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1、电子技术电子技术第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源模拟电路部分模拟电路部分1第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源9.1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能9.2 单相整流电路单相整流电路9.3 滤波电路滤波电路9.4 倍压整流电路的工作原理倍压整流电路的工作原理9.5 稳压电路稳压电路9.6 集成稳压电源集成稳压电源*2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变为合适的交流变为合适的交流电压电压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整
2、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转转变为平滑的直流变为平滑的直流电压电压u4。稳稳压电路压电路: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,保保持输出电压持输出电压uo的稳定。的稳定。9.1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能39.2 单相整流电路单相整流电路49.2.1 单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理u2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降：uo=u2u1u2aTbDRLuoiL=0u
3、20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1u2D4D2D1D3RLuoAB10几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+-119.2.4 整流电路的主要参数整流电路的主要参数 1.整流输出电压平均值（整流输出电压平均值（Uo）全波整流时，负载电压全波整流时，负载电压 Uo的平均值为的平均值为:负载上的负载上的(平均
4、平均)电流电流:12用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:13平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(URM)是选择整流管是选择整流管的主要依据。的主要依据。二、平均电流与反向峰值电压二、平均电流与反向峰值电压149.3 滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。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直流直流电压电压原理：原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的
5、特性不能突变的特性,滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。成份，达到平滑输出电压波形的目的。159.3.1 电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+161.RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+172.RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）
6、时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+18u2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于uo时，才时，才有充电电流有充电电流iD。因因此整流电路的输出此整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可见，采用电容滤可见，采用电容滤波时，整流管的导波时，
7、整流管的导通角较小。通角较小。19u2tuot电容充电时，电容电容充电时，电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC越小，输出电越小，输出电压越低。压越低。3.RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+20一般取一般取(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2。(2)流过二极管瞬时电流很大。流过二极管瞬时电流很大。RLC 越大越大 Uo越高越高 负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;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
8、大故一般选管时，取故一般选管时，取二、电容滤波电路的特点二、电容滤波电路的特点(1)输出电压输出电压 Uo与放电时间常数与放电时间常数 RLC 有关。有关。RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大21输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变,Uo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如:RL 愈小愈小(IL 越大越大),Uo下降多下降多,S 增大。增大。结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。(3)输出特性输出特性(外特
9、性外特性)uo电容电容滤波滤波纯电阻负载纯电阻负载1.4U20.9U20IL229.3.2 电感滤波电感滤波电路结构电路结构: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就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo23一、滤波原理一、滤波原理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。对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。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。Uo=0.9U2u2u1RLL
10、uo24二、电感滤波的特点二、电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。干扰。u2u1RLLuo25*9.3.3 其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及
11、应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。26uoRu2u1C1C2uo1RL一、一、RC 型滤波电路型滤波电路设设uo1的直流分量为的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值交流分量的基波的幅值为为UO1m，则：则：uo的直流分量：的直流分量：27uoRu2u1C1C2uo1RLuo的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：28通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S的的关系：关系：29二、二、L-C 型滤波电路型滤波电路u
12、2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为UO，交流分量的基波的幅值交流分量的基波的幅值为为UO1m，：，：30通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S的的关系：关系：31三、三、LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然，LC 型型滤波电路输出电压的脉动系滤波电路输出电压的脉动系数比只有数比只有LC滤波时更小，滤波时更小，波形更加平滑波形更加平滑；由；由于在输入端接入了电容，因而较只有于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波滤波时，时，提高了输出电压提高了输出电压。请请自行分析
13、自行分析LC 型滤波电路的输出电压和脉动型滤波电路的输出电压和脉动系数等基本参数。系数等基本参数。32*9.4 倍压整流电路的工作原理倍压整流电路的工作原理一、二倍压整流电路一、二倍压整流电路u2的正半周时：的正半周时：D1导通，导通，D2截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C1的电压充到：的电压充到：u2的负半周时：的负半周时：D2导通，导通，D1截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C2的电压充到：的电压充到：负载上的电压：负载上的电压：+u1u2+D1C2C1D2uoRL33+二、多倍压整流电路二、多倍压整流电路+u2的第一个正半周：的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路
14、，构成回路，C1充充电到：电到：u2的第一个负半周：的第一个负半周：u2、C2、D2、C1构成回路，构成回路，C2充电到：充电到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C634+C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：的第二个正半周：u2、C1、C3、D3、C2构成回构成回路，路，C1补充电荷，补充电荷，C3充电到：充电到：u2的第二个负半周：的第二个负半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1构构成回路，成回路，C2补充电荷，补充电荷，C4充电到：充电到：把电容接在相应电容组的两端，即可获把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出
15、。得所需的多倍压直流输出。359.5 稳压电路稳压电路稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。369.5.1 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路一、电路结构的一般形式一、电路结构的一般形式1.串联式直流稳压电路的基
16、本形式串联式直流稳压电路的基本形式负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（化量扩大（1+）倍。）倍。TUORL+UZUIiRiZiL实际上是射极输出实际上是射极输出器，器，Uo=UZ-UBE。但带负载的能力比但带负载的能力比稳压管强。稳压管强。37TUORL+UZUIiRiZiL串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点：两个主要缺点：(1)稳压效果不好。稳压效果不好。Uo=UZ UBE(2)输出电压不可调。输出电压不可调。改进的方法：改进的方法：在稳压电路中引入带电压负在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。反馈的放
17、大环节。38T+_UIUO比比较较放放大大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+2.具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路39T+_UIUO比比较较放放大大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+调整元件调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：比较放大器：可以是可以是单管放大电路单管放大电路，差动放大电路差动放大电路，集成运算放大器集成运算放大器。基准电压：基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出可
18、由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压输出电压UO的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。40T+_UIUO比比较较放放大大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+41二二 、稳压原理、稳压原理UoUB2UBE2(=UB2-UZ）UC2Uo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R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB242三三、输出电压的确定和调节范围、输出电压的确定和调节范围R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB243四四、影响稳压特性的主要因素、影响稳压特性的主要因素
19、2.流过稳压管的电压随流过稳压管的电压随 UI 波动，使波动，使UZ 不稳定，不稳定，降低了稳压精度。降低了稳压精度。1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIVC2 Uo R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23.温度变化时，温度变化时，T2组成的放大电路产生零点组成的放大电路产生零点漂移，时输出电压的稳定度变差。漂移，时输出电压的稳定度变差。44五、改进措施五、改进措施在运放理想条件下在运放理想条件下:串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路UITR1R2UFRLUo AV+-RWRUZ452.采用辅助电源采用辅助电源(比
20、较放大部分的电源比较放大部分的电源)。3.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。4.4.调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB246*六六、过流保护、过流保护 为避免使用中因某种原因输出短路或过载为避免使用中因某种原因输出短路或过载致使调整管流过很大的电流，使之烧坏故需有致使调整管流过很大的电流，使之烧坏故需有快速保护措施。常见保护电路有两类快速保护措施。常见保护电路有两类T1RT1IL1.限流型：限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调当调整管
21、的电流超过额定值时，对调整管的基极电流进行分流，使发射极电流不至整管的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。于过大。当当IL不超过额定值不超过额定值时，时，T1截止；截止；当当IL超过额定值时，超过额定值时，T1导通，其集电极导通，其集电极从从T1的基极分流。的基极分流。R为一小电阻，用于检测负载电流。为一小电阻，用于检测负载电流。472.截流型截流型:过流时使调整管截止或接近截止。过流时使调整管截止或接近截止。T1T2RLUO+_+UI+_R2R1R3R4输出电流在额定值以内时：输出电流在额定值以内时：三极管三极管T2截止，截止，这时，电压负反这时，电压负反馈保证电路正常馈保证电路正常工
22、作。工作。UO U+UO UB1 48输出电流超出额定值时：输出电流超出额定值时：因输出电压降低，三极管因输出电压降低，三极管T2逐渐导通，逐渐导通，U+，稳稳压管截止，电压负反馈被切断。这样压管截止，电压负反馈被切断。这样U+UB1 UC1(=UO)UB2 IC2 U+T1T2RLUO+_+UI+_R2R1R3R4最终最终UO降降低到零。低到零。49509.5.2 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标一、稳压系数一、稳压系数 S二、输出电阻二、输出电阻Ro519.6 集成稳压电源集成稳压电源521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W7800系列稳压器外形系列稳
23、压器外形1端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形53注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等等。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX9.6.2 集成稳压电源的分类集成稳压电源的分类54 一、输出为固定电压的电路一、输出为固定电压的电路9.6.2 应用电路应用电路注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器
24、基本接线图基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1321F55二二、输出正负电压的电路、输出正负电压的电路正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO56COW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX:为为W78XX固定输出电压固定输出电压 UO=UXX+UZ三、提高输出电压的电路三、提高输出电压的电路57四、输出电压可调式电路四、输出电压可调式电路W7805132R1CICoUI76234UoR2F0070.33 33V10k0.1 58(UXX=5V)132R1CICoUI76234UoR2F0070.33 33V10k0.1 W7805Uo159第九章第九章 结束结束电子技术电子技术模拟电路部分模拟电路部分60