直流穩(wěn)壓電源課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)交流電源電源變壓器整流電路10.1

概述直流穩(wěn)壓電源的組成方框圖波形圖O上頁返回下頁OO10

直流穩(wěn)壓電源模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路波形圖O上頁返回下頁OO模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10.2

單相整流及電容濾波電路10.2.1

單相橋式整流電路1.

電路組成a+_uOTr+_u1b+u2_D1上頁返回下頁D2D4D3RL模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.

工作原理u2ωtOωtOωtOiO輸入電壓輸出電壓輸出電流設(shè)(a)(b)

二極管D1~D4性能理想uOTr++RLD1D4+u1–D1iD3D2u2iD2iOab–uO–上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ωuD1

,uD3OωtOiD1

,

iD3u2ωtO輸入電壓二極管D1、D3電流二極管D1、D3電壓Tr++uORLD1D4+u1–D1iD3D2u2iD2iOab––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3.主要性能指標(biāo)(1)

整流輸出直流電壓u2ωtOuOωtO因?yàn)檩敵鲭妷狠敵鲋绷麟妷荷享摲祷叵马撃M電子技術(shù)基礎(chǔ)(2)

輸出電壓紋波因數(shù)γ定義式中Uor

——輸出電壓中各次諧波電壓有效值的總和UO

——輸出電壓的平均值上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)對(duì)于全波整流電路由于上頁返回下頁故模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(3)

整流二極管的正向平均電流(4)

整流二極管的最高反向電壓Tr++uORLD1D4+u1–D1iD3D2u2iD2iOab––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10.2.2

電容濾波電路+_uOTr+_u1+u2_D1D2D4D3RLC上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(1)

當(dāng)C=0時(shí)1.工作原理Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––輸入電壓πu22π

3π 4π

ωtO上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)πu22π

3π 4π

ωtO輸入電壓輸出電壓波形橋式整流電路輸出電壓Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO––uOOπ

2π

3π

4πωt上頁返回下頁輸出電壓波形由于電容器的充電時(shí)間常數(shù)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2)

當(dāng)C≠0、RL=∞時(shí)OOπ

2π

3π

4π

ωtTr+–u1D4+D1D3D2u2+

uuO+C––roπ2π

3π

4πu2ωtO輸入電壓上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(3)

當(dāng)C≠0、RL≠∞時(shí)電容器的充電時(shí)間常數(shù)輸出電壓π2π

3π

4πu2ωtO輸入電壓Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roπO2π

3π

4πωtuO

,

uCuO

=uC

≈

u2上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)π2π

3π

4πu2ωtO輸入電壓Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roOπ

2π

3π

4π輸出電壓ωtuO

,

uC當(dāng)C充電到最高點(diǎn)時(shí)二極管D1、D3將截止

C將通過RL開始放電上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電容器的放電時(shí)間常數(shù)由于τ2較大，放電比較緩慢Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––π2π

3π

4πu2ωtOOπ

2π

3π

4π輸出電壓ωtuO

,

uCro上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)|u2|>uC時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通C又開始充電，直到最大值。π2π

3π

4πu2ωtOTr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roOπ

2π

3π

4π輸出電壓ωtuO

,

uC上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ωtπ2π

3π

4πu2ωtO輸入電壓Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roC放電D截止輸出電壓波形D導(dǎo)通Oπ

2π

3π

4πuO

,uC

C充電上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2．電容濾波電路的外特性及主要參數(shù)估計(jì)(1)

電容濾波電路的外特性0.9U2C=0C小C大Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––iOuOiOO上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)a.

當(dāng)

iO一定時(shí)，

C

越小，UO(AV)越小，紋波越大。b.當(dāng)C

一定時(shí)，i

O

越大,越小。外特性特點(diǎn)結(jié)論： 外特性差電容濾波電路適用于負(fù)載電流比較小或負(fù)載基本不變的場合。0.9U2C=0C大uOiOC小U

O(AVO)上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2)

輸出電壓平均值一般取(3)

輸出電流平均值若≥上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(4)

整流二極管的平均電流(b)

二極管導(dǎo)通時(shí)，有沖擊電流(a)

比無濾波電容時(shí)的平均電流大二極管電流的特點(diǎn)ωtπO2π

3πOωtuCuOiDiD1iD3iD2iD4IDMuCuO流過二極管電流波形電壓波形上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)放電時(shí)間常數(shù)越大，θ越小，沖擊電流越大。(c)

沖擊電流與二極管的導(dǎo)通角θ(θ<π)有關(guān)πO2π

3πωtOωtuCuOiiD1

D3iD2iD4IiDDMuCuO(5)

整流二極管的最高反向電壓上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3．π型濾波電路R+–+C1

C2uIR

uOL+–+L++–C1

C2uIuOL+–+

RLC—π型濾波電路RC—π型濾波電路上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)S1、S2均閉合;S1、S2均分?jǐn)?S1閉合、S2分?jǐn)?S1分?jǐn)唷2閉合。電烙鐵U上頁返回下頁OCD1D3D4S1S2D2+~220V思考題在圖示電烙鐵供電電路中，試分析以下幾種情況各屬于什么供電電路？輸出電壓多高？哪種情況下電烙鐵溫度最低？為什么？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)穩(wěn)壓電路的功能和性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的功能穩(wěn)定輸出直流電壓穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)(1)

穩(wěn)壓系數(shù)10.3

串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2)

電壓調(diào)整率輸出電阻電流調(diào)整率上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(5)

輸出電壓的溫度系數(shù)紋波電壓穩(wěn)壓電路輸出端的交流分量（通常為100Hz）的有效值或幅值。紋波電壓抑制比輸入、輸出電壓中的紋波電壓之比上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10.3.2

串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路的工作原理1．電路組成基準(zhǔn)環(huán)節(jié)比較放大環(huán)節(jié)調(diào)整環(huán)節(jié)取樣環(huán)節(jié)+R+–AUBUREFUIRLTDZRWR2R1UF+UO––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2．穩(wěn)壓原理U

I

↑

(

或R

L

↑

)

→

U

O

↑

→

U

F

↑

→

U

B

↓

→

U

CE

↑+R+–AUBUREFUIRLTDZRWR2R1UF+UO–

–上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3．輸出電壓UI+RRL+-

ATDZRWR2R1UBUFUREF+UO––上頁返回下頁+–模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4．調(diào)整管參數(shù)選取原則(1)ICM≥IOmax(2)

PCM≥(3)≥上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5．限流保護(hù)電路保護(hù)電路R-UO+–T1IB1T2IC2+

URUBIORL比較放大環(huán)節(jié)I上頁返回下頁+–UI模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)正常工作區(qū)IOIOmax電路外特性UO保護(hù)電路R-UO+–T1IB1T2IC2+

URUBIORL比較放大環(huán)節(jié)I+上頁返回下頁–

OUI工作原理當(dāng)IO較小時(shí)，UR<UBE2

,

T2截止，電路正常工作。當(dāng)Io增大,T2導(dǎo)通。IB1減小，限制了Io的增大。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1.電路組成10.3.3

高精度基準(zhǔn)電壓源微電流源溫度補(bǔ)償電路UIRE2T1T2IC1UREFIO+IC2RC2RC1T3+上頁返回下頁––模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.

工作原理圖中由此可得UIRE2T1T2IC1REFIO+IC2RC2RC1T3U+上頁返回下頁––模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)由式 可知上頁返回下頁如果合理地選擇IC1/IC2和RC2/RE2的值，使正溫度系數(shù)的電壓IC2RC2正好補(bǔ)償負(fù)溫度系數(shù)電壓的UBE3，可獲得零溫度系數(shù)的基準(zhǔn)電壓?；鶞?zhǔn)電壓為式中Ug0為硅材料在0K時(shí)禁帶寬度(能帶間隙)的電壓值。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁返回下頁10.3.4

集成三端穩(wěn)壓器電路主要組成部分串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路高精度基準(zhǔn)電壓源過流、過熱保護(hù)等電路主要特點(diǎn)(2)

外接元件少(1)工作可靠(3)

使用方便模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2

31外形圖4.分類固定式三端穩(wěn)壓器按輸出電壓是否可調(diào)可調(diào)式三端穩(wěn)壓器上頁返回下頁外形圖78系列——

輸入端——

公共端——

輸出端79系列——

公共端——

輸入端——

輸出端模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁返回下頁5.固定式集成三端穩(wěn)壓器的型號(hào)78××（輸出正電壓）系列79××（輸出負(fù)電壓）系列×

×

——

輸出電壓的標(biāo)稱值輸出電壓種類5V、6V、9V、12V、15V和24V等模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)LM78××123LM79

××1236.穩(wěn)壓器電路符號(hào)7.固定式三端穩(wěn)壓器的典型接法a.78系列–UOC10.33μF0.1μF100μFLM78

××+UI–132+C

+3C2上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)C1

防止自激振蕩C2

減小高頻干擾C3

減小輸出紋波和低頻干擾b.79系列各電容器的作用I+UO0.33μF

0.1μF100μF

+LM79××+U–132C3C1

C2–上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)a.輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路8.

固定式三端穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路+

UO+C10.33μF0.1μF100μFLM78××132C3C2+–UOC10.33μF0.1μF100μFLM79××132C3C21000μF

+C~上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)b.提高輸出電壓UI+C1LM78××+–132C2R2R1UO++IQ––忽略公共端電流IQ上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)式中c.

擴(kuò)大輸出電流圖中若β

=10，R1=0.5

Ω

,|UBE|=0.3V,。則UI+UOC1LM78××+–132C2R1T–上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)具有抗飽和電路的低壓差線性集成穩(wěn)壓器簡化原理電路10.3.5

高效率低壓差線性集成穩(wěn)壓器UO+UI基準(zhǔn)UREF+–gmT3e

e3AT2T1e3BcUB3RL–UF+UB1IB1I輔助R2R1CO+I上頁返回下頁O+–誤差放大器EA–模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)D3D1

D2D4CRLDZ+上頁返回下頁UO?+uI?思考題1.指出圖示穩(wěn)壓電路中的錯(cuò)誤，說明原因并改正之。R2.

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路主要由哪四部分組成？簡述各部分的主要作用及電路的穩(wěn)壓原理。模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁返回下頁10.4

開關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路的主要特點(diǎn)(1)

電壓穩(wěn)定度高紋波電壓小響應(yīng)速度快(4)電路簡單調(diào)整管的功耗大功率變換效率低模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁返回下頁開關(guān)型穩(wěn)壓電路的主要特點(diǎn)調(diào)整管工作于開關(guān)狀態(tài)，功耗低功率變換效率高體積小、重量輕可以省去電源變壓器輸出紋波大模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路的工作原理1.

降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電路UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)開關(guān)管續(xù)流二極管儲(chǔ)能電感濾波電容控制脈沖UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)來自反饋控制電路控制脈沖的特點(diǎn)周期T恒定UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2.

工作原理(1)

當(dāng)控制脈沖為高電平(Ton期間)時(shí)T飽和導(dǎo)通D截止CO充電、L儲(chǔ)能UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(2)

當(dāng)控制脈沖為低電平(Toff期間)時(shí)T截止D導(dǎo)通CO、L放能UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)tuEUIUOOOtUOUOminUOmaxtiLUO/

RLO(3)工作波形ToffTon射極電壓uE輸出電壓uO電感電流iLUO–iO+–iLiCCO+uERL上頁返回下頁L模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)占空比輸出直流電壓3.

輸出電壓UOtuEUIUOOOtUOUOmaxtiLUO/

RLOToffTonUOmin上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4.

反饋控制的降壓型開關(guān)穩(wěn)壓電源方框圖脈寬調(diào)制器采樣電路UO+–TUI+–LCDRLR上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)上頁返回下頁思

考

題為什么說在開關(guān)型穩(wěn)壓電源中，當(dāng)控制脈沖周期不變時(shí)，調(diào)整管飽和導(dǎo)通時(shí)間越長，輸出電壓越高？模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[例1]

某穩(wěn)壓電源如圖所示,試問：輸出電壓UO

的極性和大小如何?電容器C1和C2的極性如何?如將穩(wěn)壓管接反，后果如何?如R=0，又將產(chǎn)生怎樣的后果?練

習(xí)

題UORD3D1

D2D4C1C

R2

LDZ+?+u1+u2––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RD1D2D4

D3C1UOC

R2

LDZ+?[解]

(1)

UO=15

V，極性上“－”下“＋”。C1和C2的極性均為上“－”下“＋”。穩(wěn)壓管接反的直接后果是:輸出電壓UO≈0;可能造成二極管和穩(wěn)壓管也被燒壞。+u1上頁返回下頁+u2––模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RD1D3D2D4C1UOC

R2

LDZ+?如R=0,則UI

≈UZ、IZ>IZmax，穩(wěn)壓管首先可能被燒壞。當(dāng)穩(wěn)壓管燒壞造成短路時(shí),二極管電流過大也會(huì)被燒壞。+u1上頁返回下頁+u2––模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[例2]

試求圖示電路的輸出電壓UO

的可調(diào)范圍。[解]由題意知，運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)，根據(jù)“虛短”的概念，由圖可得+-+-W7808+-A-+上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)故+-+-W7808+-A-+上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)故UO

的可調(diào)范圍為8~12V。(0≤

≤上頁返回下頁)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[例3]

運(yùn)算放大器組成的穩(wěn)壓電路如圖所示。圖中輸入直流電壓UI=30V，調(diào)整管T的β=25，運(yùn)算放大器的開環(huán)增益為100

dB、輸出電阻為100

Ω，輸入電阻為2

MΩ

，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=5.4

V，穩(wěn)壓電路的輸出電壓近似等于9

V。在穩(wěn)壓電路工作正常的情況下，試問：+

R112kΩUOUiR3RLDZR4+T91Ω5.1kΩR2

2kΩ3kΩ–+A––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)調(diào)整管T的功耗PT和運(yùn)算放大器的輸出電流等于多少？從電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路詳細(xì)分析計(jì)算的角度看，該穩(wěn)壓電路的輸出電壓能否真正等于9V?如不能，輸出電壓的精確值等于多少？+

R112kΩUOR2R3UIDZR4+TRL

91Ω5.1kΩ2kΩ3kΩ–+A––上頁返回下頁模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)在調(diào)整管的集電極和基極之間加一只5.1

kΩ的電阻R4（如圖中虛線所示），再求運(yùn)算放大器的輸出電