模塊九直流穩(wěn)壓電源

1、直流穩(wěn)壓電源組成直流穩(wěn)壓電源組成直流穩(wěn)壓電源主要技術(shù)指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源主要技術(shù)指標(biāo) 單相半波整流電路單相半波整流電路單相全波整流電路單相全波整流電路單相橋式整流電路單相橋式整流電路整流橋堆整流橋堆電容濾波電容濾波電感濾波電感濾波復(fù)試濾波復(fù)試濾波穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器 模塊九模塊九 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 直流穩(wěn)壓電源概述直流穩(wěn)壓電源概述 整流電路整流電路濾波電路濾波電路 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路引例：直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試引例：直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試1工具器材 可調(diào)交流電源、電壓表、電流表、示波器、萬用表、穩(wěn)壓電源模塊、整流橋模

2、塊、負載電阻、可調(diào)電位器、二極管2個、電容元件（有極性電容元件3個，無極性電容元件1個）、連接導(dǎo)線若干。2電路圖（見圖9-1）圖9-1 3.操作要點試回答圖9-1中電路由哪幾部分組成？寫出各部分對應(yīng)的元件及作用。按原理圖安裝實物，根據(jù)電路原理進行檢測并測試，記錄調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方案。將整流濾波電路測試結(jié)果填入表9-1中。引例：直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試引例：直流穩(wěn)壓電源的制作與調(diào)試表9-1 整流濾波電路測試結(jié)果4測量輸出電壓可調(diào)范圍調(diào)節(jié)RP ，用萬用表測出輸出電壓可調(diào)范圍： 。5穩(wěn)壓性能測試 測量輸出電壓。在帶負載和空載時分別測量輸出電壓，將測量值填入表9-2中。表9-2 穩(wěn)壓性能測試表

3、檢測負載變化時輸出電壓的變化情況。在輸出端接入負載和電流表，如圖9-2所示。調(diào)節(jié)電位器 ，分別測量其輸出電壓值，并填入表9-3中。根據(jù)此數(shù)據(jù)分析負載變化對輸出電壓的影響。 圖9-2 負載變化對輸出電壓影響的檢測圖根據(jù)公式 ，計算輸出電阻。輸出電阻越小，表明穩(wěn)壓器的穩(wěn)壓效果越好。表9-3 穩(wěn)壓性能測試表 在電子電路中，通常都需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，而生活中直接獲取的多為220V，50Hz的交流電源，這就需要將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，實現(xiàn)這類變換的電路稱為直流穩(wěn)壓電源，小功率穩(wěn)壓電源的組成如下圖所示，它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。 圖9-1 直流穩(wěn)壓電路的組成及信號波

4、形9.1.29.1.2、直流穩(wěn)壓電源主要性能參數(shù)、直流穩(wěn)壓電源主要性能參數(shù) 直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)包括特性指標(biāo)和質(zhì)量指標(biāo)。 1 1直流穩(wěn)壓電源的特性指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源的特性指標(biāo) 直流穩(wěn)壓電源的特性指標(biāo)主要有：額定輸入電壓、輸出電流、輸出電壓范圍等。（1）額定輸入電壓 額定輸入電壓是指直流穩(wěn)壓電源正常工作的輸入交流電壓大小和頻率。如 。（2）輸出電流范圍 輸出電流范圍是指直流穩(wěn)壓電源在正常工作條件下所允許輸出的電流范圍。如集成穩(wěn)壓器LM317構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電源，最小輸出電流一般為1.5mA,最大輸出電流一般為1.5A。（3）輸出電壓范圍 輸出電壓范圍是指直流穩(wěn)壓電源能夠穩(wěn)定輸出的直流電壓范圍。

5、如固定6V,9V,12V,24V等。連續(xù)可調(diào)的直流電源可在一定范圍內(nèi)輸出，如集成穩(wěn)壓器LM317構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電源的輸出電壓可在1.25V-37V內(nèi)變化。直流穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo) 直流穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)有：穩(wěn)壓系數(shù)、溫度系數(shù)、輸出電阻、紋波電壓等。（1）穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù) 是指當(dāng)負載和環(huán)境溫度不變時，輸出電壓的相對變化量與穩(wěn)壓電路的輸入電壓的相對變化量之比，即（2）溫度系數(shù) 溫度系數(shù)是指在輸入電壓和負載電流均不變的情況下，單位溫度變化所引起的輸出電壓變化，又稱溫度漂移。其反映溫度變化對輸出電壓的影響；（3）輸出電阻輸出電阻 是指在輸入電壓和溫度系數(shù)不變的情況下，輸出電壓變化量和負載電流變化量之比。

6、其反映負載電流變化對輸出電壓的影響 ；（4）紋波電壓 是指穩(wěn)壓電路輸出端交流分量的有效值，它表示輸出電壓的微小波動?？梢姡鲜鱿禂?shù)越小，輸出電壓越穩(wěn)定。9.2 9.2 整流電路整流電路 利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢詫⒔涣麟娹D(zhuǎn)換為直流電，這一過程稱為整流，這種電路就稱為整流電路。在電子設(shè)備中，大量的直流電都是采用這種整流方式實現(xiàn)的。常見的整流電路有半波整流電路和全波整流電路。 單相半波整流電路利用整流二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變成單向脈動直流電，圖9-2（a）所示為單相半波整流電路圖，它由整流變壓器T、整流元件vD （晶體二極管）、限流電阻R0 以及負載電阻RL 組成。9.2.19.2.1、單相

7、半波整流電路、單相半波整流電路 1 1. .電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)2.2.工作原理工作原理設(shè)交流電源 ，經(jīng)整流變壓器輸出 ，由于二極管具有單向?qū)щ娦?，所以在變壓器副邊線圈 的正半周，其極性為上正下負，即a點電位高于b點電位，二極管正向?qū)?，這時負載 上的電壓為 ，通過的電流為 ；在的負半周時，a點電位低于b點電位，二極管反向截止，負載 上沒有電壓，其波形如圖9-2（b）所示。3.3.負載電壓和電流計算負載電壓和電流計算9.2.2、單相全波整流電路、單相全波整流電路全波整流的特點全波整流的特點 輸出電壓高；脈動??；正負半周都有電流供給負載，因而變壓器得到輸出電壓高；脈動??；正負半周都有電流供給負載，因

8、而變壓器得到充分利用，效率較高。充分利用，效率較高。(1) 整流輸出電壓平均值：(2) 整流輸出平均電流：(3) 二極管平均電流： (4)二極管承受最大反向壓降：負載電壓和電流計算負載電壓和電流計算 9.2.39.2.3、單相橋式整流電路、單相橋式整流電路單相橋式整流電路結(jié)構(gòu)如圖單相橋式整流電路結(jié)構(gòu)如圖9-4所示，所示，T表示電源變壓器，作用是將交流電表示電源變壓器，作用是將交流電網(wǎng)電壓網(wǎng)電壓 變成整流電路要求的交流電壓；變成整流電路要求的交流電壓； 是直流供電的負載電阻；是直流供電的負載電阻；4只整只整流二極管流二極管 依次接成電橋的形式，故稱橋式整流電路。依次接成電橋的形式，故稱橋式整流電

9、路。 在變壓器副邊線圈在變壓器副邊線圈 的正半周，其極性為上正下負，即的正半周，其極性為上正下負，即a點電位高于點電位高于b點電點電位，二極管位，二極管 導(dǎo)通，導(dǎo)通， 截止，電流的通路是截止，電流的通路是 等效等效電路如圖電路如圖9-4（a）圖所示，這時，負載電阻）圖所示，這時，負載電阻 上得到一個半波電壓上得到一個半波電壓 ；在；在 的負半周時，的負半周時，a點電位低于點電位低于b點電位，二極管點電位，二極管 導(dǎo)通，導(dǎo)通， 截止，截止，電流的通路是電流的通路是 等效電路如圖等效電路如圖9-5（b）圖所示，同樣，負）圖所示，同樣，負載電阻載電阻 上得到一個半波電壓。單相橋式整流電路波形如圖上得

10、到一個半波電壓。單相橋式整流電路波形如圖9-6所示。所示。(1) 整流輸出電壓平均值整流輸出電壓平均值(2) 二極管平均電流二極管平均電流(3) 二極管承受最大反向壓降二極管承受最大反向壓降22009.022)()sin(21UUtdtUULLDRURUII20045. 0221UUmUDRM2 經(jīng)過整流電路后的輸出電壓已經(jīng)是單相的直流電壓，但是其中含有經(jīng)過整流電路后的輸出電壓已經(jīng)是單相的直流電壓，但是其中含有直流和交流的成分，電壓的大小仍有變化，這種直流電稱為脈動直流電直流和交流的成分，電壓的大小仍有變化，這種直流電稱為脈動直流電。對于某些工作。對于某些工作( (如蓄電池充電如蓄電池充電)

11、)，脈動電流已經(jīng)可以滿足要求，但是對，脈動電流已經(jīng)可以滿足要求，但是對于大多數(shù)電子設(shè)備，需要平滑的直流電，故整流電路后面都要接濾波電于大多數(shù)電子設(shè)備，需要平滑的直流電，故整流電路后面都要接濾波電路，盡量減小交流成分，以減小整流電壓的脈動程度，適合穩(wěn)壓電路的路，盡量減小交流成分，以減小整流電壓的脈動程度，適合穩(wěn)壓電路的需要，這就是濾波。由此組成的電路稱為濾波電路需要，這就是濾波。由此組成的電路稱為濾波電路 . .9.3.19.3.1電容濾波電路電容濾波電路 輸出電壓波形連續(xù)且比較平滑。輸出電壓的平均值提高。 半波整流濾波電路. 全波(橋式)整流濾波電路。 空載時(輸出端開路) 。整流二極管的導(dǎo)通

12、時間比沒接濾波電容時縮短。如果電容容量較大，充電時的充電電流較大，則電容容量按下式計算選擇輸出電壓受負載變化影響大。fRCL21)53(9.3.2 9.3.2 電感濾波電路電感濾波電路 (a)電路圖； (b)波形圖 圖9-9 電感濾波電路 電感濾波電路利用電感器兩端的電流不能突變的特點，把電感器與負載串聯(lián)起來，以達到使輸出電流平滑的目的。從能量的觀點看，當(dāng)電源提供的電流增大（由電源電壓增加引起）時,電感器L把能量存儲起來；而當(dāng)電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流平滑，所以電感L有平波作用。 通過二極管的電流不會出現(xiàn)瞬時值過大的情況，對二極管的安全有利。 越大，越小，濾波效果越好，但大會使電

13、路體積大、笨重、成本增高。 輸出電壓的平均值雖然比不濾波時提高，但比電容濾波輸出的平均值低。電感濾波輸出電壓的平均值為。209 . 0 UU209 . 0 UU9.4 9.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路9.4.19.4.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 圖9-11 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 圖9-12 穩(wěn)壓管的反向伏安特性當(dāng)電網(wǎng)電壓 升高時，輸出電壓 也要增加，致使穩(wěn)壓管的反向電壓 跟著增加，但的微小增加會使反向電流 大幅度增加，于是流過限流電阻R的電流 明顯增加。也就是說，限流電阻R用自身的壓降增加量 補償輸入電壓增加量 ，最終使輸出電壓增加量 降低， 基本保持不變。此過程可表示為：IUIU0U0U0UZUZUZ

14、IRIRURUIUIU0U0U反之亦然。 這種穩(wěn)壓電路的輸出電壓是不能調(diào)節(jié)的，負載電流變化范圍較小，輸出電阻較大，約幾個歐姆到幾10歐姆，因此穩(wěn)壓性能較差。9.4.29.4.2串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路 電路組成 電路是由運放組成的串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路。 它由基準(zhǔn)電壓、比較放大、調(diào)整管和取樣電路四部分構(gòu)成?？烧{(diào)輸出電壓串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓過程 串聯(lián)反饋穩(wěn)壓電路通過比較放大元件集成運算放大器對與的偏差進行放大去控制調(diào)整元件以實現(xiàn)對的自動控制。其穩(wěn)壓范圍為： 210111RRVFVFAAUUREFVREFVVVREF)()(00UFUAUUAUUVRE

15、FVFREFVB調(diào)整穩(wěn)壓電路輸出電壓的范圍調(diào)整穩(wěn)壓電路輸出電壓的范圍三端集成穩(wěn)壓電路的外部只有三個端子：輸入、輸出和公共端。在三端穩(wěn)壓電源芯片內(nèi)有過流、過熱及短路保護電路。該種芯片具有使用安全可靠，接線簡單，維護方便、價格低廉等優(yōu)點，當(dāng)前正被廣泛采用。9.4.39.4.3三端集成穩(wěn)壓器三端集成穩(wěn)壓器 輸入端輸出端調(diào)整端輸出端輸入端調(diào)整端輸出端公共端輸入端輸出端輸入端公共端圖9-15三端固定式封裝和引腳功能 圖9-16三端可調(diào)式封裝和引腳功能1. 三端固定集成穩(wěn)壓電路 三端穩(wěn)壓器的工作原理與前述串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源的工作原理基本相同，由采樣、基準(zhǔn)、放大和調(diào)整等單元組成。集成穩(wěn)壓器只有三個引出端子：

16、 輸入、輸出和公共端。輸入端接整流濾波電路，輸出端接負載；公共端接輸入、輸出的公共連接點。為使它工作穩(wěn)定，在輸入和輸出端與公共端之間并接一個電容。使用三端穩(wěn)壓器時注意一定要加散熱器，否則是不能工作到額定電流。 7905LM圖9-25三端固定輸出的集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路圖。圖9-25（a）、（b）是CW78xx和CW79xx作為固定輸出電壓電路的典型接線圖。電容元件C1為高頻濾波電容元件，其容量較小，一般取小于1uF ；電容元件C2用來消除輸出電壓中的高頻噪聲，一般取小于1uF 。注意78系列與79系列的引腳排列不同。實際應(yīng)用中，如果同時輸出正、負電壓時，可用78xx和79xx系列的集成穩(wěn)壓器

17、組成圖9-25（c）所示的具有正、負對稱輸出的穩(wěn)壓電路。 （c）輸出正、負電壓的穩(wěn)壓電路圖9-25 三端固定輸出的集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路圖2.三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器 三端可調(diào)輸出的集成穩(wěn)壓器品種很多，歸納起來它有兩類：一類是正輸出系列，如LM117/ 217/317系列等；另一類是負輸出系列，如LM137/237/337系列等。目前，國內(nèi)也生產(chǎn)了與這些系列的電參數(shù)與封裝形式完全一致的CW117系列、CW137系列等。（1）三端可調(diào)輸出的集成穩(wěn)壓器外形及圖形符號（見圖9-26）圖9-26 三端可調(diào)輸出的集成穩(wěn)壓器的型號由5部分組成，其意義如下:（2）三端可調(diào)輸出的集成穩(wěn)壓器的特點 最大輸出電流： 。 最小輸入/輸出壓差：2V3V。 輸出電壓最小值:+1.2 V(LM117/217/317)、-1.2 V(LM1