第九章 直流穩(wěn)壓電源

1、第九章 直流穩(wěn)壓電源9.1 單相半波整流電路單相半波整流電路9.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路9.3 濾波電路濾波電路9.4 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路電源變壓器整流器濾波器穩(wěn)壓器u1u2U3U4UOu1tu2tU3tU4ttUO圖9.1 直流穩(wěn)壓電源組成方框圖1 電路組成及工作原理電路組成及工作原理 圖3.2是單相半波整流電路，它由整流變壓器T、整流二極管V及負(fù)載RL組成。 單相半波整流電路及電壓、電流的波形如圖3.3所示,即 )2(0)0(sin22tuttUuoo9.1 單相半波整流電路單相半波整流電路圖9.2 單相半波整流電路ab+u2u1uViVuoRLTV圖9.3單相半波整流電路電壓與

2、 電流的波形Otu2OtuoOtiVOtuVU22 2 整流電路的主要技術(shù)指標(biāo)整流電路的主要技術(shù)指標(biāo) 1. 輸出電壓平均值輸出電壓平均值 在圖7.5所示波形電路中，負(fù)載上得到的整流電壓是單方向的，但其大小是變化的，是一個(gè)單向脈動(dòng)的電壓，由此可求出其平均電壓值為222045. 02)(sin221UUttdUUo 2.流過(guò)二極管的平均電流流過(guò)二極管的平均電流iv由于流過(guò)負(fù)載的電流就等于流過(guò)二極管的電流，所以L(fǎng)LooRURUIiv245. 0 3. 二極管承受的最高反向電壓二極管承受的最高反向電壓URM 在二極管不導(dǎo)通期間，承受反壓的最大值就是變壓器次級(jí)電壓u2的最大值，即 22UURM9.2 單

3、相橋式整流電路單相橋式整流電路圖9.4 單相橋式整流電路組成b+u2uoRLTV1V2V3V4(a)ai1i2圖9.4 單相橋式整流電路組成TRLV1V2V4V3(b)圖9.4 單相橋式整流電路組成T(c)圖9.4 單相橋式整流電路組成T(d)圖9.5 單相橋式整流電路 電壓與電流波形Otu2OtuoOtiVtuV(V1、 V2)O229 . 045. 02UUUo（2）直流電流Io。橋式整流電路通過(guò)負(fù)載電阻的直 流電流也增加一倍，即 LLooRURUI29 . 0（3）二極管的平均電流iV。因?yàn)槊績(jī)蓚€(gè)二極管串聯(lián)輪換導(dǎo)通半個(gè)周期，因此，每個(gè)二極管中流過(guò)的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即LooVR

4、UIi45. 021（4）二極管承受的最高反向電壓URM。由圖9.4（a）可以看出，當(dāng)V1和V3導(dǎo)通時(shí)，如果忽略二極管正向壓降，此時(shí)，V2和V4的陰極接近于a點(diǎn)，陽(yáng)極接近于b點(diǎn)，二極管由于承受反壓而截止，其最高反壓為u2的峰值，即9.3 濾波電路圖9.6 單相半波整流電容濾波電路Tu1u2i充CUCRLi放uoVio圖9.7 電容濾波原理及輸出波形u1u2RLuoLIo全波）半波）(2 . 1(22UUUUoo其中T為交流電源電壓的周期。圖9.8 帶電感濾波器的橋式整流電路圖u1u2RLuoLIo（2）輸出電壓平均值Uo。一般小于全波整流電路輸出電壓的平均值，如果忽略電感線(xiàn)圈的銅阻，則Uo0.

5、9U2。雖然電感濾波電路對(duì)整流二極管沒(méi)有電流沖擊，但為了使L值大，多用鐵芯電感，但體積大、笨重，且輸出電壓的平均值Uo較低。 （3）復(fù)式濾波電路。為了進(jìn)一步減小輸出電壓的脈動(dòng)程度，可以用電容和鐵芯電感組成各種形式的復(fù)式濾波電路。電感型LC濾波電路如圖9.9所示。整流輸出電壓中的交流成分絕大部分降落在電感上，電容C又對(duì)交流接近于短路，故輸出電壓中交流成分很少，幾乎是一個(gè)平滑圖 9.9 橋式整流電感型LC濾波電路u1u2RLuoLC的直流電壓。由于整流后先經(jīng)電感L濾波，總特性與電感濾波電路相近，故稱(chēng)為電感型LC濾波電路，若將電容C平移到電感L之前，則為電容型LC濾波電路。（4）型濾波電路。圖9.1

6、0所示為L(zhǎng)C型濾波電路。整流輸出電壓先經(jīng)電容C1，濾除了交流成分后，再經(jīng)電感L上濾波電容C2上的交流成分極少，因此輸出電路幾乎是平直的直流電壓。但由于鐵芯電感體積大、笨重、成本高、使用不便。因此，在負(fù)載電流不太大而要求輸出脈動(dòng)很小的場(chǎng)合，可將鐵芯電感換成電阻，即RC型濾波電路。電阻R對(duì)交流和直流成分均產(chǎn)生壓降，故會(huì)使輸出電壓下降，但只要RL1/(C2)，電容C1濾波后的輸出電壓絕大多數(shù)降在電阻RL上。RL愈大，C2愈大，濾波效果愈好。圖9.10 型濾波電路 （a）LC型濾波電路;（b）RC型濾波電路 u1u2RLuoLC2(a)C1圖9.10 型濾波電路 （a）LC型濾波電路;（b）RC型濾波

7、電路C1C2RLR(b)9.4 穩(wěn)壓電路圖9.11 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓的直流電源電路u1u2RLUoIRCUiVIZILUZRRRIIIZZoUUUiUIIUUUZLRRio反之亦然。（2）設(shè)電網(wǎng)電壓不變，當(dāng)負(fù)載電阻RL阻值增大時(shí)，IL減小，限流電阻R上壓降UR將會(huì)減小。由于Uo=UZ=Ui-UR，所以導(dǎo)致Uo升高，即UZ升高，這樣必然使IZ顯著增加。由于流過(guò)限流電阻R的電流為IR=IZ+IL，這樣可以使流過(guò)R上的電流基本不變，導(dǎo)致壓降UR基本不變，則Uo也就保持不變。 ZoZUUURIIIRLLIUUUIIRRiZZLR)(反之亦然。 在實(shí)際使用中,這兩個(gè)過(guò)程是同時(shí)存在的，而兩種調(diào)整也同樣存在。因而

8、無(wú)論電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化，都能起到穩(wěn)壓作用。 2.穩(wěn)壓電路參數(shù)確定穩(wěn)壓電路參數(shù)確定 （1）限流電阻的計(jì)算。穩(wěn)壓電路要輸出穩(wěn)定電壓，必須保證穩(wěn)壓管正常工作。因此必須根據(jù)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電阻RL的變化范圍,正確地選擇限流電阻R的大小。從兩個(gè)極限情況考慮，則有 當(dāng)Ui為最小值，Io達(dá)到最大值時(shí)，即 Ui=Uimin，Io=Iomax,這時(shí)IR=(Uimin-UZ)/R。 則IZ=IR-Iomax為最小值。為了讓穩(wěn)壓管進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)，此時(shí)IZ值應(yīng)大于IZmin， 即IZ=(Uimin-UZ)/R-IomaxIZmin,則 當(dāng)Ui達(dá)最大值，Io達(dá)最小值時(shí)，Ui=Uimax， Io=Iomin,這時(shí)IR=(U

9、imax-UZ)/R，則IZ=IR-Iomin為最大值。為了保證穩(wěn)壓管安全工作，此時(shí)IZ值應(yīng)小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-IominIZmax，則maxminoZZiIIUURomixZZimanIIUUR所以限流電阻R的取值范圍為omixZZimanoZZiIIUURIIUUmaxmin在此范圍內(nèi)選一個(gè)電阻標(biāo)準(zhǔn)系列中的規(guī)格電阻。 （2）確立穩(wěn)壓管參數(shù)。一般取oioZoZUUIIUU) 32() 35 . 1 (maxmaxR4V1V2R3UZV3UiR1RpR2R pRLUo(a)R p圖9.12 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 （a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;（b）運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)

10、壓電路圖9.12 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 （a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;（b）運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1 kUiUZ=5 VA10 kUo10 kRwV1(b)3.單片式三端集成穩(wěn)壓器單片式三端集成穩(wěn)壓器 單片式三端穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端和公共端（接地）三個(gè)接線(xiàn)端子，所需外接元件少，使用方便，工作可靠，所以應(yīng)用較多。按輸出電壓是否可調(diào)，三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和可調(diào)式兩種。 1. 固定輸出的三端穩(wěn)壓器固定輸出的三端穩(wěn)壓器 1） 正電壓輸出穩(wěn)壓器 常用的三端固定正電壓穩(wěn)壓器有7800系列，型號(hào)中的00兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值，分別為5、6、9、12、15、18、 24 V。 例如, 7812的輸

11、出電壓為 12 V， 7805輸出電壓是5 V。按輸出電流大小不同，又分為: CW7800系列， 最大輸出電流11.5 A； CW78M00系列，最大輸出電流0.5 A; CW78L00系列， 最大輸出電流100 mA左右。 7800系列三端穩(wěn)壓器的外部引腳如圖9.13(a)所示，1腳為輸入端，2腳為輸出端，3腳為公共端 2） 負(fù)電壓輸出穩(wěn)壓器 常用的三端固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器有7900系列， 型號(hào)中的00兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值，和7800系列相對(duì)應(yīng)，分別為-5、 -6、 -9、 -12、 -15、 -18、 -24 V。 78XX13223INOUTGND312IN132 OUTGND79XX

12、IN132 OUTGNDINOUTGND312GNDOUTINGNDOUT132IN1132圖9.13 三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列按輸出電流不同，和7800系列一樣，也分為CW7900系列、 CW79M00系列和CW79L00系列。管腳圖如圖9.13（b）所示， 1腳為公共端， 2腳為輸出端，3腳為輸入端。 2. 三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器 前面介紹了78、 79系列集成穩(wěn)壓電路，這些都是固定輸出的穩(wěn)壓電源。這些在實(shí)用中不太方便。 實(shí)際應(yīng)用中還有可調(diào)的CW117、 CW217、 CW317、 CW337和CW337L系列。 圖9.14(a)所示為正可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，圖9.14(

13、b)為負(fù)可調(diào)輸出穩(wěn)壓器。 三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓為1.25 V37V，輸出電流可達(dá)1.5 A。 1W31732調(diào)整輸出輸入1W33732調(diào)整輸出輸入 圖9.14 CW317和CW337外形圖使用這種穩(wěn)壓器非常方便，只要在輸出端接兩個(gè)電阻，就可得到所要求輸出電壓值，它的應(yīng)用電路如圖9.15所示，是可調(diào)輸出穩(wěn)壓源標(biāo)準(zhǔn)電路。 在圖9.15 標(biāo)準(zhǔn)電路中，因CW117/217/317的基準(zhǔn)電壓為1.25 V， 這個(gè)電壓在輸出端3和調(diào)整端1之間，輸出電壓只能從1.25 V上調(diào)。輸出電壓表達(dá)式為 UO=1.25(1+ 上式中的第二項(xiàng)，即5010-6表示從CW117/217/317調(diào)整端流出的經(jīng)過(guò)電阻R2的電流為50A。它的變化很小，所以在R2阻值很小時(shí)，可忽略第二項(xiàng)，即為26121050)RRR(b)W33712C1UOC20.1 F1 FUIR1Rp3.5 k3120三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用 1） 基本應(yīng)用 圖9.16是三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。圖中輸入端電容Ci用以抵消輸入端較長(zhǎng)接線(xiàn)的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩，接線(xiàn)不長(zhǎng)時(shí)也可不用。輸出端CO用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，