直流穩(wěn)壓電源

1、第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 第第5章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 本章在介紹直流穩(wěn)壓電源的組成后，分別介紹：整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路的電路構(gòu)成、工作原理和特點(diǎn)。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/20225.1 整流電路整流電路5.2 濾波電路濾波電路5.3 濾波電路濾波電路第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 直流電源一般由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路等四部分組成，其框圖如圖5.1所示，各部分作用介紹如下。 電源變壓器的作用是為用電設(shè)備提供所需的交流電壓；整流電路和濾波電路的作用是把交流電變換成平滑的直流電；穩(wěn)壓電路的作用是克服電網(wǎng)電壓、負(fù)載及溫度變化所引

2、起的輸出電壓的變化，提高輸出電壓的穩(wěn)定性。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.1 直流電源組成方框圖 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 5.1 整流電路整流電路 5.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路 整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦园呀涣麟娮儞Q成直流電。單相整流電路可分為半波、全波、橋式等類型。下面介紹半波和橋式整流電路。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 單相半波整流電路如圖5.2所示。它由整流變壓器Tr，整流元件二極管VD及負(fù)載電阻RL組成。變壓器將電網(wǎng)交流電壓變換成整流電路所需的交流電壓，設(shè)整流變壓器的副邊電壓為 為討論方便，可認(rèn)為變壓器和二極管是理想器件，即變壓器的

3、輸出電壓穩(wěn)定，二極管的正向?qū)▔航悼珊雎圆挥?jì)。圖5.2 單相半波整流電路tUusin2221. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 由于二極管VD的單向?qū)щ娦裕趗2的正半周，其極性是上正下負(fù)，即a點(diǎn)的電位高于b點(diǎn)，二極管因承受正向電壓而導(dǎo)通。這時(shí)負(fù)載電阻RL上通過的電流為io，兩端的電壓為uo。在u2的負(fù)半周，其極性是上負(fù)下正，即a點(diǎn)的電位低于b點(diǎn)，二極管因承受反向電壓而截止。負(fù)載電阻RL上沒有電壓。因此在負(fù)載電阻RL上得到的是半波整流電壓uo。負(fù)載電阻RL及二極管VD對(duì)應(yīng)于變壓器副邊電壓的波形如圖5.3所示。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.

4、3 單相半波整流電路電壓、電流的波形第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 2222020oo45. 02)(dsin221)(d21UUttUtuUL2LoVo45. 0RURUII 2負(fù)載上直流電壓和直流電流的計(jì)算負(fù)載上直流電壓和直流電流的計(jì)算 直流電壓是指一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)電壓的平均值。 半波整流電路輸出電壓的平均值Uo為：流過負(fù)載和二極管的平均電流為：（5-2）（5-1） 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 3. 二極管的選擇二極管的選擇 由圖5.3可知，流過整流二極管的平均電流Iv與流過負(fù)載的電流Io相等，故二極管的選擇應(yīng)滿足： （5-3） 當(dāng)二極管截止時(shí)，它承受的反向峰值電壓URM是變

5、壓器次級(jí)電壓的最大值，因此在選用二極管時(shí)應(yīng)保證： （5-4） 半波整流電路雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所用元件少，但輸出電壓脈動(dòng)大，整流效率低，只適用于要求不高的場(chǎng)合。2FvoL0.45UIIIRRRM22UUU第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 5.1.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路 1. 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 單相橋式整流電路有如圖5.4所示的幾種畫法，它由4個(gè)整流二極管構(gòu)成橋形，整流橋的接線規(guī)律是同極性端接負(fù)載，異極性端接電源。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.4 單相橋式整流電路第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 下面以圖5.5為例來介紹單相橋式整流電路的工作原理，

6、單相橋式整流電路由電源變壓器Tr，二極管VD1,VD2,VD3,VD4和負(fù)載電阻RL組成。設(shè)變壓器副邊電壓為圖5.5 單相橋式整流電路的工作原理222sinuUt第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 在u2的正半周，其極性是a端為正、b端為負(fù)，則整流元件VD1和VD3導(dǎo)通，VD2和VD4截止，電流就從變壓器副邊的a端出發(fā)，流經(jīng)負(fù)載RL而由b端返回。RL得到u2的正半周電壓，即： aVD1RLVD3b 在u2的負(fù)半周，其極性是b端為正、a端為負(fù)，則整流元件VD2和VD4導(dǎo)通，VD1和VD3截止，電流就從變壓器副邊的b端出發(fā)，流經(jīng)負(fù)載RL而由a端返回。RL得到u2的負(fù)半周電壓，即： bVD2 RL

7、 VD4 a 由此可見，當(dāng)電源電壓u2交變1周時(shí)，整流元件在正半周和負(fù)半周輪流導(dǎo)通。通過負(fù)載的電流和整流輸出電壓的波形如圖5.6所示。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.6 單相橋式整流電路電壓、電流的波形 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 2. 負(fù)載負(fù)載上直流上直流電壓電壓和直流和直流電電流的流的計(jì)計(jì)算算 與半波整流相比，橋式整流后輸出電壓的平均值是半波整流時(shí)的2倍，即 （5-5） 通過負(fù)載的電流平均值 （5-6） 22o9 . 0245. 0UUUL2Loo9 . 0RURUI第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 由于每個(gè)二極管只有半個(gè)周期導(dǎo)通，所以通過各個(gè)二極管的電流平均值為負(fù)

8、載電流的一半，故二極管的選擇應(yīng)滿足： （5-7） 當(dāng)二極管截止時(shí)，它所承受的最高反向工作電壓就是變壓器副邊電壓的最大值，因此在選用二極管時(shí)應(yīng)保證 （5-8） 2RM2UU2FvoL10.452UIIIR第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 例例5.1 有一直流負(fù)載，要求電壓為Uo=36V，電流為Io=10A，交流電壓為220V，采用單相橋式整流電路。 試求：試求：（1）選用所需的整流元件； （2）VD2因故損壞開路時(shí)的Uo和Io，并畫出波形； （3）若VD2短路，會(huì)出現(xiàn)什么情況。 （4）求整流變壓器變比和（視在）功率容量。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 解：解：（1）根據(jù)給定的條件Io

9、=10A，整流元件所通過的電流為 變壓器副邊電壓有效值 整流元件所承受的最大反向工作電壓 因此選用的整流二極管，必須是額定整流電流大于5A、最高反向工作電壓大于56V的二極管?？蛇x用額定整流電流為10A、最高反向工作電壓為100V的2CZ10C型整流二極管。 A5102121oVIIV409 . 0369 . 0o2UUV56404 . 122RMUU第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （2）當(dāng)VD2開路時(shí)，在u2正半周只有VD1和VD3導(dǎo)通，而u2負(fù)半周時(shí)VD4也因VD2開路而不通，故電路只有半個(gè)周期是導(dǎo)通的，相當(dāng)于半波整流電路。輸出電壓、電流均為橋式整流電路的一半，所以有 Uo=0.45

10、U2=0.4540=18V 而負(fù)載電阻 輸出uo和io波形如圖5.7所示。圖5.7 例5.1的圖631036ooL.IURA56 . 318LooRUI第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （3）當(dāng)VD2短路時(shí)，在u2正半周電流的流向?yàn)?aVD1VD2b 由于二極管的導(dǎo)通壓降只有0.7V，因此變壓器副邊相當(dāng)于短路，電流迅速增加，容易燒壞變壓器和二極管。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （4）考慮到變壓器副邊繞組及管子上的壓降，變壓器副邊電壓大約要高出10%，即 =401.1=44V 則變壓器變比 變壓器副邊電流為：I=Io1.1=101.1=11A 乘1.1倍主要是考慮變壓器損耗。 故整流

11、變壓器（視在）功率容量為： S= I=4411=484 VA2U12220544UkU2U第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 整流元件的組合稱為整流堆，常見的有半橋2CQ型整流堆和全橋QL型整流堆，它們的內(nèi)部電路及外形見圖5.8所示。使用一個(gè)全橋整流堆或連接兩個(gè)半橋整流堆，就可以代替四只整流二極管與電源變壓器相連，組成橋式整流電路，既方便又可靠。選用時(shí)仍應(yīng)注意它們的額定工作電流值和允許的最高反向電壓值要符合整流電路的要求。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.8 半橋和全橋整流堆 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 *5.1.3 三相橋式整流電路三相橋式整流電路 三相橋式整流電路如圖5

12、.9（a）所示，它共有六個(gè)整流二極管，在三相電壓u2U、u2V、u2W的變化過程中，VD1、VD2、VD3中陽極接到電位最高一根端線的二極管導(dǎo)通，其余則處于反偏截止?fàn)顟B(tài)；VD4、VD5、VD6中陰極接到電位最低一根端線的二極管導(dǎo)通，其余反偏截止。這一瞬時(shí)的輸出電壓是導(dǎo)通的兩個(gè)二極管所接端線線電壓的瞬時(shí)值。從圖5.9（b）的波形圖中可以看到，輸出電壓為直流脈動(dòng)電壓，但其波形十分接近平直。流過RL的電流總是從上向下同一方向的直流。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.9 三相橋式整流電路 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 經(jīng)推導(dǎo)可得（推導(dǎo)過程略）： （5-9） （5-10） （5-11）

13、（5-12） 三相橋式整流電路用于大功率的整流設(shè)備，如電解、電鍍、電焊以及給直流電動(dòng)機(jī)供電的整流電路。o22.34UUooLUIRvo13IIRM22232.45UUU第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 5.2 濾波電路濾波電路 整流電路雖然把交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，但是所得到的輸出電壓是脈動(dòng)的直流電，為了獲得平滑的直流電，需要在整流電路后加濾波器，以減小輸出電壓的脈動(dòng)成分。下面介紹濾波電路。 1. 電容濾波電路電容濾波電路 電容濾波電路如圖5.10（a）所示，它是在整流電路輸出端與負(fù)載之間并聯(lián)了一個(gè)大容量的電容。 其工作原理是利用了電容兩端的電壓在電路狀態(tài)改變時(shí)不能躍變的特性。設(shè)電容初始電壓為

14、0，接通電源時(shí)，變壓器副邊電壓u2 由0開始上升，二極管VD1，VD3導(dǎo)通，電源向負(fù)載RL供電的同時(shí)，也向電容C充電，uo = uC = u2，達(dá)峰值后u2減小，當(dāng)uo u2時(shí)，二極管VD1,VD3提前截止，電容C通過RL放電，直到u2負(fù)半周uo = u2，此后電源通過VD2，VD4向負(fù)載RL供電，同時(shí)又給電容C充電，如此周而復(fù)始。圖5.10（b）所示為輸出電壓波形。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.10 電容濾波第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 電容濾波器的輸出電壓在工程上一般采用估算公式： Uo = 1.2 U2 （5-13） 加入電容濾波后，二極管導(dǎo)通角小于，導(dǎo)通時(shí)間縮短了

15、，流過二極管的瞬間電流很大，對(duì)整流二極管的整流電流選擇提高了，最好是原來的2倍。選管時(shí)，應(yīng)滿足 Fvo2III （5-14） 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 加入濾波電容C是為了得到較好的濾波效果，單相橋式整流電路要求放電時(shí)間常數(shù) 應(yīng)大于u2的周期T，一般選取 （5-14） 在已知負(fù)載電阻RL的情況下，便可估算電容C，常選用容量為幾十微法以上的電解電容，電解電容有極性，接入電路時(shí)不能接反，電容的耐壓應(yīng)大于 。 ()253=LTCR22U第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 例例5.2 有一單相橋式整流電容濾波電路。負(fù)載電阻RL = 200，要求直流輸出電壓Uo= 30V，試選擇合適的整流

16、二極管及濾波電容器（交流電源頻率為50Hz）。 解：解：（1）選擇整流二極管。流過每個(gè)二極管電流的平均值為：oovL30075mA222200IUIR 根據(jù)式（11-13），取Uo = 1.2U2，所以變壓器副邊電壓的有效值為：o23025V1.21.2UU 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 二極管所承受的最高反向電壓為：RM2222535VUU 根據(jù)IV和URM的數(shù)值，可選用2CZ53B二極管，它的最大整流電流為300mA，最高反向工作電壓為50V。（2）選濾波電容器。根據(jù)式（5-15），取L0.02550.05s22TR C L0.050.05250 F200CR電容耐壓應(yīng)大于 223

17、5VU 故可選用330F/50V的電解電容器。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 例例5.3 在橋式整流電容濾波電路中，變壓器副邊電壓U2=20V，負(fù)載電阻RL=40，電容C=1000F，試問：（1）正常時(shí)Uo的值為多少？（2）如果測(cè)得Uo為下列數(shù)值，可能出了什么故障? Uo=18V； Uo=28V， Uo=9V。 解：解：（1）正常時(shí)，Uo的值應(yīng)為： Uo=1.2U2=1.220=24V （2）Uo為下列數(shù)值時(shí)： 當(dāng)Uo=18V時(shí)，Uo=0.9U2，成為橋式整流不加電容濾波的情況，故可判定電容C開路。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 當(dāng)Uo=28V時(shí)，Uo=1.4U2，屬于RL=時(shí)

18、的情況，故可判定是負(fù)載電阻開路。 當(dāng)Uo=9V時(shí)，Uo=0.45U2，成為半波整流不加電容濾波的情況，故可判定是4只二極管中有1只開路，同時(shí)電容器C也開路。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 2. 電感濾波電路電感濾波電路 電感濾波電路如圖5.11所示，電感L起著阻止負(fù)載電流變化使之趨于平直的作用。在電路中，當(dāng)負(fù)載電流增加時(shí)，自感電動(dòng)勢(shì)將阻礙電流增加，同時(shí)把一部分能量存儲(chǔ)于線圈的磁場(chǎng)中；當(dāng)電流減小時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)將阻止電流的減小，同時(shí)把存儲(chǔ)的能量釋放出來，從而使輸出電壓和電流的脈動(dòng)減小，達(dá)到濾波的目的。 從整流電路輸出的電壓中，其直流分量由于電感L近似于短路而全部加到負(fù)載RL的兩端，即Uo=0.

19、9U2。交流分量由于電感L的感抗遠(yuǎn)大于負(fù)載電阻從而大部分降落在電感上，負(fù)載RL上只有很小的交流電壓。這種電路一般只用于大電流、低電壓的場(chǎng)合。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 圖5.11 電感濾波電路第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 3復(fù)式濾波電路復(fù)式濾波電路 復(fù)式濾波電路是將電容濾波與電感濾波組合，可進(jìn)一步減少脈動(dòng)，提高濾波效果。常用的有LC濾波器、 型LC濾波器、 型RC濾波器等。 （1）LC濾波器。如圖5.12（a）所示的是LC濾波器，它經(jīng)電感濾波后，再接一級(jí)電容濾波。雙重濾波后輸出的電壓更加平直。 （2） 型濾波器。如圖5.12（b）所示的為 型LC濾波器，它經(jīng)電容濾波后，再接一

20、級(jí)LC濾波。由于電容C1，C2對(duì)交流的容抗很小，電感對(duì)交流的阻抗很大，因此負(fù)載上的電壓將會(huì)變得更加平滑。若負(fù)載RL上的電流較小時(shí)，也可用電阻R代替電感L，從而組成 型RC濾波電路，如圖5.12（c）所示。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.12 復(fù)式濾波電路第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 5.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 經(jīng)過整流和濾波后的電壓往往會(huì)隨交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變化而變化。而電壓的不穩(wěn)定有時(shí)會(huì)產(chǎn)生測(cè)量和計(jì)算的誤差，引起控制裝置的工作不穩(wěn)定，因此需要穩(wěn)定的直流電源。常在整流濾波后加入穩(wěn)壓環(huán)節(jié)。 5.3 .1 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 如圖5.10所示的是硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電

21、路（注意：穩(wěn)壓管必須反接在電路中）。經(jīng)過橋式整流和電容濾波得到直流電壓Ui，再經(jīng)過限流電阻R和穩(wěn)壓管VDZ構(gòu)成的穩(wěn)壓電路接到負(fù)載RL上，負(fù)載RL上得到的就是一個(gè)比較穩(wěn)定的電壓Uo Uo=UZ 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 圖5.13 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 1. 工作原理工作原理 引起輸出電壓不穩(wěn)的主要原因是交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載的變化。我們來分析在這兩種情況下穩(wěn)壓電路的作用。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （1）電源波動(dòng)。若負(fù)載RL不變，當(dāng)交流電源電壓增加，即整流濾波后的電壓Ui增加時(shí)，輸出電壓Uo也有增加的趨勢(shì)，但輸出電壓Uo就是穩(wěn)壓管兩端的反向電壓UZ。當(dāng)負(fù)載電壓Uo稍有增加時(shí)

22、（即UZ稍有增加），穩(wěn)壓管中的電流IZ將大大增加，使限流電阻R兩端的電壓降UR增加，以抵償U(kuò)i的增加，從而使負(fù)載電壓Uo保持近似不變。若交流電源電壓減少，則整個(gè)調(diào)節(jié)過程與之相反，因而當(dāng)電源電壓波動(dòng)時(shí)，該電路具有穩(wěn)壓作用，即 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （2）負(fù)載變動(dòng)。若電源電壓不變，即整流濾波后的輸出電壓Ui不變，此時(shí)若負(fù)載RL減小時(shí)，則引起負(fù)載電流Io增加，電阻R上的電流IR和其兩端的電壓UR均增加，則輸出電壓Uo 減小，Uo（UZ）的減小則使IZ下降較多，從而抵消了Io的增加，保持I=Io+IZ基本不變，也就保持了Uo基本恒定，即 可見，硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是利用穩(wěn)壓管在通過電流時(shí)，

23、不管電流值怎樣變化，只要是在允許范圍內(nèi)，它兩端的電壓都保持不變的性質(zhì)來穩(wěn)定電壓的。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 2. 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)的選擇硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路參數(shù)的選擇 （1）輸入電壓Ui的確定 Ui高，R大，穩(wěn)定性能好，但損耗大。一般取 Ui=（23）Uo （5-16）（2）硅穩(wěn)壓管的選擇 可根據(jù)下列條件初選管子 UZ=Uo （5-17） Izmax （23）Iomax （5-18） （3）限流電阻R的選擇 當(dāng)輸入電壓Ui上升10%，且負(fù)載電流最?。碦L開路）時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流不超過穩(wěn)壓管的最大允許電流IZmax，即imaxZZominZmaxUUIIIR第5章 直流穩(wěn)壓電源1

24、/5/2022 則 當(dāng)輸入電壓Ui下降10%，且負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流不允許小于穩(wěn)壓管穩(wěn)定電流的最小值IZmin，即 則 所以限流電阻R的取值范圍為：imaxZiZZmaxominZmaxomin1.1UUUURIIIIiminZZomaxZminUUIIIRiminZiZZminomaxZminomax0.9UUUURIIIIimaxZiminZZmaxominZminomaxUUUURIIII第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 5.3.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 用硅穩(wěn)壓管組成的穩(wěn)壓電路具有體積小、電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但穩(wěn)壓值不能隨意調(diào)節(jié)，而且輸出電流很小。為了加大輸出電流，

25、使輸出電壓可調(diào)節(jié)，通常采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 1. 電路組成電路組成 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路通常由調(diào)整管、比較放大環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源和取樣電路四部分組成，其方框圖如圖5.14所示。圖11.15所示為典型串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，VT1是調(diào)整管；VT2構(gòu)成比較放大器，R3既是VT2的集電極負(fù)載電阻，又作VTl的基極偏置電阻；VZ和R4組成基準(zhǔn)電壓源，Rl、RP和R2組成采樣分壓器，從輸出電壓Uo取出一部分作為反饋電壓，加到VT2的基極，電位器RP還可用來調(diào)節(jié)輸出電壓。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.14 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖 圖5.15 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 用運(yùn)放作比較放大

26、器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖5.16所示，由于運(yùn)放具有很高的電壓放大倍數(shù)，所以大大提高了控制的靈敏度，穩(wěn)壓效果更好。圖5.16 用運(yùn)放作比較放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 2. 工作原理工作原理 如果電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化使輸出電壓Uo有降低趨勢(shì)，通過取樣電阻的分壓使比較放大管VT2的基極電位UB2降低，與基準(zhǔn)電壓UZ進(jìn)行比較放大，使放大器的輸出電壓UC2，即調(diào)整管基極電壓UB1升高，因電路采用射極輸出形式使UE1升高，故輸出電壓Uo必然隨之升高，從而使Uo得到穩(wěn)定。上述穩(wěn)壓過程表示如下： 如果電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化使輸出電壓Uo升高時(shí)，則調(diào)節(jié)過程剛好相反。由于電路穩(wěn)壓是

27、通過控制串接在輸入電壓與負(fù)載之間的調(diào)整管實(shí)現(xiàn)的，故稱之為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 3. 輸出電壓計(jì)算輸出電壓計(jì)算 圖5.15所示穩(wěn)壓電路中有一個(gè)電位器RP串接在Rl和R2之間，可以通過調(diào)節(jié)RP來改變輸出電壓Uo。設(shè)計(jì)這種電路時(shí)VT2的基極電流可忽略不計(jì)，則 式中，UZ為穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值； UBE2為VT2發(fā)射結(jié)電壓； RP為圖5.15中電位器滑動(dòng)觸點(diǎn)下半部分的電阻值 1212oZBE2Z22()RRPRRRPRUUUURRPRRP （5-20） 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 例例5.4 電路如圖5.17所示，已知Ui=24V，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ=6.3V，三

28、極管的UBE= 0.7V，UCES1=1V，若發(fā)生如下異?，F(xiàn)象，試找出故障原因。 （1）Ui為18V，且調(diào)RP時(shí)Uo可隨之改變，但穩(wěn)壓效果差。 （2）Ui為28V，Uo接近0V，調(diào)RP不起作用。 （3）Uo5.6V，調(diào)RP不起作用。 （4）Uo23V，調(diào)RP不起作用。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.17 例5.4圖第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 解：解：（1）正常情況下， 如果濾波電容C開路或損壞，無濾波作用，這時(shí)Ui=0.9U2=18V，調(diào)節(jié)RP時(shí)，Uo可隨之改變，但穩(wěn)壓效果差。 （2）如果調(diào)整管VTl截止或損壞，相當(dāng)于負(fù)載開路，這時(shí)Ui=1.4U2=28V，Uo接近0V，

29、調(diào)節(jié)RP不起作用。 （3）如果放大管VT2的C、E間短路，則 UoUZ UBE1=6.30.7=5.6V，調(diào)RP不起作用。 （4）如果放大管VT2的C、E間開路，則 Uo=UiUCES1=241=23V，調(diào)RP不起作用。i22420V1.21.2UU 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 5.3.3 三端集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓電路 集成穩(wěn)壓器是將穩(wěn)壓電路的主要環(huán)節(jié)制作在一塊半導(dǎo)體芯片上，并加進(jìn)保護(hù)電路，其穩(wěn)定性高、性能指標(biāo)好，已逐步取代了分立元件穩(wěn)壓電路。三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和三端可調(diào)式兩大類。所謂三端是指電壓輸入、電壓輸出、公共接地三端。 1. 三端固定式穩(wěn)壓器三端固定式穩(wěn)壓器 此類

30、穩(wěn)壓器輸出電壓有正、負(fù)之分。三端固定式集成穩(wěn)壓器的通用產(chǎn)品主要有CW7800系列（正電源）和CW7900系列（負(fù)電源）。型號(hào)組成及其意義見圖5.18所示。 輸出電壓由具體型號(hào)的后兩位數(shù)字代表，有5V, 6V, 9V, 12V, 15V, 18V, 24V等。其額定輸出電流以78（79）后面的字母來區(qū)分。L表示0.1A，M表示0.5A，無字母表示1.5A。如CW7805表示穩(wěn)定電壓為5V，額定輸出電流為1.5A。第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.18 三端固定式穩(wěn)壓器型號(hào)組成及其意義 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 三端集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列如圖5.19所示。CW7800系列穩(wěn)

31、壓器中設(shè)有比較完善的保護(hù)電路，它具有過流、過壓和過熱保護(hù)。由它構(gòu)成的穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)有多種。下面介紹最基本的穩(wěn)壓電路和同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路。圖5.19 三端集成穩(wěn)壓器的外形及管腳排列第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （1）基本穩(wěn)壓電路。三端集成穩(wěn)壓器的基本穩(wěn)壓電路如圖5.20所示，使用時(shí)根據(jù)輸出電壓和輸出電流來選擇集成穩(wěn)壓器的型號(hào)。電路中輸入電容Ci和輸出電容Co是用于減小輸入、輸出電壓的脈動(dòng)和改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)的，其值均在0.11F之間。 （2）可同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路。如圖5.21所示，用一個(gè)78系列的三端集成穩(wěn)壓器和一個(gè)79系列的三端集成穩(wěn)壓器連接，可同時(shí)輸出正、負(fù)對(duì)稱的電壓。這種

32、對(duì)稱電源在很多電路中要用到。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 圖5.20 基本穩(wěn)壓電路 圖5.21 可同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （3）提高輸出電壓的電路。如果需要輸出電壓高于三端穩(wěn)壓器輸出電壓時(shí)，可采用圖5.22所示電路。由圖（a）可以看出 Uo=U+UZ （5-21） 式中，U是集成穩(wěn)壓器的輸出電壓；UZ是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。 圖中R的作用是保證穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)，二極管VD具有保護(hù)穩(wěn)壓器的作用，正常工作時(shí)VD反偏截止，當(dāng)由于某種原因使輸出電壓低于UZ或輸出短路時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，電流可通過二極管流到輸出回路，避免了電流由穩(wěn)壓器的接地端倒流進(jìn)穩(wěn)壓器而造

33、成穩(wěn)壓器損壞。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 由圖（b）可以看出，當(dāng)忽略穩(wěn)壓器的靜態(tài)工作電流IW時(shí)， （5-22） 式中，IW為三端穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流，一般為幾毫安。圖5.22 提高輸出電壓的電路 2o11RUUR第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 （4）擴(kuò)大輸出電流的電路。當(dāng)負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器輸出電流時(shí)，可采用圖5.23所示電路。圖（a）為外接大功率三極管擴(kuò)大輸出電流，由圖知 由于l，且IW很小，可忽略不計(jì)，所以 式中，R為VT提供偏置電壓，具體數(shù)值可由式（5-5）決定。圖（b）為采用兩個(gè)同型號(hào)穩(wěn)壓器并聯(lián)運(yùn)用，以擴(kuò)大輸出電流。輸出電流為單片三端穩(wěn)壓器的兩倍，即 Io=2I （5-

34、24） oCIIIRBWIIIIEBoRBWCCW1UIIIIIIIREBoCUIIR第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.23 擴(kuò)大輸出電流的電路 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 2. 三端可調(diào)式穩(wěn)壓器三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 三端可調(diào)式穩(wěn)壓器除具備三端固定式穩(wěn)壓器的優(yōu)點(diǎn)外，可用少量的外接元件，實(shí)現(xiàn)大范圍的輸出電壓連續(xù)調(diào)節(jié)。其可調(diào)輸出電壓也有正、負(fù)之分，如CW117、CW217、CW317為可調(diào)輸出正電壓穩(wěn)壓器；CW137、CW237、CW337為可調(diào)輸出負(fù)電壓穩(wěn)壓器。為了使電路正常工作，一般輸出電流不小于5mA。輸入電壓范圍在240V之間時(shí)，輸出電壓可在1.2537V之間連續(xù)可調(diào)，負(fù)載電

35、流可達(dá)1.5A。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 三端可調(diào)式穩(wěn)壓器型號(hào)組成及意義如圖5.24所示。圖5.24 三端可調(diào)式穩(wěn)壓器型號(hào)組成及意義第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 圖5.25為塑料封裝與金屬封裝三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的外形及引腳排列圖。同一系列的內(nèi)部電路和工作原理基本相同，只是工作溫度不同。圖5.25 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器的外形及引腳排列第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 圖5.26所示為三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路。正常工作時(shí)，三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器輸出端與調(diào)整端之間的電壓為基準(zhǔn)電壓UREF，其典型值為UREF=1.25V。流過調(diào)整端的電流典型值為IREF =50A。由圖

36、可知 （5-25） 調(diào)節(jié)電位器RP可改變R2的大小，從而調(diào)節(jié)輸出電壓Uo的大小。 選擇和使用三端穩(wěn)壓器時(shí)，除關(guān)注它的輸出電壓和電流外，還應(yīng)查閱產(chǎn)品手冊(cè)，注意它的穩(wěn)壓性能及對(duì)輸入電壓的要求。其輸入電壓比輸出電壓至少高2.53V，即要有一定的壓差。還要注意其散熱問題，需要時(shí)應(yīng)當(dāng)加裝散熱器。2oR1R211.251RUUUR第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022圖5.26 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 5.3.4 開關(guān)型穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路效率低，一般只有20%24%。若用開關(guān)型穩(wěn)壓電路，可使調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子損耗很小，效率可提高到60

37、%80%。 第5章 直流穩(wěn)壓電源1/5/2022 1. 開關(guān)型穩(wěn)壓電路的基本原理開關(guān)型穩(wěn)壓電路的基本原理 開關(guān)型穩(wěn)壓電路的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖5.27（a）所示，它的基本工作原理是將交流電壓通過整流濾波電路轉(zhuǎn)換為直流電壓，再將此直流電壓通過開關(guān)元件變?yōu)榫匦尾ǎ缓髮⒕匦尾ㄍㄟ^儲(chǔ)能電路再轉(zhuǎn)換為平滑的直流電壓。通過控制電路來控制開關(guān)元件的開關(guān)頻率或?qū)ǎㄩ_）、關(guān)斷（關(guān)）的時(shí)間比例實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓控制。如圖5.27（b）所示，圖中Ui為整流濾波輸出電壓，Uol為輸出方波電壓，Ton為開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間，Toff為開關(guān)管截止時(shí)間，T為開關(guān)周期。矩形脈沖電壓的平均值為： Uo = Ui 式中， =Ton/T，稱為矩形脈沖占空比。第5章 直