直流穩(wěn)壓電源

1、第七章直流穩(wěn)壓電源本章要求：了解直流穩(wěn)壓電源的組成、作用和主要技術(shù)指標(biāo); 掌握整流濾波電路的工作原理；掌握串、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理及應(yīng)用； 熟悉常用三端穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路。7.1 直流穩(wěn)壓電源概述7.1.1 直流穩(wěn)壓電源的組成與分類圖直流穩(wěn)壓電源的組成框圖1 .電源變壓器電源變壓器的作用是將交流電網(wǎng)提供的220v、50hz市電變成所需的交流電壓。2 .整流器整流器的作用是將 220v、50hz交流電變成單向脈動的直流電。3 .濾波器濾波器的作用是將整流所得的脈動直流電中的交流成分濾除。4 .穩(wěn)壓器穩(wěn)壓器的作用是將濾波電路輸出的直流電壓穩(wěn)定不變，即輸出直流電壓不隨電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。直

2、流穩(wěn)壓電源有三類： 一類是并聯(lián)式穩(wěn)壓電源；二類是晶體管串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓電源；三類是開關(guān)式穩(wěn)壓電源。7.1.2直流穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)1 .輸出電壓范圍通用穩(wěn)壓電源的輸出電壓通?？稍谝欢ǖ姆秶鷥?nèi)調(diào)節(jié)，且輸出電壓在該范圍內(nèi)連續(xù)可 調(diào)。2 .額定負(fù)載電流額定負(fù)載電流是穩(wěn)壓電源長時間工作所允許輸出的最大電流。3 .穩(wěn)定程度抗電網(wǎng)不穩(wěn)定度 sr是輸出直流電壓相對變化量與輸入交流電壓相對變化量之比，sr越小越好，通常為千分之幾。4 .電源內(nèi)阻5 .紋波電壓6 .2整流濾波電路7.2.1 整流電路1 .半波整流電路(1)工作原理圖7-2半波整流電路變壓器次級電壓u2=u2sincot,由于二極管的單向?qū)щ娦灾辉?/p>

3、許某半周的交流電通過二極管加在負(fù)載上，這樣負(fù)載電流只有一個方向，從而實現(xiàn)了整流。導(dǎo)通過程為： 當(dāng)次級繞組電壓極性上正下負(fù)時，vd導(dǎo)通，輸出電壓 uo與u2相同；而另一個半周期內(nèi)vd因加反向電壓不導(dǎo)通，rl上無電壓。(2)特點半波整流電路的優(yōu)點是電路簡單，元件少，缺點是交流電壓中只有半個周期得到利用， 輸出直流電壓低， uo0.45u 2。2 .全波整流電路(1)工作原理圖13全波整流電路在正半周(u2極性如標(biāo)識 與”和所示)時，由于變壓器有中心抽頭，a點電位最高，b點居中，c點最低，vd1加正向電壓導(dǎo)通， vd2加反向電壓截止，uo=u2,電流id1由點a經(jīng)vd1和rl至b點形成回路，方向由上

4、至下；在負(fù)半周( u2極性與前相反)時， c 點電位最高，b點居中，a點最低，vd2加正向電壓導(dǎo)通，vd1加反向電壓截止，u o= u 2,電流id1由點c經(jīng)vd2和rl至b點形成回路，方向由下至上。rl上的電流應(yīng)是正負(fù)半周 的合成，這樣就在 rl上獲得單方向脈動電流，由于整個周期均被利用，故稱全波整流，其輸出直流電壓uo=0.9u 2(2)特點輸出電壓高，輸出電流大，電源利用率高，但要求變壓器具有中心抽頭，體積大，笨 重，電路的利用率低，適用于大功率輸出場合。3 .橋式整流電路(1)工作原理圖14橋式整流電路當(dāng)u2為正半周(a端為 斗”，b端為 -)時， vd1和vd3因加正向電壓而導(dǎo)通，

5、而vd2、vd4因加反向電壓而截止，導(dǎo)通電流il由a端-vd1 f rl fvd3fb端，在rl上電流il的方向由上至下；當(dāng) u2為負(fù)半周(極性與前相反)時， vd2、vd4導(dǎo)通，vd1、vd3截止，導(dǎo)通電流由 b端-vd2frl fvd4fa端，在 rl上電流il的方向由下至上。 這樣在u2的一個周期內(nèi) vd1、vd3和vd2、vd4輪流導(dǎo)通，在rl上獲得同全波整流一樣 的脈動電流或電壓。(2)上的直流電壓和電流u科(3)整流元件的選擇正4(4)特點橋式整流電路具有變壓器利用率高、平均直流電壓高、整流元件承受的反壓較低等優(yōu)點，故應(yīng)用廣泛。7.2.2 濾波電路1 .電容濾波電路(1)濾波電路及

6、原理圖7-5橋式整流電容濾波電路在整流電路中的 rl兩端并聯(lián)一個大電容(一般為大容量電解電容)，就構(gòu)成了電容濾波 電路。在不加濾波電容的情況下，rl兩端的電壓波形為脈動直流電。接入濾波電容c后，在接通電源的瞬間，當(dāng) uab上升時，電容c兩端電壓跟隨上升，如圖中 oa段，在次級輸 入電壓的一個周期中，第二個1/4周期以及第三個1/4周期的部分時間內(nèi)，由于 uab小于電容c上電壓，而電容 c兩端電壓又不能突變，故電容 c上的電荷將通過 rl放電，直到圖 中b點，此后uab大于電容c上電壓，又開始對 c充電，如此繼續(xù)下去。可見，接入電容 c后，不但脈動大大變小，而且輸出直流電壓提高了。(2)特點電路

7、結(jié)構(gòu)簡單決定放電快慢的是時間常數(shù)是c&(35)工 2一輸出直流電壓一般為其=2)42 .電感濾波電路(1)電感濾波電路及原理圖，6橋式整流電感濾波電路電感也是一種儲能元件，當(dāng)電流發(fā)生變化時，l中的感應(yīng)電動勢將阻止其變化，使流過l中的電流不能突變。當(dāng)電流有變大的趨勢時，感生電流的方向與原電流方向相反，阻 礙電流增大，將部分能量儲存起來； 當(dāng)電流有變小的趨勢時， 感生電流的方向與原電流方向 相同，放出部分儲存能量，阻礙電流減小。于是使輸出電流與電壓的脈動減小。(2)特點通過二極管的電流不會出現(xiàn)瞬間值過大當(dāng)不考慮l的直流電阻時，l對直流無影響，對交流起分壓作用因l的直流電阻很小，負(fù)載上得到的輸出電壓

8、和純電阻負(fù)載相同uo=url = 0.9u23 .組合濾波電路如圖7-7所示為常見的組合濾波電路，或稱復(fù)式濾波電路，其工作原理是上述兩種 濾波電路的組合一）上印謔波tcll型海波c i /w ii里波波d電j ；也破電路圖77常見組合濾波電路4 .3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路4.1.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路及穩(wěn)壓原理1 .穩(wěn)壓電路圖7.8穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2 .穩(wěn)壓原理（1）電網(wǎng)電壓波動時，使 ui變化時的穩(wěn)壓過程uq (2)負(fù)載電流io(負(fù)載電阻rl)變化時的穩(wěn)壓過程/g t f j t f 踩 t f i f 4 f j i f i“ t-3 .穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點優(yōu)點是電路簡單，工作可靠，穩(wěn)壓效果也較好。缺點

9、是：輸出電壓的大小要由穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值來決定，不能根據(jù)需要加以調(diào)節(jié)；負(fù)載電流io變化時，要靠iz的變化來補(bǔ)償,izmin v izv izmax而iz的變化范圍僅在izmin和izmax之間，負(fù)載變化??；再是電壓穩(wěn)定度不夠高，動態(tài)內(nèi) 阻還比較大（約幾歐到幾十歐姆） 7.3.2 限流電阻的計算 選擇限流電阻應(yīng)遵從的條件為：限流電阻r應(yīng)在其可選的最大值與最小值之間選取l&皿k 一 口零7.4串聯(lián)型穩(wěn)壓電源7.4.1電路原理圖7/0串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理示意圖uo=ui-ur,若ui增加，會引起 uo增加，可調(diào)節(jié)可變電阻 r,使壓降ur加大, ui的增量完全可以通過調(diào)整由r分走，使uo基本不變，從而達(dá)到穩(wěn)

10、壓的目的；反之，若ui減小，會引起uo減小，可調(diào)節(jié)可變電阻 r使壓降ur減小，使uo基本不變，從而也達(dá) 到穩(wěn)壓的目的。但是這種調(diào)整不能靠手動去完成，必須使 r能自動調(diào)節(jié)。常用的方法是用 晶體三極管的uce去代替ur,如圖7-10b)所示。改變基極電流ib, ic、uce也會隨之而 變，從而使uce隨ib的控制而變化 。 7.4.2串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 1.電路組成(1)調(diào)整電路：作用是調(diào)節(jié)自身的壓降，保證輸出電壓不變；(2)比較放大電路：將輸出電壓同參考電壓比較后所得的控制信號加以放大；(3)基準(zhǔn)電壓電路：獲得恒定不變的電壓，作為比較輸出電壓變化與否的標(biāo)準(zhǔn)；(4)取樣電路：用于取出一部分輸出電

11、壓。bl_圖71串聯(lián)型穩(wěn)壓電路2 .穩(wěn)壓原理(1)當(dāng)ui減小而rl不變時，電路可使 uo基本不變。其穩(wěn)壓過程如下:ui j f a i f “二 i 一匕 i f a二 t 一“隙 tia t -“ei i -/cit -t (2)當(dāng)ui不變而rl增大時，電路可使 uo基本不變。其穩(wěn)壓過程如下：rt f du-以亓 一改口1 一s 4 lfei t jici ij /bi i3 .輸出電壓的調(diào)整方法從電路上看，可將rw分為上下兩部分，分別同r1、r2合二為一成r1和r2, 在忽略vt2基極電流的情況下，流過 r1和r2中的電流近似相等 。自1+次卬+自2只要對rw進(jìn)行調(diào)整，則可得到不同的輸出電

12、壓uo4 .4.3影響輸出電壓穩(wěn)定的因素1 .取樣電路的影響必須保持取樣電壓只與輸出電壓有關(guān)，選取樣電阻時，要選擇溫度特性好、精度高的電阻。2 .基準(zhǔn)環(huán)節(jié)的影響輸出電壓uo的大小與uz有關(guān)，必須保持 uz恒定，才能使uo穩(wěn)定。3 .比較放大環(huán)節(jié)的影響一般要求比較放大電路的放大倍數(shù)大、穩(wěn)定、零漂要小，才能提高輸出電壓的穩(wěn)定度。4 .調(diào)整管的影響調(diào)整靈敏度要高，取決于比較放大環(huán)節(jié)提供的推動電流的大小，在 io較大的場合, 單級比較放大器不能提供足夠的推動電流。5 .5三端集成穩(wěn)壓電路5.1.1 結(jié)構(gòu)框圖安全fl快護(hù)也快斑大也稀過ml保護(hù) 過熱保井圖7-12三端集成穩(wěn)壓電路組成框圖三端集成穩(wěn)壓電路只

13、有三個引出端：輸入端、輸出端和公共端(調(diào)整端)，使用十分方便。5.1.2 三端集成穩(wěn)壓器的類型1 .三端固定電壓穩(wěn)壓器(1)三端固定正電壓穩(wěn)壓器(2)三端固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器2 .三端可調(diào)電壓穩(wěn)壓器(1)三端可調(diào)正電壓穩(wěn)壓器(2)三端可調(diào)負(fù)電壓穩(wěn)壓器7.5.3三端集成穩(wěn)壓電路的應(yīng)用1 .品種選擇方法選擇合適的類型、對不同使用場合，選擇不同的參數(shù)、是否需要附加功能2 .使用中的注意事項3 .應(yīng)用電路舉例(1)固定輸出正電壓輸入端加短路保護(hù)的穩(wěn)壓器，如圖 7-13所示，圖中的c1、c2 為高頻旁路電容，可抑制電路引入的高頻干擾。(2)擴(kuò)展輸出電壓的穩(wěn)壓器，如圖 7-14所示，圖中的穩(wěn)壓管也可用電阻r代替。圖7一 13輸入端加短路保護(hù)的穩(wěn)壓器圖7-14擴(kuò)展輸出電壓的穩(wěn)壓器(3)用pnp型大功率管擴(kuò)展輸出電流的穩(wěn)壓器，如圖 7-15所示。輸出電流為晶 體三極管的集電極電流與穩(wěn)壓塊的輸出電流之和。(4)輸出電壓連續(xù)可調(diào)的集成穩(wěn)壓器，如圖 7-16所示。圖中vd1、vd2都是用于 保護(hù)集成穩(wěn)壓內(nèi)的調(diào)整管，改變rw的阻值，可使輸出電壓在一定范圍內(nèi)變化。圖7-15擴(kuò)展輸出電流的穩(wěn)壓器圖116輸出電壓連續(xù)可調(diào)的集成穩(wěn)壓器(5)圖7-17為三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器cw317的基本應(yīng)用電路，其輸出電壓uo=1.2(1