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1、第7章模电直流稳压电源第1页，共53页，编辑于2022年，星期一电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤
2、 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo第2页，共53页，编辑于2022年，星期一7.1 整流与滤波电路整流与滤波电路1.半波整流电路半波整流电路二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止,uL=0+io+u2 0 时时:u20时时:一一.单相整流电路单相整流电路u2uLuD t 2 3 4 0第3页，共53页，编辑于2022年，星期一主要参数：主要参数：IL=UL/RL=0.45 u2/RL uL 2 0 t（2）输出电流平均值）输出电流平均值Io：IL（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：第4页，共53页，编辑于2022年，星期一（3）流过二极管的平均）
3、流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMID =ILURM=22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：IL 第5页，共53页，编辑于2022年，星期一2.全波整流电路全波整流电路+原理：原理：+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时，D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时，D2导通，导通，D1截止。截止。第6页，共53页，编辑于2022年，星期一全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2第7页，共53页，编辑于2022年，星期一uL 2 0
4、 tIL=UL/RL=0.9 u2/RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL：（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：IL第8页，共53页，编辑于2022年，星期一uD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID =IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：第9页，共53页，编辑于2022年，星期一3.桥式整流电路桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路u2正半周时正半周时:D1、D3导通导通，D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2uL第10页，共53页，编辑于2022年
5、，星期一-+u2负半周时：负半周时：D2、D4 导通导通，D1、D3截止截止u2uL第11页，共53页，编辑于2022年，星期一输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.9u2输出电流平均值输出电流平均值:IL=UL/RL=0.9 u2/RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2uL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u第12页，共53页，编辑于2022年，星期一脉动系数脉动系数1:用傅氏级数对桥式整流的输出用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得分解后可得:uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平
6、均值输出电压平均值第13页，共53页，编辑于2022年，星期一集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uL+-+第14页，共53页，编辑于2022年，星期一1.电容滤波电容滤波二、滤波电路二、滤波电路第15页，共53页，编辑于2022年，星期一（1）空载（）空载（RL=）时：）时：u2tuLtuc=uLu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。由于由于RL=，无放电回，无放电回路，所以路，所以uC保持。保持。第16页，共53页，编辑于2022年，星期一（2）接入）接入RL（且（且RLC较大）时较大）时u2tiDtu2 uC时：时：二极管
7、导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。二极管中二极管中的电流的电流uc=uL第17页，共53页，编辑于2022年，星期一近似估算近似估算:UL=1.2U2(b)流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(a)UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 较大较大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)u2tiDtuc=uL第18页，共53页，编辑于2022年，星期一2
8、.电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值输出电压平均值:UL=0.9U2对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上第19页，共53页，编辑于2022年，星期一3.其它滤波电路其它滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。用。
9、LC滤波电路滤波电路RC型滤波电路型滤波电路第20页，共53页，编辑于2022年，星期一7.2 串联式稳压电路串联式稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用:交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压第21页，共53页，编辑于2022年，星期一一一.稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标常用以下参数来说明稳压电源的质量：常用以下参数来说明稳压电源的质量：1、稳压系数、稳压系数2、输出电阻、输出电阻3、温度系数、温度系数输出电压：输出电压：第22页，共53页，编辑于2022年，星期一二二.稳压管稳压电路稳压管稳压电路1.1.
10、稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的反向击穿特性。由由于于反反向向特特性性陡陡直直，较较大大的的电电流流变变化化，只只会会引引起起较较小小的的电压变化。电压变化。第23页，共53页，编辑于2022年，星期一稳压原理：稳压原理：(1)(1)当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ由图知：由图知：第24页，共53页，编辑于2022年，星期一(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程：ILUoURUoIZIR第25页，共53页，编辑于2022年，星期一2、限流电阻的计算、限流电阻的计算（1 1）当当输输入入电电压压最最小小，负负载载电电流流最最
11、大大时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电电流流最最小小。此此时时I IZ Z不不应应小小于于I IZminZmin，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电阻的最大值电阻的最大值。即。即第26页，共53页，编辑于2022年，星期一 （2 2）当当输输入入电电压压最最大大，负负载载电电流流最最小小时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电电流流最最大大。此此时时I IZ Z不不应应超超过过I IZmaxZmax，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电电阻阻的的最最小小值值。即即 所以：所以：第27页，共53页，编辑于2022年，星期一三三.串联式稳压电源串联式稳压电源稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路
12、的缺点：（1 1）带负载能力差）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调改进：改进：（1 1）提提高高带带负负载载能能力力在在输输出出端端加加一一射射极极输输出器出器UO=UZ-0.7V第28页，共53页，编辑于2022年，星期一改进：改进：（2 2）使使输输出出电电压压可可调调在在射射极极输输出出器器前前加加一一带带有有负负反反馈馈的的放大器。放大器。调节反馈系数即可调节放大倍数调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。第29页，共53页，编辑于2022年，星期一由四部分组成：由
13、四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。1.1.串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成第30页，共53页，编辑于2022年，星期一2.2.工作原理工作原理（1 1）输入电压变化时）输入电压变化时实质：实质：电压负反馈电压负反馈UiUfUoUoUo1UCE第31页，共53页，编辑于2022年，星期一（2 2）负载电流变化时）负载电流变化时Uo1UoUCEUoUf第32页，共53页，编辑于2022年，星期一3.3.输出电压的计算输出电压的计算可见，调节可见，调节R1或或R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。用负反馈的理论计算：用负反馈的理
14、论计算：第33页，共53页，编辑于2022年，星期一举例：举例：分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源第34页，共53页，编辑于2022年，星期一稳压原理稳压原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3（UB2）Uo当当 Ui 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时动画演示动画演示第35页，共53页，编辑于2022年，星期一(3)输出电压的调节范围输出电压的调节范围因为：因为：所以：所以：第36页，共53页，编辑于2022年，星期一将参数代入，可将参数代入，可求出输出电压的调节范围。求出输出电压的调节范围。EWB演示演示稳压电源稳压电源第37页，共53页
15、，编辑于2022年，星期一7.3 集成串联式稳压电路集成串联式稳压电路一一.带隙基准电压源带隙基准电压源电阻电阻R R2 2上的压降：上的压降：所以，输出的基准压：所以，输出的基准压：当当 时时温度系数为温度系数为0 0。特点：温度特性好。特点：温度特性好。第38页，共53页，编辑于2022年，星期一二二.三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器 调整管调整管过压保过压保护护过过热热保护保护启动电启动电路路取取样样电电路路基准电基准电压源压源过流保过流保护护放大比放大比较环节较环节第39页，共53页，编辑于2022年，星期一电路组成及工作原理：电路组成及工作原理：1.启动电路启动电路 由由R
16、4、D Z1、T 12、T 13、R 5、R 6、R 7和和R 18组成。上电后，组成。上电后，R 4、D Z1先导通，先导通，使得使得T12和和T13导通，随后导通，随后T8和和T9也导通，整个电路进入正常工作状态。这时也导通，整个电路进入正常工作状态。这时R 1上压降增加，使上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。2.基准电压源基准电压源由由T1T7管和电阻管和电阻R1R3组成的带隙基准电压源。组成的带隙基准电压源。根据前面对带隙基准电压源的分析可知根据前面对带隙基准电压源的分析可知：T7管的集电极电位：管的集电极电位：因
17、此，有：因此，有：整理可得：整理可得：第40页，共53页，编辑于2022年，星期一3.放大比较环节：放大比较环节：由由T3和和T4管组成的复合管构成，电流源管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。作它的有源负载。T3和和T4管既是基准电压管既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压UF叠加在基准电压上。输出叠加在基准电压上。输出电压：电压：4.调整环节：调整环节：由由T16和和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电路的输出，其发射极通过路的输出，其发射
18、极通过R 11接负载电阻接负载电阻R L，可以输出较大的电流。，可以输出较大的电流。5.保护电路：保护电路：过流保护电路由过流保护电路由R11和和T15组成。组成。调整管安全区保护电路由调整管安全区保护电路由R13，DZ2和和T15组成。组成。过热保护电路由过热保护电路由DZ1、R7和和T14组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，R7的压降也增大，而的压降也增大，而U BE14却减小，使得却减小，使得T14管导通。其集电极电流管导通。其集电极电流IC14使得使得T16管的管的基极电流分流，从而限制了基极电流分流，从而限制了T16和和T17管的电流，
19、芯片功耗也会随之降低，起到过热管的电流，芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。保护的作用。第41页，共53页，编辑于2022年，星期一 常用的集成三端稳压器的外形及类型常用的集成三端稳压器的外形及类型类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压 W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+12V W7815 输出输出+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端123第4
20、2页，共53页，编辑于2022年，星期一1.基本使用方法基本使用方法+20V+15V注意：注意：输入电压输入电压Ui一般应比输出电压端一般应比输出电压端Uo高高3V以上。以上。二二.三端固定式集成稳压器的使用三端固定式集成稳压器的使用 C1、C2的作用：的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。响应。第43页，共53页，编辑于2022年，星期一2.输出正负电压输出正负电压第44页，共53页，编辑于2022年，星期一3.输出电压可调输出电压可调由：由：可得：可得：第45页，共53页，编辑于2022年，星期一 4.4.扩大输出电流扩大输出电流
21、 T 1是扩大输出电流的大功率是扩大输出电流的大功率BJT，T 2管是管是T1的保护管。的保护管。当输出电流较小，当输出电流较小，R 2上的压降也较小，上的压降也较小，T1、T2管都不导通。管都不导通。IO=I 当输出电流大于三端稳压器的输出电流时，使当输出电流大于三端稳压器的输出电流时，使R 2上的压降变大，上的压降变大，T 1导通。导通。I O=I+IC1 第46页，共53页，编辑于2022年，星期一1.三端可调式稳压器三端可调式稳压器W117的内部结构：的内部结构：三三.三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 电阻电阻R 1和和R 2为外接电阻，忽略基准源电流，则有：为外接电阻，忽略基
22、准源电流，则有：第47页，共53页，编辑于2022年，星期一电容电容C 1：防止自激。：防止自激。电容电容C 2：减小电阻：减小电阻R 2上的电压波动。上的电压波动。D1、D2：保护二极管。：保护二极管。三三.W117的基本应用电路的基本应用电路 第48页，共53页，编辑于2022年，星期一串联式稳压电路的串联式稳压电路的优点优点：结构简单，稳压性能好，技术成：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。熟，应用广泛。缺点：缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有输出效率低，只有2040；输出电压总是小于；输出电压总是小于输入电压，两者极
23、性也只能是相同的。输入电压，两者极性也只能是相同的。7.4 集成开关式稳压电路集成开关式稳压电路 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态截止）状态开关式稳压电路开关式稳压电路 第49页，共53页，编辑于2022年，星期一T开关管；开关管；LC滤波环节；滤波环节；D续流二极管，续流二极管，R1、R 2取样电阻；取样电阻；误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成开误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成开关管的脉宽调制控制环节。关管的脉宽调制控制环节。1.脉宽调制式开关稳压电路结构脉宽调制式开关稳压电路结构 第50页，共53页
24、，编辑于2022年，星期一 当当S为高电平时，为高电平时，T饱和。饱和。uEU I。电感。电感L储存能量。二极管储存能量。二极管D反向截止。反向截止。2.工作原理工作原理uA uT uStuEUIttiLtuouSuAuT-UDILUot1t2t3T1T2 当当S为低电平时，为低电平时，T截止。截止。iE0。L产生产生反电势，并通过反电势，并通过RL、D构成的回路释放能构成的回路释放能量。由于反电势的量。由于反电势的存在，存在，D处于导通状处于导通状态。态。uE0。第51页，共53页，编辑于2022年，星期一BJT的工作周期的工作周期T为：为：占空比为：占空比为：则输出电压的平均值为：则输出电
25、压的平均值为：即：即：稳压原理：稳压原理：UoqUoUAUFEWB演示演示开关式稳压电源开关式稳压电源第52页，共53页，编辑于2022年，星期一1整流电路（利用二极管的单向导电性）整流电路（利用二极管的单向导电性）半波整流：半波整流：UL=0.45U2 全波整流：全波整流：UL=0.9U2 桥式整流：桥式整流：UL=0.9U22滤波电路滤波电路 电容滤波（桥式整流）：电容滤波（桥式整流）：UL=1.2U2 电感滤波：电感滤波：UL=0.9U23稳压电路稳压电路 稳压管稳压电路：稳压管稳压电路：UO=UZ 串联式稳压电路：串联式稳压电路：（1）电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程）电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程）（2）输出电压调节范围）输出电压调节范围4集成稳压器集成稳压器 三端固定式集成稳压器（三端固定式集成稳压器（W7800、W7900）及其使用）及其使用 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器5 开关式稳压器开关式稳压器本章小结本章小结第53页，共53页，编辑于2022年，星期一