沈連豐模電助學(xué)A直流穩(wěn)壓電源PPT課件

1、電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路: 將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能直流穩(wěn)壓電源的組成和功能整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo第1頁(yè)/共53頁(yè)9.1 整流與濾波電路整流與濾波電路1.半波整流電路半波整流電路二極管導(dǎo)通，uL=u2二極管截止, uL=0+io+u2 0 時(shí):u20時(shí):一一. 單相整流

2、電路單相整流電路u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD第2頁(yè)/共53頁(yè)主要參數(shù)：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）輸出電流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL ）（ tduULL 2021（1）輸出電壓平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u 第3頁(yè)/共53頁(yè)（3）流過(guò)二極管的平均電流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）二極管承受的最高反向電壓：+12L+uR-L1u2u220VDIL 第4頁(yè)/共53頁(yè)220 V1212R2+Luuu2L1DD22.全波整流電路全波整

3、流電路+原理：+變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓u2當(dāng)u2正半周時(shí)， D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)， D2導(dǎo)通，D1截止。第5頁(yè)/共53頁(yè)全波整流電壓波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLR第6頁(yè)/共53頁(yè)uL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 主要參數(shù)：（2）輸出電流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）輸出電壓平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRIL第7頁(yè)/共53頁(yè)uD 2 0 t（3）流過(guò)二極管的平均電流：ID = IL/2（4

4、）二極管承受的最高反向電壓：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 第8頁(yè)/共53頁(yè)3. 橋式整流電路橋式整流電路（1）組成：由四個(gè)二極管組成橋路）組成：由四個(gè)二極管組成橋路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周時(shí)正半周時(shí): :D1 、D3導(dǎo)通導(dǎo)通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL第9頁(yè)/共53頁(yè)+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2負(fù)半周時(shí)：負(fù)半周時(shí)： D2、D4 導(dǎo)通導(dǎo)通， D1 、D3截止截止u2ttuL第10頁(yè)/共53頁(yè)輸出電壓平均值：UL=0.9u2輸出電流平均值:IL= UL/RL =

5、0.9 u2 / RL 流過(guò)二極管的平均電流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要參數(shù)：二極管承受的最大反向電壓：二極管承受的最大反向電壓：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-第11頁(yè)/共53頁(yè)脈動(dòng)系數(shù)1:用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)橋式整流的輸出 uL 分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttuuL uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值輸出電壓平均值輸出電壓平均值LLACLLACUUUUS11 67. 032223242211 uuUUSLLAC第12頁(yè)/共53頁(yè)集成硅整流橋：u2uL+ +- +第13頁(yè)/共53頁(yè)1. 電容濾波電容濾波二、濾波電路二、濾波

6、電路+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C第14頁(yè)/共53頁(yè)（1）空載（RL=）時(shí)：u2tuLtuc=uL+41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC時(shí)：二極管導(dǎo)通，C充電u2 uC時(shí)：二極管截止，C放電。由于RL=，無(wú)放電回路，所以u(píng)C保持。22uuuCL 第15頁(yè)/共53頁(yè)（2）接入RL（且RLC較大）時(shí)u2tiDtu2 uC時(shí)：二極管導(dǎo)通，C充電u2 uC時(shí)：二極管截止，C放電。二極管中二極管中的電流的電流uc= uL+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc第16頁(yè)/共53頁(yè)近似估算: UL=1.2U2(b) 流過(guò)二極管瞬時(shí)電流

7、很大整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大電容濾波電路的特點(diǎn)：(a) UL與RLC的 關(guān)系：RLC 愈大 C放電愈慢 UL(平均值)愈大RLC 較大一般?。?T:電源電壓的周期)TCRL)105( u2tiDtuc= uL第17頁(yè)/共53頁(yè)+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL2. 電感濾波電路電感濾波電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L。輸出電壓平均值: UL=0.9U2對(duì)諧波分量: f 越高，XL 越大,電壓大部分降在電感上。 因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。對(duì)直流分量: XL=0 相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL

8、上第18頁(yè)/共53頁(yè)3. 其它濾波電路其它濾波電路 為進(jìn)一步改善濾波特性，可將上述濾波電路組合為進(jìn)一步改善濾波特性，可將上述濾波電路組合起來(lái)使用。起來(lái)使用。LC濾波電路濾波電路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型濾波電路型濾波電路第19頁(yè)/共53頁(yè)9.2 串聯(lián)式穩(wěn)壓電路串聯(lián)式穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用: :交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流整流濾波濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓穩(wěn)壓直流電壓第20頁(yè)/共53頁(yè)一一. 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)常用以下參數(shù)來(lái)說(shuō)明穩(wěn)壓電源的質(zhì)量：1、穩(wěn)壓系數(shù)00IIOOO / TIUUUU 2、輸出電阻00OOoI TUIUR3、溫度系數(shù)00OOI I

9、UTTUS輸出電壓：)(OIOTIUfU， 第21頁(yè)/共53頁(yè)二. . 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1. 1. 穩(wěn)壓原理利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。 由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax第22頁(yè)/共53頁(yè)穩(wěn)壓原理：穩(wěn)壓原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 當(dāng)輸入電壓變化時(shí)UiUZUoUoURIIZIRU i由圖知：第23頁(yè)/共53頁(yè)(2)(2)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)穩(wěn)壓過(guò)程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI第24頁(yè)/共

10、53頁(yè)2、限流電阻的計(jì)算（1 1）當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)I IZ Z不應(yīng)小于I IZminZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI第25頁(yè)/共53頁(yè) （2 2）當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)I IZ Z不應(yīng)超過(guò)I IZmaxZmax，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：第26頁(yè)/共53頁(yè)三. . 串聯(lián)式穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)

11、：（1 1）帶負(fù)載能力差（2 2）輸出電壓不可調(diào)改進(jìn)：（ 1 1 ） 提 高 帶 負(fù) 載 能力在輸出端加一射極輸出器UO=UZ-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo第27頁(yè)/共53頁(yè)改進(jìn)：（2 2）使輸出電壓可調(diào)在射極輸出器前加一帶有負(fù)反饋的放大器。 調(diào)節(jié)反饋系數(shù)即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)UO=AUFUZ-0.7V為了進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRR第28頁(yè)/共53頁(yè)由四部分組成：由四部分組成：基準(zhǔn)電壓、調(diào)整管、取樣電路、放大比較環(huán)節(jié)。1. 1. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成+DzzUR+AR2UURRf1-+L+oT-+

12、-iU基 準(zhǔn) 電 壓調(diào) 整 管取 樣 電 路放 大 比 較 環(huán) 節(jié)第29頁(yè)/共53頁(yè)2.2.工作原理工作原理（1 1）輸入電壓變化時(shí)實(shí)質(zhì)：實(shí)質(zhì)：電壓負(fù)反饋QvCE/ViC/mAQ+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1UiUfUoUoUo1UCE第30頁(yè)/共53頁(yè)（2 2）負(fù)載電流變化時(shí)+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1ILUo1UoUCEUoUf第31頁(yè)/共53頁(yè)3.3.輸出電壓的計(jì)算REF221REFREFufO1=URRRUFUAUV 可見(jiàn)，調(diào)節(jié)R1或R2可以改變輸出電壓。用負(fù)反饋的理論計(jì)算：212ofV=RRRUUF +o1+DzUR2REF+

13、UUo-f-T-R+L1Ri+AUUR第32頁(yè)/共53頁(yè)舉例： 分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU基準(zhǔn)電壓取樣電路調(diào)整管放大比較環(huán)節(jié)第33頁(yè)/共53頁(yè)穩(wěn)壓原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3 （UB2 ）Uo當(dāng) Ui 增加或輸出電流減小使 Uo升高時(shí)動(dòng)畫(huà)演示VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24

14、330220UB1UB2B3UZUOUIU第34頁(yè)/共53頁(yè)(3) 輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUOP434BE3ZURRRRUU 因?yàn)椋?P43BE3ZO)(RRRRUUU 所以：第35頁(yè)/共53頁(yè)將參數(shù)代入，可將參數(shù)代入，可求出輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。求出輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k2

15、4330220UB1UB2B3UZUOUIUV77.34 .322022024)(4p43BE3ZOmin RRRRUUUV8.94.322033022024)(4p43BE3ZOmax RRRRUUUEWB演示穩(wěn)壓電源第36頁(yè)/共53頁(yè)9.3 集成串聯(lián)式穩(wěn)壓電路集成串聯(lián)式穩(wěn)壓電路一一. 帶隙基準(zhǔn)電壓源帶隙基準(zhǔn)電壓源-+-2R3RT3T2T1iuREFU1RI1I2I32BE1BE2BE1=-RIUUU 21T22T11Tlnlnln=IIUIIUIIUESES 電阻R R2 2上的壓降：2132T23BE222lnIIRRURRURIU 所以，輸出的基準(zhǔn)壓：2BE3REFUUU 2132TB

16、E3lnIIRRUU 當(dāng) 時(shí)TREF3V25.1UU 溫度系數(shù)為0 0。特點(diǎn)：溫度特性好。第37頁(yè)/共53頁(yè)C16VCC_CIRCLEDRT9RR34516920T87R7R13Z1TR13RTR1RTR10D公公 共共 端端2TR1211136VCC_CIRCLE1711T1514TRTRR1412TR219TRT1510VCC_CIRCLET4RRRT輸輸 入入 端端6RT18Z2TFU5T輸輸 出出 端端81217二. 三端固定式集成穩(wěn)壓器 調(diào)整管過(guò)壓保護(hù)過(guò)熱保護(hù)啟動(dòng)電路取樣電路基準(zhǔn)電壓源過(guò)流保護(hù)放大比較環(huán)節(jié)第38頁(yè)/共53頁(yè)電路組成及工作原理：電路組成及工作原理：1. 啟動(dòng)電路啟動(dòng)電路

17、 由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和R 18組成。上電后，R 4、D Z1先導(dǎo)通，使得T12和T13導(dǎo)通，隨后T8和T9也導(dǎo)通，整個(gè)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。這時(shí)R 1上壓降增加，使T13截止?fàn)顟B(tài)，切斷了輸入回路與基準(zhǔn)源之間的聯(lián)系。2. 基準(zhǔn)電壓源基準(zhǔn)電壓源由T1T7管和電阻R1R3組成的帶隙基準(zhǔn)電壓源。2C2BE6BE5BE4BE3FRIUUUUUC2C1T322C2lnIIURRRI1C1BE1BE72C2BE4BE3C7RIUURIUUU 根據(jù)前面對(duì)帶隙基準(zhǔn)電壓源的分析可知：T7管的集電極電位： 因此，有： 12C2C1RRII 整理可得： 12T32BE3F

18、ln4RRURRUU 第39頁(yè)/共53頁(yè)3. 放大比較環(huán)節(jié)：放大比較環(huán)節(jié)： 由T3和T4管組成的復(fù)合管構(gòu)成，電流源T9作它的有源負(fù)載。T3和T4管既是基準(zhǔn)電壓電路的一部分，又是比較放大器的放大管。取樣電壓UF疊加在基準(zhǔn)電壓上。輸出電壓：4. 調(diào)整環(huán)節(jié)：調(diào)整環(huán)節(jié)： 由T16和T17組成的復(fù)合管，是整個(gè)電路的調(diào)整管。其集電極接整流濾波電路的輸出，其發(fā)射極通過(guò)R 11接負(fù)載電阻R L，可以輸出較大的電流。）（1920FO1RRUU5. 保護(hù)電路：保護(hù)電路： 過(guò)流保護(hù)電路由R11和T15組成。 調(diào)整管安全區(qū)保護(hù)電路由R13，DZ2和T15組成。 過(guò)熱保護(hù)電路由DZ1、R7和T14組成。當(dāng)芯片內(nèi)部的溫度

19、超過(guò)允許的最大值時(shí)，R7的壓降也增大，而U BE14卻減小，使得T14管導(dǎo)通。其集電極電流IC14使得T16管的基極電流分流，從而限制了T16和T17管的電流，芯片功耗也會(huì)隨之降低，起到過(guò)熱保護(hù)的作用。第40頁(yè)/共53頁(yè) 常用的集成三端穩(wěn)壓器的外形及類型常用的集成三端穩(wěn)壓器的外形及類型類型：類型：W7800系列系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓 W7805 輸出輸出+5V W7809 輸出輸出+9V W7812 輸出輸出+12V W7815 輸出輸出+15V W7900系列系列 穩(wěn)定負(fù)電壓穩(wěn)定負(fù)電壓 W7905 輸出輸出-5V W7909 輸出輸出-9V W7912 輸出輸出-12V W7915 輸出

20、輸出-15V1端: 輸入端2端: 公共端3端: 輸出端123第41頁(yè)/共53頁(yè)+UOW781522C311CUi1. 基本使用方法基本使用方法+20V+15V注意：輸入電壓Ui一般應(yīng)比輸出電壓端Uo高3V以上。二. 三端固定式集成穩(wěn)壓器的使用 C1、C2的作用：防止自激振蕩，減小高頻噪聲、改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)。第42頁(yè)/共53頁(yè)2. 輸出正負(fù)電壓+C21CW7812W79121CC2+-+-iUUO 1O 2U-+132第43頁(yè)/共53頁(yè)3. 輸出電壓可調(diào)XX212OOURRRUU由：XXURRU)1 (120可得：uuW78122R2C1COUUi-+1R132第44頁(yè)/共53頁(yè) 4.4.擴(kuò)大

21、輸出電流 T 1是擴(kuò)大輸出電流的大功率BJT，T 2管是T1的保護(hù)管。當(dāng)輸出電流較小，R 2上的壓降也較小，T1、T2管都不導(dǎo)通。 IO= I 當(dāng)輸出電流大于三端穩(wěn)壓器的輸出電流時(shí)，使R 2上的壓降變大，T 1導(dǎo)通。 I O=I+IC1 uuW7815UOR12RiU1TT2C1C2C1IIOI第45頁(yè)/共53頁(yè)1.三端可調(diào)式穩(wěn)壓器W117的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：三. 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器 REF211OOURRRUU121REFORRRUU電阻R 1和R 2為外接電阻，忽略基準(zhǔn)源電流，則有：+比較放大+基準(zhǔn)電源保護(hù)電路1I2IT1R2RUoiUREFU第46頁(yè)/共53頁(yè)電容C 1 ：防止自激。電容C 2

22、：減小電阻R 2上的電壓波動(dòng)。D1、 D2：保護(hù)二極管。三. W117的基本應(yīng)用電路 +W1172R1R1C2CoUiUD11D第47頁(yè)/共53頁(yè)串聯(lián)式穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓性能好，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)：它的調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，功耗大，輸出效率低，只有2040；輸出電壓總是小于輸入電壓，兩者極性也只能是相同的。9. 4 集成開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路 為了提高效率，讓調(diào)整管工作在開(kāi)關(guān)（飽和、截止）狀態(tài)開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電路 第48頁(yè)/共53頁(yè)T開(kāi)關(guān)管；LC濾波環(huán)節(jié)；D續(xù)流二極管， R1、R 2取樣電阻；誤差放大器、電壓比較器、三角波發(fā)生器和基準(zhǔn)電源組成開(kāi)關(guān)管的脈寬調(diào)制控制環(huán)節(jié)。1 .脈寬調(diào)制式開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu) +12RTU-oL+電 壓 比 較 器+A誤 差 放 大 器基 準(zhǔn)