模擬電路第8章(直流電源)-PPT課件

1、第8章 直流電源1第8章 直流電源8.1單相整流電路8.2 濾波電路8.3穩(wěn)壓電路8.4集成穩(wěn)壓電路8.5開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路2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 路濾 波 電 路穩(wěn) 壓 電 路u1u2u3u4uo整 流 電 路濾 波 電 路穩(wěn) 壓 電 路整流電路: 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。直流電源的組成3整流電路的任務(wù)：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}動(dòng)的直流電壓。常見(jiàn)的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，把二

2、極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。8.1 單相整流電路48.1.1單相半波整流電路u2 0 時(shí)，二極管導(dǎo)通。忽略二極管正向壓降： uo=u2u20 時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:A D1RLD3Bu20 時(shí)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:B D2RLD4A輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoAB10單相橋式整流電路波形圖2.直流電壓Uo和直流電流Io的計(jì)算3. 整流二極管的主要參數(shù)選擇選管依據(jù)：114.輸出電壓脈動(dòng)系數(shù)將輸出電壓uo用傅里葉級(jí)數(shù)展開(kāi)得12幾種

3、常見(jiàn)的硅整流橋外形：+ A C -+- + - 13濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流)不能突變的特性, 濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。8.2 濾波電路148.2.1 電容濾波電路以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。橋式整流電容濾波電路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+1. 電路及工作原理151). RL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒(méi)有電容

4、時(shí)的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+162). RL接入（且RLC較大）時(shí) (忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot電容通過(guò)RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電路不為電容充電，uo會(huì)逐漸下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+17u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uo時(shí)，才有充電電流iD 。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。整流電路的輸出電流iDau1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可見(jiàn)，采用電容濾波時(shí)，整流管的導(dǎo)通角較小。18u2tuot電容充電時(shí)，電容電壓滯后于u2。整流電路的輸出電流RLC越小，輸出電壓越低。3). RL接入（且

5、RLC較大）時(shí) (考慮整流電路內(nèi)阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+19一般取(T:電源電壓的周期)近似估算:Uo=1.2U2。(2) 放電時(shí)間常數(shù)越大，放電越慢，輸出脈動(dòng)越小。(3)RLC 越大 Uo越高負(fù)載電流的平均值越大 ; 整流管導(dǎo)電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大最好選用硅管，比鍺管更耐沖擊電流。(1) 輸出電壓 的脈動(dòng)成分降低，平均值提高。RLC 愈大 電容器放電愈慢 Uo(平均值)愈大2. 電容濾波電路的特點(diǎn)20二極管的最大整流電流為：3. 整流二極管主要參數(shù)的選擇二極管的最高反向電壓為：4. 濾波電容的選擇應(yīng)選電解電容，其耐壓值應(yīng)大于21輸出波形隨負(fù)載電阻 RL 或

6、C 的變化而改變結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。5.電容濾波電路的外特性上圖為負(fù)載電阻 RL 不變， C 變化時(shí)的外特性。228.2.2其他形式的濾波電路改善濾波特性的方法：采取多級(jí)濾波。如：L-C 型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。RC 型濾波電路：在電容濾波后再接一級(jí)RC濾波電路。 性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波相似。LC 型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C 型濾波電路。231.電感濾波電路Lu2u1uoRL+_+_+_D4D2D1D324Lu2u1uoRLD4D2D1D3+_+_+_D1電感濾波電路波形圖25改善濾波特性的方法：采取多

7、級(jí)濾波。如：L-C 型濾波電路：在電感濾波后面再接一電容。電阻 型濾波電路：在電容濾波后再接一級(jí)RC濾波電路。 性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波相似。電感 型濾波電路：在電容濾波后面再接L-C 型濾波電路。2.復(fù)合濾波電路26穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)以下主要討論線性穩(wěn)壓電路。電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。8.3 穩(wěn)壓電路278.3.1穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)1.穩(wěn)壓系數(shù) Sr 穩(wěn)壓系數(shù)Sr反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化

8、量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。2.輸出電阻ro 輸出電阻用來(lái)反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。288.3.2 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1. 電路及工作原理IUUIUIUoUoILUoUoRLIIZIIZIUR2).負(fù)載變化1).電源電壓變化UOIZDZRILIUIRL+_+_292. 指標(biāo)計(jì)算IUUI1).穩(wěn)壓系數(shù)2).輸出電阻rOUOIZDZRILIUIRL+_+_rZ+UIRLR_UO_+動(dòng)態(tài)等效電路303. 元件參數(shù)的確定IUUIa).UI最高b).UI最低UOIZDZRILIUIRL+_+_1).限流電阻

9、R的確定將代入得：將代入得：31IUUIUOIZDZRILIUIRL+_+_2). 穩(wěn)壓管參數(shù)的確定32例8.3.1穩(wěn)壓電路如圖,已知：解：(1)（1）選擇限流電阻R。（2）初選的穩(wěn)壓管是否合理？如不合理，應(yīng)如何調(diào)整？UOIZDZRILIUIRL+_+_初選穩(wěn)壓管的變化范圍矛盾33例8.3.1穩(wěn)壓電路如圖,已知：解：（2）初選的穩(wěn)壓管不合理。UOIZDZRILIUIRL+_+_初選穩(wěn)壓管的變化范圍選150、2W的碳膜電阻。重選穩(wěn)壓管348.3.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1. 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)及工作原理調(diào)整元件T：與負(fù)載串聯(lián)，通過(guò)全部負(fù)載電流。比較放大器：可以是單管放大電路，差動(dòng)放大電路，集成運(yùn)算放

10、大器。基準(zhǔn)電壓：可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓UO的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。T+UIUO比較放大基 準(zhǔn)電壓取 樣環(huán)節(jié)UREFFUO+C2RL調(diào)整元件+C135R4T1T2UZR1RWR2RLUO+_+_UIUFR3+_+_穩(wěn)壓原理UoUFUo當(dāng) UI 增加或輸出電流減小使 Uo升高時(shí)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路IB2IB1UC2IC2UCE136輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍R4T1T2UZR1RWR2RLUO+_+_UIUFR3+_+_調(diào)整到最上端：調(diào)整到最下端：37影響穩(wěn)壓特性的主要因素 2. 流過(guò)穩(wěn)壓管的電流隨 UI 波動(dòng)，使UZ 不穩(wěn)定，降低了穩(wěn)壓精度。1. 電路對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)抑制能力較差。例如

11、：UIUC2 Uo 3. 溫度變化時(shí)，T2組成的放大電路產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，輸出電壓的穩(wěn)定度變差。R4T1T2UZR1RWR2RLUO+_+_UIUFR3+_+_38改進(jìn)措施 1. 選用差動(dòng)放大器或運(yùn)放構(gòu)成的放大器代替T2管構(gòu)成的放大器，可以解決零點(diǎn)漂移的問(wèn)題。采用輔助電源作為比較放大部分的電源。3. 調(diào)整管采用復(fù)合三極管以擴(kuò)大輸出電流的范圍。39為使電路正常工作，要求: 2. 由運(yùn)算放大器組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓原理UoUFUoIBUBUCE輸出電壓為：UITR1R2RLUoRWRDZ+UREFUFUB+40隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈

12、活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介紹常用的CW78系列三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)環(huán)節(jié)。8.4 集成穩(wěn)壓電路41注：型號(hào)后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:5V、6V、9V、12V 、15V、 18V、 24V 。三端集成穩(wěn)壓器固定式可調(diào)式正穩(wěn)壓CW78XX負(fù)穩(wěn)壓CW79XX集成穩(wěn)壓電源的分類(lèi)421端: 輸入端2端: 公共端3端: 輸出端CW78系列穩(wěn)壓器外形1231端: 公共端2端: 輸入端3端: 輸出端CW

13、79系列穩(wěn)壓器外形123三端集成穩(wěn)壓器438.4.1集成三端穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路1.輸出為固定正壓時(shí)的典型接法注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_CW78XX系列穩(wěn)壓器 典型接法CoCW78XXCIUI+_Uo1320.33F0.1F442.輸出為固定負(fù)電壓時(shí)的典型接法注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！CW79XX系列穩(wěn)壓器 典型接法+_CoCW79XXCIUIUo2310.33F0.1F+_453.輸出正負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路CW78XXCIUI+ _UO132+ _CICW79XX13COCO2UO46IO : 為CW78XX固定輸出電流8.4.2 擴(kuò)大輸出電流的電路C2CW78XXC1UI+_UO132ICIOIO+_R47U : 為CW78XX固定輸出電壓8.4.3 輸出電壓可調(diào)的電路輸出可調(diào)的穩(wěn)壓電路UICW78R1R2UUO+C1C2+運(yùn)放接成電壓跟隨器，其輸出電壓48三端可調(diào)式集成