模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)_08直流穩(wěn)壓電源

1、第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-11 第第8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-12 本章基本要求本章基本要求 掌握掌握直流穩(wěn)壓電源的電路組成和工作原直流穩(wěn)壓電源的電路組成和工作原 理理(包括單相半波整流、濾波、串聯(lián)反饋包括單相半波整流、濾波、串聯(lián)反饋 式穩(wěn)壓電路式穩(wěn)壓電路)； 熟悉熟悉集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用；集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用； 了解了解開關(guān)式直流穩(wěn)壓電路及其工作原理開關(guān)式直流穩(wěn)壓電路及其工作原理 等。等。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子

2、技術(shù) 2021-8-13 8.1 概述概述 穩(wěn)定電源的分類 穩(wěn)穩(wěn) 定定 電電 源源 交流穩(wěn)交流穩(wěn) 定電源定電源 直流穩(wěn)直流穩(wěn) 定電源定電源 交流穩(wěn)壓電源交流穩(wěn)壓電源 化學(xué)穩(wěn)壓源化學(xué)穩(wěn)壓源 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)流電源直流穩(wěn)流電源 交流穩(wěn)流電源交流穩(wěn)流電源 線性穩(wěn)壓源線性穩(wěn)壓源 開關(guān)型穩(wěn)壓源開關(guān)型穩(wěn)壓源 直流電源簡介 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-14 8.2 直流穩(wěn)壓電源的電路組成及工作原理直流穩(wěn)壓電源的電路組成及工作原理 8.2.1 直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成 整 流 電 路 濾 波 電 路 穩(wěn) 壓 電 路 電源變壓器

3、市 網(wǎng) 電 壓 L R 圖8-1 直流穩(wěn)壓電源組成框圖 0 t 1 u 0 t 2 u 0 t 3 u t 0 4 u t 0 o U 12V 市電市電 220V 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-15 9.2.2 單相整流電路單相整流電路 9.2.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路 電源變壓器電源變壓器 負(fù)載負(fù)載 整流二極管整流二極管 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-16 單相電源變壓器單相電源變壓器 + - U 1 N1N2 + - U 2 ZL nN N U U k 1 1 2 1 2

4、 9.2.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電路 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-17 0 t Tr 圖8-2 單相半波整流電路 L R o u o i (a) 半波整流電路 1 u 2 u 0 oo i u t 23 o u (b) 輸出電壓和電流的波形 o i 假設(shè)變壓器二次側(cè)的電壓為假設(shè)變壓器二次側(cè)的電壓為 tUtUusin2sin 22m2 當(dāng)二極管的當(dāng)二極管的陽極電位高于陰極電陽極電位高于陰極電 位時才導(dǎo)通位時才導(dǎo)通。 由二極管的由二極管的單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?分析的前提 a. 理想的變壓器理想的變壓器 b. 理想的二極管理想的二極

5、管 D 如果將二極管反接，輸出電壓有何變化？如果將二極管反接，輸出電壓有何變化？ 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-18 負(fù)載上得到的負(fù)載上得到的是單向脈動是單向脈動電壓電壓，其大小仍然在不斷，其大小仍然在不斷 變化，其變化，其平均值為平均值為 222 2 0 o 45. 0 2 )(sin2 2 1 UUttdUU (8-1) 流過流過負(fù)載電阻負(fù)載電阻 L R電流的平均值電流的平均值為為 L 2 L o o 45. 0 R U R U I(8-2) 單向半波整流電路中，二極管截止時所承受的單向半波整流電路中，二極管截止時所承受的最高反向電最高反

6、向電 壓壓就是就是 22mRM 2UUU (8-3) 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-19 8.2.2.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 1單相橋式整流電路單相橋式整流電路 1) 電路組成電路組成 常用的單相橋式整流電路如圖常用的單相橋式整流電路如圖8-3a 所示。所示。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-110 橋式整流硅堆橋式整流硅堆：將四個二極管按橋式整流電路的方式將四個二極管按橋式整流電路的方式 連接好封裝在一起，只留四個引腳。市面上有售的連接好封裝在一起，只留四個引腳。市面上有售的如

7、如 QL62A，其額定電流為，其額定電流為2A，最大反向電壓為，最大反向電壓為25V 1000V。 Tr 圖9-3(a) 單相橋式整流電路圖 1 D L R o u 2 D 3 D 4 D 1 u 2 u o i + 橋式整流電路還有其它多種畫法橋式整流電路還有其它多種畫法 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-111 2) 工作原理工作原理 分析的前提 性能理想性能理想的二極管的二極管D1D4(a) (b) 理想變壓器理想變壓器 Tr 單相橋式整流電路圖 1 D L R o u 2 D 3 D 4 D 1 u 2 u o i + + + u2 t

8、0 2 2U u2 正半周時正半周時 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-112 電壓電壓u2為為正半周時正半周時 D1、D3導(dǎo)通，導(dǎo)通， D2、 D4截止截止 二極管二極管D1、 、D3電流 電流 二極管二極管D1、 、D3承受 承受 的反向電壓的反向電壓 u2 t 0 2 2U t 0 iD1iD3 , L2 /2RU t 0 uD1uD3 , 2 2U 詳細(xì)分析詳細(xì)分析 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-113 u2負(fù)半周時負(fù)半周時 D2,4 i Tr 單相橋式整流電路圖 1 D L R o u

9、 2 D 3 D 4 D 1 u 2 u o i + D1,3 i D1,3 i + u2 t 0 2 2U 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-114 二極管二極管D D2 2、 、D D4 4電流 電流 二極管二極管D D2 2、 、D D4 4承受 承受 的反向電壓的反向電壓 電壓電壓u u2 2為負(fù)半周時為負(fù)半周時 D D1 1、D D3 3截止，截止， D D2 2、 D D4 4導(dǎo)通導(dǎo)通 u2 t 0 2 2U t 0 uD2uD4 , 2 2U t 0 iD2iD4 , L2 /2RU 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電

10、子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-115 輸入電壓輸入電壓 整流電路輸出電壓整流電路輸出電壓 輸出電流輸出電流 u2 t 0 2 2U uo t 0 2 2U L2 /2RU t 0 io 輸出電流輸出電流 的平均值的平均值 如果考慮二極管非線性，輸出電壓有何變化？如果考慮二極管非線性，輸出電壓有何變化？ 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-116 2橋式整流電路的性能指標(biāo)橋式整流電路的性能指標(biāo) （1）輸出電壓輸出電壓 o U一個周期內(nèi)的平均值一個周期內(nèi)的平均值 222 0 2 0 o 9 . 0 22 )(sin2 1 )( 2 1 UUttdU

11、tduU o 直流電流為直流電流為 L 2 o 9 . 0 R U I （2）脈動系數(shù)脈動系數(shù)S 最低次諧波幅值與輸出電壓平均值之比定義為脈動系數(shù)最低次諧波幅值與輸出電壓平均值之比定義為脈動系數(shù)S o om1 U U S （3）流過二極管的正向平均電流流過二極管的正向平均電流 DD2,4D1,3 III 2 1 o I L 2 45. 0 R U = = )6cos 35 2 4cos 15 2 2cos 3 2 1 ( 22 2o tttUu uo t 0 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-117 （4）二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大

12、反向電壓 RM U 二極管在截止時管子承受的最大反向電壓 2RM 2UU (9-8) （5）輸出電壓紋波因數(shù)）輸出電壓紋波因數(shù) o or U U 2 o 2 2 2 6o 2 4o 2 2oor UUUUUU Uor 輸出電壓中各次諧波電壓有效值的總和輸出電壓中各次諧波電壓有效值的總和 Uo 輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值 對于橋式整流電路對于橋式整流電路 483. 01)( 2 o 2 2 o 2 o 2 2 o or U U U UU U U 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-118 濾波電路的作用是濾除整流電壓中的高頻分量。常濾波電路的作

13、用是濾除整流電壓中的高頻分量。常 用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波及用的濾波電路有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波及 有源濾波等。有源濾波等。 )6cos 35 2 4cos 15 2 2cos 3 2 1 ( 22 2o tttUu 整流輸出盡管已經(jīng)成為直流電壓，但脈動太大，輸出中整流輸出盡管已經(jīng)成為直流電壓，但脈動太大，輸出中 的高頻分量較多。全波和橋式整流輸出電壓可表示為：的高頻分量較多。全波和橋式整流輸出電壓可表示為： 8.3 濾波電路濾波電路 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-119 8.3.18.3.1電容濾波電容濾波 Tr 1

14、 D L R o u o I 2 D 3 D 4 D 1 u2 u L C 充 電 濾波電路的作用是濾除整流電壓中的紋波。常用的濾波電濾波電路的作用是濾除整流電壓中的紋波。常用的濾波電 路有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波及有源濾波。路有電容濾波、電感濾波、復(fù)式濾波及有源濾波。 放 電 濾波電容濾波電容 uo t 0 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-120 8.3.18.3.1電容濾波電容濾波 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-121 1.濾波原理濾波原理 (1) 當(dāng)當(dāng)C = 0 ， 外接外接RL時時

15、 當(dāng)當(dāng)C = 0 (無濾波電容無濾波電容)時時 輸入電壓輸入電壓 輸出電壓波形輸出電壓波形 234 u2 t 0 2 2U uo 0 234 t 2 2U 輸出電壓輸出電壓 2o 9 . 0 UU 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-122 (2) 當(dāng)當(dāng)C0、RL=時時 Tr 1 D o u 2 D 3 D 4 D 1 u 2 u 充 電 L C 很小 L o1 Cr 輸出電壓波形輸出電壓波形 輸入電壓輸入電壓 234 u2 t 0 2 2U uo 0 234 t 2 2U 電容器的電容器的充電時間常數(shù)充電時間常數(shù)為為

16、 m2o UU 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-123 Tr 1 D L R o u o I 2 D 3 D 4 D 2 u 充 電 放 電 L C 輸出電壓輸出電壓 輸入電壓輸入電壓 234 u2 t 0 2 2U 0 234 t uouC, 2 2U 二極管導(dǎo)通時電容器充電二極管導(dǎo)通時電容器充電，充電時間常數(shù)，充電時間常數(shù) 很小 LL oLo1 )/(CrCRr uo =uc u2 (3) 當(dāng)當(dāng)C0、RL 時時 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-124 當(dāng)當(dāng)C充電到最高點(diǎn)時充電到最高點(diǎn)時 C將

17、通過將通過RL開始放電開始放電。 二極管二極管D1、D3將截止，將截止， 輸入電壓輸入電壓 234 u2 t 0 2 2U C充電到最高點(diǎn)充電到最高點(diǎn) 0 234 t uouc, 2 2U C C開始放電開始放電 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-125 輸出電壓波形輸出電壓波形 C C充電充電 C C放電放電 D D截止截止 D D導(dǎo)通導(dǎo)通 0 t o u 1 t 2 t 濾波器輸入電壓濾波器輸入電壓 波形波形 電流流通角電流流通角 0 t D i 1 t 2 t 3 t o I 4 t 電流波形電流波形 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電

18、源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-126 22O 4 . 12=UUU 2O 0.9=UU 2O 1.2UU 2 )53(= Ld T CR 2) 當(dāng)當(dāng) C開路開路 ，即無電容，即無電容 濾波但有負(fù)載的情況濾波但有負(fù)載的情況 3) 正常情況下正常情況下 1) 當(dāng)當(dāng)R ，即負(fù)載開路情況下，即負(fù)載開路情況下 1 D L R o u o I 2 D 3 D 4 D 2 u L C 電容濾波小結(jié)電容濾波小結(jié) 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-127 2.性能參數(shù)的工程估算性能參數(shù)的工程估算 1) 電容濾波電路的外特性電容濾波電路的外特性 C=0

19、 C小小 C大大 0.9U2 uo io 0 2 2U a. 當(dāng)當(dāng)io一定時，一定時，C越小，越小， Uo(AV)越小，紋波越大。越小，紋波越大。 b.當(dāng)當(dāng)C一定時，一定時，i o越大 越大, Uo(AV)越小。越小。 )( oo ifu 外特性特點(diǎn)外特性特點(diǎn) 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。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。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-128 2) 輸出直流電壓輸出直流電壓 2(AV)O )4 . 11 . 1 (UU 一般取一般取 2O(AV) 2.1 UU 3) 輸出電流平均

20、值輸出電流平均值 L 2 L (AV)O O(AV) 2 . 1 R U R U I DD2,4D1,3 III 2 1 oAV I= 若若 L CR 2 )5(3 T 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-129 4) 整流二極管的平均電流整流二極管的平均電流 (b) 二極管導(dǎo)通時，有沖擊電流；二極管導(dǎo)通時，有沖擊電流； 其特點(diǎn)：其特點(diǎn)： (a) 比無濾波電容時的平均電流大；比無濾波電容時的平均電流大； 二極管的平均電流二極管的平均電流 放電時間常數(shù)越大，放電時間常數(shù)越大，越小，沖擊電流越大。越小，沖擊電流越大。 (c) 沖擊電流與二極管的導(dǎo)通角沖

21、擊電流與二極管的導(dǎo)通角( )有關(guān)。有關(guān)。 oF )32(II (8-11) 5) 整流二極管的最高反向電壓整流二極管的最高反向電壓 2RM 2UU 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-130 【例8-1 ，例，例8-2】鏈接 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-131 電容器的作用 電容器在電路中的用途不同名稱也不同，如旁路電容器在電路中的用途不同名稱也不同，如旁路 電容、耦合電容、濾波電容、諧振電容、去耦電電容、耦合電容、濾波電容、諧振電容、去耦電 容等，但其原理都一樣容等，但其原理都一樣。 旁路旁路

22、(bypass)電容電容 耦合電容耦合電容(如第3章中的RC耦合電路) 濾波電容濾波電容 諧振電容諧振電容 電源去耦去耦(decoupling)電容電容 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-132 在實(shí)際制作直流穩(wěn)定電源或電子電路時，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：在實(shí)際制作直流穩(wěn)定電源或電子電路時，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 電源電路中對地濾波電容，多用容量較大的電解電容器。電源電路中對地濾波電容，多用容量較大的電解電容器。 應(yīng)考慮各種電容器的自諧振頻率應(yīng)考慮各種電容器的自諧振頻率 (FSR)值，所以需要在大值，所以需要在大 容量濾波電容器兩端并聯(lián)小容量的電容器，以便為高

23、頻容量濾波電容器兩端并聯(lián)小容量的電容器，以便為高頻 諧波電壓提供了一個對地通路。諧波電壓提供了一個對地通路。 電源濾波中電容對地腳要盡可能靠近地，半導(dǎo)體器件電源濾波中電容對地腳要盡可能靠近地，半導(dǎo)體器件(尤尤 其是集成電路其是集成電路)電源引線端的去耦濾波電容器，應(yīng)盡量靠電源引線端的去耦濾波電容器，應(yīng)盡量靠 近器件的電源引腳端。近器件的電源引腳端。 電源濾波電容并非越大越好，應(yīng)按實(shí)際需要選用。一般大電源濾波電容并非越大越好，應(yīng)按實(shí)際需要選用。一般大 電容濾除低頻波電容濾除低頻波,小電容濾除高頻波。為使整流濾波電路小電容濾除高頻波。為使整流濾波電路 能達(dá)到最高性價比，應(yīng)選用能與負(fù)載電阻匹配的電容

24、值，能達(dá)到最高性價比，應(yīng)選用能與負(fù)載電阻匹配的電容值， 這樣，既能使電路的輸出電壓達(dá)到要求，又不提高對其這樣，既能使電路的輸出電壓達(dá)到要求，又不提高對其 他元器件的性能要求，使電路達(dá)到最佳的性價比。他元器件的性能要求，使電路達(dá)到最佳的性價比。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-133 8.3.2 電感濾波電路電感濾波電路 忽略電感器忽略電感器L的電阻時，負(fù)載上輸出的平均電的電阻時，負(fù)載上輸出的平均電 壓和純電阻壓和純電阻(不加電感不加電感)負(fù)載相同，即負(fù)載相同，即 o U 2 U= 0.9 (8-12) 1 D L R o u 圖8-7 橋式整流

25、電感濾波電路 2 D 3 D 4 D 2 u Tr 1 u L 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-134 8.3.3 復(fù)式濾波器復(fù)式濾波器 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-135 常用整流濾波電路常用整流濾波電路 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-136 8.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 8.4.1 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路 oi maxomaxZ oZ )32( )35 . 1 ( UU II UU 【例例8-3】鏈接鏈接 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源

26、直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-137 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 R DZ RL IUo U Z U 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 R I Z I oI 在負(fù)載變化不大的場合，穩(wěn)壓管常用來做穩(wěn)壓電源，由于在負(fù)載變化不大的場合，穩(wěn)壓管常用來做穩(wěn)壓電源，由于 負(fù)載和穩(wěn)壓管并聯(lián)，又稱為并聯(lián)穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓管在實(shí)際工作負(fù)載和穩(wěn)壓管并聯(lián)，又稱為并聯(lián)穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓管在實(shí)際工作 時要和電阻相配合使用，其電路如圖時要和電阻相配合使用，其電路如圖2-18所示所示 選擇穩(wěn)壓管一般取選擇穩(wěn)壓管一般取 UZUo IZM(1.5 3) Iom UI = (23) Uo 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源

27、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-138 R DZ RL IUo U Z U 圖2-18 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 R I Z I oI L Z Zmin ZI L Z ZM ZI R U I UU R R U I UU ZM L ZZI min I R U R UU I Z 可得電阻可得電阻R的取值范圍為的取值范圍為 當(dāng)負(fù)載電阻當(dāng)負(fù)載電阻RL和輸入電壓和輸入電壓UI一定時，電阻一定時，電阻R的選擇是根據(jù)穩(wěn)壓的選擇是根據(jù)穩(wěn)壓 管的電流不超過正常工作范圍來選的。穩(wěn)壓管的電流是在管的電流不超過正常工作范圍來選的。穩(wěn)壓管的電流是在IZmin IZ IZM之間，之間， 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)

28、壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-139 R DZ RL IUo U Z U 圖2-18 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 R I Z I oI UIUo（UZ）IZ IRUR Uo 穩(wěn)壓原理如下：穩(wěn)壓原理如下： 當(dāng)負(fù)載不變，輸入電壓當(dāng)負(fù)載不變，輸入電壓UI波動使得輸波動使得輸 出電壓出電壓Uo升高，其調(diào)節(jié)過程為：升高，其調(diào)節(jié)過程為： 若輸入電壓若輸入電壓UI不變，負(fù)載發(fā)生變化，如不變，負(fù)載發(fā)生變化，如RL增大，其調(diào)節(jié)過程增大，其調(diào)節(jié)過程 為：為： RLUo（UZ）IZ IRUR Uo 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-140 8.4.2 串聯(lián)反饋式

29、穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 8.4.2.1 穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo)穩(wěn)壓電源的主要指標(biāo) u S r S（1）輸入調(diào)整率輸入調(diào)整率和穩(wěn)壓系數(shù)和穩(wěn)壓系數(shù) 輸入調(diào)整率是表征穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標(biāo)，是指在輸入調(diào)整率是表征穩(wěn)壓器穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標(biāo)，是指在 負(fù)載和溫度不變的條件下，輸入電壓變化對輸出電壓的影響負(fù)載和溫度不變的條件下，輸入電壓變化對輸出電壓的影響 0 0 i o u o T IU U S (8-14) 工程常用工程常用穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) r S表示直流穩(wěn)壓電源的性能表示直流穩(wěn)壓電源的性能 0 0 ii oo r o / / T IUU UU S (8-15) 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電

30、源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-141 (2) 負(fù)載調(diào)整特性 負(fù)載調(diào)整特性負(fù)載調(diào)整特性 I S定義為輸出電壓的相對變化量與輸出電流變化量的比。 定義為輸出電壓的相對變化量與輸出電流變化量的比。 0 0 o oo I T UII UU S (8-16) (3) 輸出電阻 )( 0 0 o o o i T UI U R (8-17) (4) 溫度系數(shù) 0 0 o T o i I U T U S C /mV o (8-18) 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-142 8.4.2.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的組成與工作原理串聯(lián)反饋式穩(wěn)

31、壓電路的組成與工作原理 i U o U L R R （a） 圖8-12 串聯(lián)穩(wěn)壓電路基本原理圖 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出電壓是利用了電壓串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路穩(wěn)定輸出電壓是利用了電壓 負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓的基本原理，如圖負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓的基本原理，如圖8-12a所示。所示。 i U o U L R ce r （b） B u 調(diào)整管調(diào)整管 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-143 1電路組成電路組成 圖8-13 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成框圖 + - A i U o U L R T REF U F U 1 R 2 R R Z D B u CE u 調(diào)整環(huán)節(jié)

32、調(diào)整環(huán)節(jié) 取樣環(huán)節(jié)取樣環(huán)節(jié) 比較放大環(huán)節(jié)比較放大環(huán)節(jié) 基準(zhǔn)環(huán)節(jié)基準(zhǔn)環(huán)節(jié) 如圖如圖8-13所示是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的組成框圖。所示是串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路的組成框圖。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-144 2穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓原理 i U CE u L )(R或或 F U O U B u O U i U 圖8-13中： 是整流濾波電路的輸出電壓，是整流濾波電路的輸出電壓，T為調(diào)整管，為調(diào)整管，A為比較放大器，為比較放大器， UREF為基準(zhǔn)電壓，為基準(zhǔn)電壓，R1與與R2組成反饋網(wǎng)絡(luò)用來反映輸出電壓的變組成反饋網(wǎng)絡(luò)用來反映輸出電壓的變 化化(取樣取樣)。這種

33、穩(wěn)壓電路的主回路是工作于線性狀態(tài)的調(diào)整管。這種穩(wěn)壓電路的主回路是工作于線性狀態(tài)的調(diào)整管T 與負(fù)載串聯(lián)，與負(fù)載串聯(lián)， 故稱為故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 ou 21 2 oF UF RR R UU 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-145 3輸出電壓輸出電壓 uu u REFo 1FA A UU 在深度負(fù)反饋條件下 11 uu FA REF 2 1 u REF o )1 (U R R F U U (8-19) 【例例8-5】鏈接鏈接 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-146 4調(diào)整管參數(shù)選取原

34、則調(diào)整管參數(shù)選取原則 (1) ICMIomax (2) PCM o(max)CE(max) IU (3) CEO(BR) U CE(max) U 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-147 8.5 集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓器 8.5.1 三端固定式集成穩(wěn)壓器三端固定式集成穩(wěn)壓器 2. 2. 主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) 1. 1. 電路主要組成部分電路主要組成部分 (1) (1) 串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路；串聯(lián)反饋型線性穩(wěn)壓電路； (2) (2) 高精度基準(zhǔn)電壓源；高精度基準(zhǔn)電壓源； (3) (3) 過流、過熱保護(hù)等電路。過流、過熱保護(hù)等電路。 (2) (2) 外接元

35、件少；外接元件少； (1) (1) 工作可靠；工作可靠；(3) (3) 使用方便。使用方便。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-148 TO-200 塑料封裝 圖8-15 LM7800/LM7900引腳功能及封裝圖 TO-3 金屬封裝 LM7800 IN GND OUT LM7800 IN GND OUT LM7900 常用三端固定集成穩(wěn)壓器常用三端固定集成穩(wěn)壓器 是是7800系列和系列和7900系列。系列。7800 系列輸出正電壓，其輸出電壓系列輸出正電壓，其輸出電壓 有有5V、6V、8V、9V、10V、 12V、15V、18V、20V、24V

36、 等品種等品種。 該系列的輸出電流分該系列的輸出電流分5檔，檔， 7800系列是系列是1.5A，78M00是是 0.5A，78 L00和是和是0.1 A， 78T00是是3A，78H00是是5A。 7900系列與系列與7800系列所不同的系列所不同的 是輸出電壓為負(fù)值。是輸出電壓為負(fù)值。 外形圖外形圖 3. 3. 外形及特點(diǎn)外形及特點(diǎn) 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-149 4. 4. 分類分類 按輸出電壓是否可調(diào)按輸出電壓是否可調(diào) 固定式三端穩(wěn)壓器固定式三端穩(wěn)壓器 可調(diào)式三端穩(wěn)壓器可調(diào)式三端穩(wěn)壓器 1 輸入端輸入端 3 輸出端輸出端 2 公共

37、端公共端 78系列系列 1 公共端公共端 3 輸出端輸出端 2 輸入端輸入端 79系列系列 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-150圖816 LM7800系列集成穩(wěn)壓器內(nèi)部電路 i U o U B U F U 啟動啟動 電路電路 基準(zhǔn)基準(zhǔn) 電源電源 調(diào)整調(diào)整 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 比較比較 放大放大 過熱過熱 保護(hù)保護(hù) 限流限流 保護(hù)保護(hù) 減流減流 保護(hù)保護(hù) 采樣采樣 環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 5. 5. 7878 內(nèi)內(nèi) 部部 電電 路路 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-151 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用 C2防止自激振蕩防止自激

38、振蕩 C3減小高頻干擾減小高頻干擾 C1 、C4減小輸出紋減小輸出紋 波和低頻干擾波和低頻干擾 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-152 擴(kuò)大輸出電流擴(kuò)大輸出電流 UI + UO C1 LM78 + 13 2 C2 R1 T O I O I C I 式中式中 1 RBO III 1 BE R1 R U I OB II b b OCO III 圖中圖中 A6 . 0 1 R I A4 . 0 B IA4 C IA5 O I 若若b b =10， R1=0.5 , |UBE|=0.3V, 。則則A1 O I 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源

39、模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-153 雙路輸出電源 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-154 8.5.2 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 )1 ( 1 w REFo R R UU(8-20) 其中 UREF=1.25V 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-155 【例例8-6】鏈接鏈接 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-156 使用集成穩(wěn)壓器時應(yīng)注意以下幾個問題使用集成穩(wěn)壓器時應(yīng)注意以下幾個問題 (1)選擇合適的集成穩(wěn)壓器類型選擇合適

40、的集成穩(wěn)壓器類型 (2) 選擇集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)選擇集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù) (3) 配置合適的外圍條件配置合適的外圍條件 1) 選擇合適的濾波電容選擇合適的濾波電容 2) 防止產(chǎn)生自激防止產(chǎn)生自激 3)防止穩(wěn)壓器損壞防止穩(wěn)壓器損壞 4) 優(yōu)化優(yōu)化PCB布局工藝布局工藝 5) 采取必要的散熱措施采取必要的散熱措施 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-157 8.5.3 基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源 常用基準(zhǔn)電壓器件主要有：常用基準(zhǔn)電壓器件主要有：LM385-1.2 (1.2V精密基準(zhǔn)電壓精密基準(zhǔn)電壓 源源)，LM385-2.5 (2.5V精密基準(zhǔn)電壓源精密基

41、準(zhǔn)電壓源)，LM336-2.5 (2.5V精密精密 基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源)，MC1403(2.5V基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源)， LM431ACZ、 TL431 (精密可調(diào)精密可調(diào)2.5V36V基準(zhǔn)穩(wěn)壓源基準(zhǔn)穩(wěn)壓源)，LM399H (6.9999V精精 密基準(zhǔn)電壓源密基準(zhǔn)電壓源)，LM336-5.0 (5.0V精密基準(zhǔn)電壓源精密基準(zhǔn)電壓源)等。等。 1. TL431基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源 TL431是一個性能優(yōu)良是一個性能優(yōu)良 的基準(zhǔn)電壓集成電路。該器的基準(zhǔn)電壓集成電路。該器 件主要應(yīng)用于穩(wěn)壓、儀器儀件主要應(yīng)用于穩(wěn)壓、儀器儀 表、可調(diào)電源和開關(guān)電源中，表、可調(diào)電源和開關(guān)電源中， 是穩(wěn)壓二極管的良好替代

42、品。是穩(wěn)壓二極管的良好替代品。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-158 8.6 開關(guān)式穩(wěn)壓電源開關(guān)式穩(wěn)壓電源 傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電特性優(yōu)良，電路結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的線性穩(wěn)壓電源雖然電特性優(yōu)良，電路結(jié)構(gòu) 簡單、工作可靠，但調(diào)整管串接在負(fù)載回路里是它的簡單、工作可靠，但調(diào)整管串接在負(fù)載回路里是它的 根本弱點(diǎn)，存在著效率低（只有根本弱點(diǎn)，存在著效率低（只有40%60%）、體積）、體積 大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)，大、銅鐵消耗量大，工作溫度高及調(diào)整范圍小等缺點(diǎn)， 有時還要配備龐大的散熱裝置。為了提高效率，人們有時還要配備龐大的散熱裝置。為

43、了提高效率，人們 研制出了開關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達(dá)（研制出了開關(guān)式穩(wěn)壓電源，它的效率可達(dá)（80% 95%），且穩(wěn)壓范圍寬，此外還具有穩(wěn)壓精度高、不），且穩(wěn)壓范圍寬，此外還具有穩(wěn)壓精度高、不 使用電源變壓器等優(yōu)點(diǎn)，因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛使用電源變壓器等優(yōu)點(diǎn)，因此，開關(guān)穩(wěn)壓電源已廣泛 用于各種儀器設(shè)備、計算機(jī)、通信系統(tǒng)、空間技術(shù)以用于各種儀器設(shè)備、計算機(jī)、通信系統(tǒng)、空間技術(shù)以 及電視接收機(jī)等家用電器產(chǎn)品中。及電視接收機(jī)等家用電器產(chǎn)品中。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-159 線性穩(wěn)壓電路的主要特點(diǎn)線性穩(wěn)壓電路的主要特點(diǎn) (1) 電壓穩(wěn)定度高

44、；電壓穩(wěn)定度高； (2) 紋波電壓??；紋波電壓??； (3) 響應(yīng)速度快；響應(yīng)速度快； (4) 電路簡單；電路簡單； (5) 調(diào)整管的功耗大；調(diào)整管的功耗大； (6) 功率變換效率低。功率變換效率低。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-160 8.6.1 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)及分類開關(guān)式穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)及分類 8.6.1.1 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)開關(guān)式穩(wěn)壓電源的特點(diǎn) （1）允許電網(wǎng)電壓變化范圍寬。）允許電網(wǎng)電壓變化范圍寬。 （2）功耗低，效率高。開關(guān)電源效率約為）功耗低，效率高。開關(guān)電源效率約為8095。 (3) 開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量要比同功率的

45、串聯(lián)式穩(wěn)壓電開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積和重量要比同功率的串聯(lián)式穩(wěn)壓電 源小且輕。源小且輕。 （4）可靠性高。）可靠性高。 （5）容易實(shí)現(xiàn)多路電壓輸出和遙控。）容易實(shí)現(xiàn)多路電壓輸出和遙控。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-161 8.6.1.2 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的分類開關(guān)式穩(wěn)壓電源的分類 按負(fù)載與儲能電感的連接方式分，有串聯(lián)型與并按負(fù)載與儲能電感的連接方式分，有串聯(lián)型與并 聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源；聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電源； 按不同的激勵方式分，有自激式與他激式開關(guān)穩(wěn)壓電按不同的激勵方式分，有自激式與他激式開關(guān)穩(wěn)壓電 源；按電路結(jié)構(gòu)可分為單管型、推挽型、半橋型和全橋型。源

46、；按電路結(jié)構(gòu)可分為單管型、推挽型、半橋型和全橋型。 按控制方式分為脈沖寬度調(diào)制按控制方式分為脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation , PWM)、脈沖調(diào)頻式、脈沖調(diào)頻式(Pulse Frequency Modulation , PFM)和混和混 合調(diào)制式合調(diào)制式(PWM與與PFM)三種。三種。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-162 8.6.2 開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理開關(guān)式穩(wěn)壓電源的基本工作原理 8.6.2.1 開關(guān)穩(wěn)壓中換能電路的基本原理開關(guān)穩(wěn)壓中換能電路的基本原理 Uo + T uL UI Io + C1 + T

47、+ iL C2 + iC uE D RL e on T off T 開關(guān)管開關(guān)管 續(xù)流二極管續(xù)流二極管 儲能電感儲能電感濾波電容濾波電容 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-163 i U T D L 2 C L R o U 開關(guān)管T導(dǎo)通時的的等效電路 L i Ton u i U T D 2 C L R o U L 開關(guān)管T截止時的的等效電路 L i Toff u 控制脈沖的特點(diǎn)：控制脈沖的特點(diǎn)： 來自反饋控制電路來自反饋控制電路, 周期周期T恒定。恒定。 Ui為為高電平高電平(Ton期間期間)時，時， T T飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通， IE U u D

48、截止，截止， C C2 2充電、充電、L L儲能；儲能； Ui為為低電平低電平(Toff期間期間)時，時， T截止，截止， D導(dǎo)通，導(dǎo)通， C2、L放能。放能。 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-164 直流平均電壓直流平均電壓 i on io qU T T UU (8- 21) q稱為脈沖波形的占空比，即一個周期持續(xù)脈沖時間稱為脈沖波形的占空比，即一個周期持續(xù)脈沖時間 ton與周期與周期T之比值。之比值。 (8-22) T T TT T q on offon on 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8

49、-165 8.6.2.2 串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路的基本原理串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電路的基本原理 Uo + T uL UI Io + C1 + T + iL C2 + iC uE D RL e on T off T 開關(guān)管開關(guān)管 續(xù)流二極管續(xù)流二極管 控制脈沖控制脈沖 儲能電感儲能電感濾波電容濾波電容 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-166 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-167 工作波形 toff t t t 圖圖8-31 圖圖9-22中中uE(uD)、iL、uo的波形的波形 Imin ton Imax iL 0 Uo IO uo -UD 0 0 uE (uD) 電感電流電感電流iL 輸出電壓輸出電壓uo 射極電壓射極電壓uE 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 2021-8-168 串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源方框圖串聯(lián)開關(guān)穩(wěn)壓電源方框圖 脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制器采樣電路采樣電路 UO + T UI + L CD RL R 第第8 8章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)模