沖寬度調(diào)制型PWM按控制方式分開關(guān)式穩(wěn)壓電路特點(diǎn)：調(diào)整管工作于高頻開關(guān)狀態(tài)（飽和、截止），自身消耗能量低，輸出效率較高（80%~90%），不需加裝散熱器。｛｛返回6.36.3.1開關(guān)穩(wěn)壓電源基本原理一、他勵(lì)式開關(guān)穩(wěn)壓電路（脈寬調(diào)制式）組成返回6.3V：開關(guān)調(diào)整管；LC：濾波電路，使輸出電壓平滑；VD：續(xù)流二極管，為電感元件提供放電回路。

R1、R2：取樣電阻；電壓比較器為滯回比較器，其輸出電壓為開關(guān)調(diào)整管V的基極電壓uB。各部件功能:方波發(fā)生器（由誤差放大器、電壓比較器、鋸齒波發(fā)生器和基準(zhǔn)電壓源組成）：控制開關(guān)管的通斷（又稱脈寬調(diào)制控制環(huán)節(jié)）。返回6.3.1

UI↑→Uo↑→UF>URET→

uA=+Uom

→假設(shè)uT<uA

→二、工作原理→uB=-Uom→V

截止（截止時(shí)間toff）→VD導(dǎo)通→→

L經(jīng)RL、VD釋放存儲(chǔ)的電能→C經(jīng)RL放電→Uo

↓返回6.3.1UI↓→Uo↓→

UF<URET

→uA=-Uom

→若uT>uA

→uB=+Uom→→V飽和（導(dǎo)通時(shí)間ton）→VD截止→Ui

經(jīng)L對(duì)C充電→

Uo↑用取樣電壓UF，控制方波發(fā)生器輸出uB脈寬，通過uB控制調(diào)整管V導(dǎo)通時(shí)間ton和截止時(shí)間toff，控制Uo大小。返回6.3.1輸出電壓平均值與輸入電壓、占空比的關(guān)系：占空比：導(dǎo)通時(shí)間ton與開關(guān)周期Tn之比。當(dāng)Tn一定時(shí)，調(diào)節(jié)ton可控制輸出電壓UO（AV）的大小。UI↑→

Uo

↑→uA

↑→uB

↓→ton↓→UO（AV）↓返回6.3.1本章小結(jié)1.硅穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓二極管與限流電阻組成。其中，穩(wěn)壓二極管必須反偏。限流電阻起限流保護(hù)作用。硅穩(wěn)壓二極管并聯(lián)穩(wěn)壓電源適用于電壓固定、負(fù)載電流小、負(fù)載變化不大的場(chǎng)合。2.穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)主要有：穩(wěn)壓系數(shù)Sγ、輸出電阻Ro、最大紋波電壓ΔUOP-P、溫度系數(shù)ST等。3.串聯(lián)反饋型電源主要由采樣電路、基準(zhǔn)電壓源、比較放大器和調(diào)整管組成。返回第六章5.開關(guān)穩(wěn)壓電源的調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，通過控制開關(guān)調(diào)整管的導(dǎo)通、截止時(shí)間的比例，從而調(diào)節(jié)輸出電壓，因此功耗較小。開關(guān)穩(wěn)壓電源具有效率高、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但存在紋波電壓較大，高頻泄漏大，易對(duì)周圍其他電路造成干擾等缺點(diǎn)。4.三端線性集成穩(wěn)壓器具有穩(wěn)壓性能好、品種多、重量輕、使用方便、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，但效率不高（一般輸入、輸出電壓差大于2~3V時(shí)才能正常工作）。利用三端線性固定集成穩(wěn)壓器和三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器可組成不同的實(shí)用電路。若要提高線性集成穩(wěn)壓器組成電源