《計算機電路基礎(chǔ)》第8章：直流穩(wěn)壓電路課件

1、http:/ 掌握整流電路的工作原理；掌握整流電路的工作原理；(2) 了解濾波電路的作用；了解濾波電路的作用；(3) 了解并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作過程；了解并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作過程；(4) 掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理；掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理；(5) 掌握基本的三端穩(wěn)壓器的使用；掌握基本的三端穩(wěn)壓器的使用； http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路主要內(nèi)容主要內(nèi)容8.1 整流電路整流電路8.2 濾波電路濾波電路8.3 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路8.4 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電源電路的結(jié)構(gòu)如圖穩(wěn)壓電源電路的結(jié)構(gòu)如圖8.1.(1).電源

2、變換器：將電網(wǎng)中的交流電壓變換成符合整流電源變換器：將電網(wǎng)中的交流電壓變換成符合整流 要求的交流電壓。要求的交流電壓。(2).整流電路：將交流電壓轉(zhuǎn)換成單向脈動電壓。整流電路：將交流電壓轉(zhuǎn)換成單向脈動電壓。(3).濾波電路：減小脈動電壓中波動的成分。濾波電路：減小脈動電壓中波動的成分。(4).穩(wěn)壓電路：對濾波后的不穩(wěn)定直流電壓穩(wěn)壓電路：對濾波后的不穩(wěn)定直流電壓 進一步的進一步的 “穩(wěn)壓穩(wěn)壓”， 向電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓。向電子設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓。http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路8.1 8.1 整整 流流 電電 路路整流電路的主要任務(wù)整流電路的主要任務(wù):利用單向?qū)щ娫⑤斎氲慕涣?/p>

3、電壓利用單向?qū)щ娫⑤斎氲慕涣麟妷鹤儞Q成單向脈動電壓。常見有半波、變換成單向脈動電壓。常見有半波、全波和橋式整流。全波和橋式整流。8.1.1單相單相半波整流半波整流如圖如圖8.2(a):由整流變壓器由整流變壓器B、整流二極管和電阻負載整流二極管和電阻負載RL三個三個部分組成。部分組成。 工作原理工作原理:圖圖 8.2http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路1.變壓器初級加交流電壓變壓器初級加交流電壓u，在次級繞組中電壓，在次級繞組中電壓ui為為ui =Uisint2.當當ui在正半周時，二極管導(dǎo)通，正半波電流在正半周時，二極管導(dǎo)通，正半波電流iO流過負載電阻，流過負載電阻，得到正半周半

4、波電壓。得到正半周半波電壓。 UOm =Ui3.當當ui在負半周時，二極管截止，負載電阻上沒有電流流過，在負半周時，二極管截止，負載電阻上沒有電流流過，uO=0，如圖，如圖8.2(b)所示。所示。關(guān)系式關(guān)系式:在負載電阻上所得到的大小變化、單方向的，在負載電阻上所得到的大小變化、單方向的，即單相脈動電壓。其最大值為即單相脈動電壓。其最大值為 UOm = 1.414 Ui(8-1)半波電壓的平均值為半波電壓的平均值為 (8-2)即即UO =0.45 Ui半波整流電路的電流平均值半波整流電路的電流平均值IO =0.45Ui/RL(8-3)負半周時整流二極管截止，負半周時整流二極管截止，它所承受最大

5、反向電壓為它所承受最大反向電壓為 1.414 Ui.2iiUttdUU2)(sin221002http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路8.1.2 單相全波整流1.全波整流電路全波整流電路:圖圖8.3由兩個半波整流電路組成。變壓器的中心由兩個半波整流電路組成。變壓器的中心觸頭把次級分成上下兩個半繞組，每個半繞組觸頭把次級分成上下兩個半繞組，每個半繞組的電壓均為的電壓均為:ui =Ui sint正半周正半周:上半繞組的電壓上半繞組的電壓ui使使V1導(dǎo)通導(dǎo)通,V2截止，截止， iO流流RL，RL上得到上正下負的半波電壓。上得到上正下負的半波電壓。負半周負半周:下半繞組的電壓下半繞組的電壓ui,

6、使使V2導(dǎo)通，導(dǎo)通， V1截止。截止。iO流過流過RL，得到上正下負的半波電壓。，得到上正下負的半波電壓。在一個周期內(nèi)兩個二極管輪流導(dǎo)通在負載在一個周期內(nèi)兩個二極管輪流導(dǎo)通在負載電阻電阻RL上得到的兩個半周期的正波形上得到的兩個半周期的正波形,如圖如圖8.4所所示。示。整流二極管在截止時的反向電壓的最大值，整流二極管在截止時的反向電壓的最大值，是變壓器半繞組的最大電壓是變壓器半繞組的最大電壓Ui。所以在選擇整。所以在選擇整流二極管的耐壓時應(yīng)滿足流二極管的耐壓時應(yīng)滿足: URMUihttp:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路2.橋式全波整流電路橋式全波整流電路圖圖8.5(a),四個二極管接成電

7、橋形式。四個二極管接成電橋形式。ui正半周正半周:B次級極性上正下負，使次級極性上正下負，使V1和和V3導(dǎo)通，導(dǎo)通，V2和和V4截止，截止，RL上得到是上正下負的半波電壓，圖上得到是上正下負的半波電壓，圖(b).ui負半周負半周:B次級極性上負下正，使次級極性上負下正，使V2和和V4導(dǎo)通，導(dǎo)通，V1和和V3截止，截止，RL上仍然得到是上正下負的半波電壓，圖上仍然得到是上正下負的半波電壓，圖(c).在一個周期里在一個周期里RL得到電壓兩個半周期的正波形得到電壓兩個半周期的正波形. 圖圖 8.5http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路單相橋式全波整流中，負載電阻單相橋式全波整流中，負載電阻R

8、L上電壓平均值為上電壓平均值為(8-4)負載電阻負載電阻RL上電流平均值上電流平均值IO = 0.9Ui / RL流過每個整流二極管的正向電流流過每個整流二極管的正向電流 Id = IO / 2. 橋式全波整流中，每個整流二極管在截止時所承受的橋式全波整流中，每個整流二極管在截止時所承受的反向電壓的最大值仍然是反向電壓的最大值仍然是 : 1.414 UiiiUUttdU9 .022)(sin2100http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路 整流電路輸出的是單向脈動的電壓整流電路輸出的是單向脈動的電壓,要加接濾波器，以改善要加接濾波器，以改善脈動程度。脈動程度。 濾波器一般由電抗元件組成。

9、由于電容和電感元件具有儲濾波器一般由電抗元件組成。由于電容和電感元件具有儲能作用，在電源電壓能作用，在電源電壓(流流)增加時，能把部分能量儲存起來，在增加時，能把部分能量儲存起來，在電源電壓電源電壓(流流)下降時把能量釋放出來，使負載電流比較平滑。下降時把能量釋放出來，使負載電流比較平滑。 濾波器一般的結(jié)構(gòu)如下圖濾波器一般的結(jié)構(gòu)如下圖8.9所示。所示。圖圖 8.9http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路8.2.1 電容濾波器(C濾波器)如圖如圖8.9(a)在在u的正半周時的正半周時V1和和V3導(dǎo)通，向?qū)?，向RL提供電流的同時，向電容提供電流的同時，向電容C充電，充電，電容上電壓為電容上

10、電壓為uC上升上升.當當u電壓過最大值后開始下降，當降至電壓過最大值后開始下降，當降至u I0/2 = 0.5(A) 和和 VRM 1.41U=1.4120=28.2(V)據(jù)據(jù)(8-5)式，選取式，選取C=5T/2 RLRL = UO /I0 =20/1 =24() T =1/50=0.02(S)C =5T/2 RL =(50.020/(224)24) = 0.0021 F選取標稱值選取標稱值 C = 2200F選擇整流管的參數(shù)選擇整流管的參數(shù)If =1A，URM =50V。http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路8.2.2 電感電容濾波器(LC濾波器)圖圖8.10電路電路. 當流過當流

11、過L的電流增加時，的電流增加時，L中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢阻礙電中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢阻礙電流的增大，同時將部分的電能轉(zhuǎn)換成磁能儲存起來。流的增大，同時將部分的電能轉(zhuǎn)換成磁能儲存起來。當流過當流過L的電流減小時，的電流減小時，L中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，阻礙電中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，阻礙電流的減小，同時將儲存在線圈中磁能轉(zhuǎn)換成電能釋放出來。流的減小，同時將儲存在線圈中磁能轉(zhuǎn)換成電能釋放出來。使負載電流平滑，輸出電壓的脈動進一步減小。使負載電流平滑，輸出電壓的脈動進一步減小。頻率越高，電感量越大，即頻率越高，電感量越大，即L比負載越大，濾波效果比負載越大，濾波效果越好。但會使線圈電阻增加，引起輸出電壓的下降。越好。但會

12、使線圈電阻增加，引起輸出電壓的下降。L一一般選取在幾亨到幾十亨，采用鐵芯來提高電感量。般選取在幾亨到幾十亨，采用鐵芯來提高電感量。圖圖8.10http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路輸出電壓不穩(wěn)定輸出電壓不穩(wěn)定:輸入交流電壓經(jīng)過整流濾波后，仍存在波動。輸入交流電壓經(jīng)過整流濾波后，仍存在波動。輸入電壓波動和負載電流的變化，會造成輸出電壓的變化。輸入電壓波動和負載電流的變化，會造成輸出電壓的變化。 因此，必須采取穩(wěn)定措施，直流穩(wěn)壓電路就是在整流濾波電因此，必須采取穩(wěn)定措施，直流穩(wěn)壓電路就是在整流濾波電路后實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。路后實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。直流穩(wěn)壓電路分類直流穩(wěn)壓電路分類:按穩(wěn)壓的工作方式分成按

13、穩(wěn)壓的工作方式分成 : 線性直流穩(wěn)壓電路線性直流穩(wěn)壓電路 開關(guān)直流穩(wěn)壓電路。開關(guān)直流穩(wěn)壓電路。 按電壓調(diào)整器件與輸出電壓的連接方式分成按電壓調(diào)整器件與輸出電壓的連接方式分成: 串聯(lián)直流穩(wěn)壓電路串聯(lián)直流穩(wěn)壓電路 并聯(lián)直流穩(wěn)壓電路。并聯(lián)直流穩(wěn)壓電路。http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路8.3.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路圖圖8.11。穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管D與與RL相并聯(lián)，相并聯(lián)，R是穩(wěn)壓管的限流電阻，用是穩(wěn)壓管的限流電阻，用來確定穩(wěn)壓管的工作電流。來確定穩(wěn)壓管的工作電流。(1). RL一定，若一定，若U1上升時上升時, D起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。U1UOIZIRUR

14、UO(2). U1一定，一定，RL加大時加大時: D起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。起到穩(wěn)定輸出電壓的作用。 RLIOIRURUOIZIRURUO圖圖8.11http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管電壓穩(wěn)定，需滿足穩(wěn)壓管動態(tài)的穩(wěn)壓管電壓穩(wěn)定，需滿足穩(wěn)壓管動態(tài)的工作電流范圍，即工作電流范圍，即: IZmin 和和 IZmax，如圖如圖8.12所示。所示。因此因此,要合理選擇穩(wěn)壓管的限流電阻要合理選擇穩(wěn)壓管的限流電阻R。 設(shè)設(shè): U1的變化為的變化為U1min U1max，IZ 和和 RL間的關(guān)系，應(yīng)滿足間的關(guān)系，應(yīng)滿足:即限流電阻即限流電阻R的選擇應(yīng)滿足的選擇應(yīng)滿足:(8-7)在工程上對輸入

15、電壓在工程上對輸入電壓u1可按可按U1=2UO 進行估算。進行估算。RUUIIRUUIIIZZZZZ0min1max0min1min和0min0min1max0max1IIUURIUUZZhttp:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路8.3.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.基本工作原理基本工作原理.(1)簡單穩(wěn)壓電路簡單穩(wěn)壓電路: 圖圖8.13電路電路.當當Ui升高時，升高時，UO上升。上升。D的穩(wěn)定電壓的穩(wěn)定電壓UZ不變，不變，T的的UBE = UZ- -UO變小，則變小，則IB減小，導(dǎo)致減小，導(dǎo)致T的的UCE增大，使增大，使UO(=Ui- -UCE)減小，減小，UO得以穩(wěn)定。得以穩(wěn)定。

16、穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓是穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓是:將輸出電壓與一個基準電壓進行比較，將輸出電壓與一個基準電壓進行比較，出現(xiàn)變化的電壓用來調(diào)整三極管的管出現(xiàn)變化的電壓用來調(diào)整三極管的管壓降，使輸出電壓保持穩(wěn)定。壓降，使輸出電壓保持穩(wěn)定。通常稱三極管為調(diào)整管。通常稱三極管為調(diào)整管。調(diào)整管工作在線性的放大區(qū)，調(diào)整管工作在線性的放大區(qū)，把這種穩(wěn)壓電路稱為線性穩(wěn)壓電路。把這種穩(wěn)壓電路稱為線性穩(wěn)壓電路。由于調(diào)整管是和負載相串聯(lián)，由于調(diào)整管是和負載相串聯(lián)，穩(wěn)壓電路稱為串聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路稱為串聯(lián)穩(wěn)壓電路圖圖 8.13http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路 如果將上述將如果將上述將UO和和UZ比較后變化差進行放大，再

17、去控制比較后變化差進行放大，再去控制T的基極，那么穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能將更會進一步提高。的基極，那么穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能將更會進一步提高。(2)串聯(lián)穩(wěn)壓電路串聯(lián)穩(wěn)壓電路圖圖8.14所示電路所示電路:若有若有UO的下降，經(jīng)的下降，經(jīng)R1和和R2分壓，分壓，T2管管UB下降，而下降，而UZ不不變，變，T2管的管的UBE2減小，減小，IB2減小，減小，IC2減小，使得減小，使得UC2升高，即升高，即T1管的管的UB1升高，升高，T1管的管的UBE1加大，使得加大，使得IB1增大，增大，UCE1減小，減小，UO= (Ui- - UCE1)上升，抑制了上升，抑制了UO的下降。的下降。圖圖8.14http:/

18、計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路(3)穩(wěn)壓電路由四個部分組成。穩(wěn)壓電路由四個部分組成。1)取樣部分取樣部分由電阻由電阻R1和和R2組成組成. 把把UO的變化取出，反饋到的變化取出，反饋到T2的基極的基極上。上。反饋電壓為反饋電壓為 (8-8)2)基準部分基準部分由限流電阻由限流電阻R3和穩(wěn)壓管和穩(wěn)壓管D組成組成. UZ為穩(wěn)壓電路的電壓基準。為穩(wěn)壓電路的電壓基準。3)比較放大部分比較放大部分由由T2和和R4組成組成(R1、R2也是其偏置電路電阻也是其偏置電路電阻)。UBE2=Uf- -Uz，經(jīng)，經(jīng)T2放大，在其負載上產(chǎn)生壓降，改變電位放大，在其負載上產(chǎn)生壓降，改變電位UC2，即改變電位，即改變

19、電位UB1。4)調(diào)整部分調(diào)整部分核心部件是調(diào)整三極管核心部件是調(diào)整三極管T1，R4也是其偏置電阻。也是其偏置電阻。電位電位UB1的變化經(jīng)的變化經(jīng)T1的放大以自動穩(wěn)定輸出電壓。的放大以自動穩(wěn)定輸出電壓。02122URRRUUBfhttp:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路(4)串聯(lián)穩(wěn)壓電路的方框圖串聯(lián)穩(wěn)壓電路的方框圖:圖圖8.15。由圖中可看出，穩(wěn)壓電路實際上是一種反饋控。由圖中可看出，穩(wěn)壓電路實際上是一種反饋控制電路，它利用了負反饋原理達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。制電路，它利用了負反饋原理達到穩(wěn)定輸出電壓的目的。http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路(5)串聯(lián)穩(wěn)壓電路串聯(lián)穩(wěn)壓電路估算：估

20、算： 1)輸出電壓由基準電壓和取樣電阻的分壓確定。輸出電壓由基準電壓和取樣電阻的分壓確定。 因為因為: UB2 =UZ+UBE 忽略忽略UBE時，時，(式式8-8)可得可得: 2)基準電壓 :3)流過取樣電阻的電流流過取樣電阻的電流 : I1 IO/10； 4)調(diào)整管的工作壓降調(diào)整管的工作壓降: UCE(35)Vhttp:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路2.使用運算放大器的穩(wěn)壓電源使用運算放大器的穩(wěn)壓電源圖圖8.15所示電路中，運算放大器接成比較放大電路。所示電路中，運算放大器接成比較放大電路?；鶞孰妷夯鶞孰妷篣Z接到運放同相端。接到運放同相端。取樣電壓加在運算放大器的反相端。取樣電壓加在

21、運算放大器的反相端。http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路8.4 三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器8.4.1 固定輸出式三端穩(wěn)壓器固定輸出式三端穩(wěn)壓器 1.1.外形和典型應(yīng)用電路外形和典型應(yīng)用電路常 見 的 固 定 輸 出 式 三 端 穩(wěn) 壓 器 有 正 電 壓 輸 出 的常 見 的 固 定 輸 出 式 三 端 穩(wěn) 壓 器 有 正 電 壓 輸 出 的CW78和負電壓輸出的和負電壓輸出的CW79 ,其外形和管腳功能如其外形和管腳功能如下圖下圖8.17所示。所示。http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路2. 78和和79系列三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路圖。系列三端穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路圖。下圖下圖8.18的中的中(a)和和(b)，圖中的兩個電容用來實現(xiàn)頻率補償，以防止穩(wěn)壓器可能圖中的兩個電容用來實現(xiàn)頻率補償，以防止穩(wěn)壓器可能產(chǎn)生的高頻自激振蕩并抑制由輸入電路引入的高頻干擾。產(chǎn)生的高頻自激振蕩并抑制由輸入電路引入的高頻干擾。http:/計算機電路基礎(chǔ)第8章：直流穩(wěn)壓電路3.正負電壓輸出電路圖圖8.21所示，采用所示，采用7812和和7912三