（中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能（電子信息類）第6章課件

1、（中職）電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能（電子信息類）第6章ppt課件第6章 直流穩(wěn)壓電源 6.2 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 6.1 概述6.4 開關(guān)式穩(wěn)壓電源6.3 集成穩(wěn)壓電源學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.了解三端集成穩(wěn)壓器件的種類、主要參數(shù)、典型應(yīng)用電路，能識(shí)別其引腳；3. 了解開關(guān)式穩(wěn)壓電源的框圖及穩(wěn)壓原理2. 能識(shí)讀集成穩(wěn)壓電源的電路圖5. 會(huì)安裝與調(diào)試直流穩(wěn)壓電源4. 了解開關(guān)式穩(wěn)壓電源的主要優(yōu)點(diǎn)，列舉其在電子產(chǎn)品中的典型應(yīng)用6.1 概述單相小功率直流穩(wěn)壓電源主要包括變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓4個(gè)基本部分。各部分的功能如下： 圖6-1 直流電源的組成 變壓的作用是變換電網(wǎng)電壓，由電源變壓器實(shí)現(xiàn)； 整流的作用是把交流電壓

2、變換為直流脈動(dòng)電壓，由二極管實(shí)現(xiàn)； 濾波的作用是濾掉整流輸出電壓中的脈動(dòng)成分，變?yōu)檩^平滑的直流電壓，由電容或電感實(shí)現(xiàn)； 穩(wěn)壓的作用是穩(wěn)定輸出電壓使其基本不受電網(wǎng)電壓變化或負(fù)載波動(dòng)的影響。 演示：電視機(jī)正常工作的條件下，允許輸入電壓發(fā)生大范圍變化。（a）輸入電壓較低，電視機(jī)出現(xiàn)上下色帶 （b）輸入電壓過(guò)低，電視機(jī)屏幕收縮圖6-2 電視機(jī)的穩(wěn)壓效果 現(xiàn)象：圖6-2所示是電視機(jī)的穩(wěn)壓效果。市電電壓經(jīng)隔離變壓器給電視機(jī)供電，當(dāng)輸入電壓從220 V調(diào)低到100V時(shí)，屏幕顯示正常。至95V時(shí)，會(huì)出現(xiàn)圖6-2（a）所示屏幕上下有色帶的現(xiàn)象，繼續(xù)調(diào)低到90 V時(shí)，電視機(jī)出現(xiàn)如圖6-2（b）屏幕收縮的現(xiàn)象。6.

3、1.1 穩(wěn)壓原理圖6-3 穩(wěn)壓原理示意圖 負(fù)載電阻上的電壓URL=E-UZ。當(dāng)負(fù)載電阻值或直流電壓源發(fā)生變化時(shí)，在沒(méi)有穩(wěn)壓電路存在的情況下，URL必然發(fā)生變化。而增加穩(wěn)壓電路后，利用穩(wěn)壓電路的調(diào)節(jié)作用，可以抵消前者引起的變化，從而保證URL穩(wěn)定。 6.1.2 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)衡量穩(wěn)壓電路性能的主要指標(biāo)為電壓調(diào)整率kU和等效內(nèi)阻r0。1電壓調(diào)整率kU 電壓調(diào)整率kU的定義是：負(fù)載電阻RL不變，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%時(shí)，穩(wěn)壓電路相對(duì)變化量UO與輸出電壓的額定值UO之比，即kU 一般要求kU=(0.11)%。2等效內(nèi)阻r0 穩(wěn)壓電源等效內(nèi)阻r0就是它的輸出電阻rO。它是指：在經(jīng)過(guò)整流濾波后輸入到

4、穩(wěn)壓電路的直流電壓UI不變的情況下，由負(fù)載電流變化所引起的輸出電壓變化量UO與電流變化量IO之比，即k0 由于穩(wěn)壓電路的UO越小越好，所以r0也是越小越好。 6.2 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路圖6-4 硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓二極管DZ與負(fù)載電阻RL并聯(lián)，為了保證穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓管與負(fù)載反向并聯(lián)。市電經(jīng)降壓和整流濾波后的直流電壓作為穩(wěn)壓電路的輸入電壓UI，通過(guò)電阻R串聯(lián)入穩(wěn)壓電路中，R稱為限流電阻或調(diào)整電阻，其作用是：當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R上的壓降來(lái)保證輸出電壓的基本恒定，同時(shí)限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流不會(huì)超過(guò)最大限制值。 分析依據(jù)：當(dāng)穩(wěn)壓二極管處于反向擊穿狀態(tài)時(shí)，

5、其兩端電壓略為變化，電流將發(fā)生快速變化，電壓上升時(shí)，分流電流變大，電壓下降時(shí)，分流電流變小，從而使電阻RL上流過(guò)的電流IL基本保持不變。（1）負(fù)載電阻保持不變，而電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí) 當(dāng)電網(wǎng)電壓升高時(shí)，則有UIUOIZ(IZ+IL)R=URUI-UR=UO（基本保持不變）（2）電網(wǎng)電壓保持不變，而負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí) 假設(shè)負(fù)載電流增大，則有：ILIL+IZ=IRIRR=URUI-UR=UOIZIL+IZ=IR（基本不變）UI-UR=UO（基本不變） 可見，正是由于穩(wěn)壓管IZ的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用，從而使電路輸出電壓UO基本保持不變。 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作容易、有一定的穩(wěn)壓效果。但它是通過(guò)

6、硅穩(wěn)壓管中的電流變化調(diào)節(jié)限流電阻上的壓降來(lái)補(bǔ)償輸出電壓的變化，以使輸出電壓穩(wěn)定的。由于穩(wěn)壓管的電流變化范圍小，所以輸出電壓的穩(wěn)定程度不高。再者，由于穩(wěn)壓管并聯(lián)在負(fù)載上，其輸出電壓UOUZ，也就是輸出電壓不可調(diào)節(jié)。所以，這種穩(wěn)壓電源只適用于負(fù)載電流較小、負(fù)載所需電壓固定，對(duì)穩(wěn)定精度要求不高的場(chǎng)合，如用于一些偏置電路的供電電路。當(dāng)負(fù)載電流比較大，或輸出電壓需要調(diào)節(jié)時(shí)，則需要采用其他穩(wěn)壓電路。6.3 集成穩(wěn)壓電源 6.3.1 集成穩(wěn)壓電源的工作原理圖6-5 串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖 UO=UI-UR。當(dāng)UI增加時(shí)，R受控制而增加，使UR增加，從而在一定程度上抵消了UI增加對(duì)輸出電壓的影響。若負(fù)載電流IL增

7、加，R受控制而減小，使UR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加使UI減小對(duì)輸出電壓減小的影響。在實(shí)際電路中，可調(diào)電阻R是用一個(gè)三極管來(lái)替代的。圖6-6 集成穩(wěn)壓電源內(nèi)部組成框圖 穩(wěn)壓電路由取樣電路、基準(zhǔn)電壓、比較放大、調(diào)整管等單元組成，見圖6-6中的虛線框。取樣電路將輸出變化的電壓分壓送至比較放大電路，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，取其誤差電壓，經(jīng)放大以后控制調(diào)整管，使調(diào)整管上的壓降按照誤差電壓而變化。即由調(diào)整管承擔(dān)電源電壓，或由于負(fù)載變化引起的輸出電壓波動(dòng)。從而保證輸出UO的穩(wěn)定。6.3.2 三端固定輸出電壓集成穩(wěn)壓器圖6-7 三端穩(wěn)壓器LM79M09型號(hào)的意義 系列的型號(hào)最后兩個(gè)數(shù)字表示輸出電壓值

8、的大小。國(guó)產(chǎn)三端固定式集成穩(wěn)壓器輸出電壓有5 V、6 V、9 V、12 V、15 V、18 V、24 V等7種。最大輸出電流大小用字母表示，字母與最大輸出電流對(duì)應(yīng)表見表6-1。前面的字母通常表示生產(chǎn)的公司，用W表示國(guó)產(chǎn)。如W7805就是國(guó)產(chǎn)三端固定式集成穩(wěn)壓器，UO為+5 V，IOM為1.5 A。表6-1 集成穩(wěn)壓器字母與最大輸出電流對(duì)應(yīng)表字母LNM無(wú)字母THP最大輸出電流/A0.10.30.51.53510圖6-8 三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的外形及引腳排列 三端集成穩(wěn)壓器的三個(gè)引腳分別接輸入、輸出和公共端。 圖6-9 三端穩(wěn)壓器的基本電路 UI是整流濾波以后的未經(jīng)穩(wěn)壓的輸入電壓，UO是穩(wěn)壓電源

9、的輸出電壓。C1選用0.33 F左右的電容器，其作用是改善高頻濾波特性。容量為0.1 F的電容器C2的作用是改變瞬態(tài)響應(yīng)。C2值越大，穩(wěn)壓輸出電壓紋波越小。若C2容量較大，一旦出現(xiàn)7808輸入端斷開，C2釋放的能量可能會(huì)損壞7800，此時(shí)，可加上圖中虛線所連二極管D給C2提供泄放通路，保護(hù)穩(wěn)壓器。 從圖6-9中可知，UI與UO的電壓差將由三端穩(wěn)壓器來(lái)承擔(dān)，為了使三端穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整管正常工作于放大狀態(tài)，通常在集成塊手冊(cè)中會(huì)對(duì)輸入端和輸出端之間的電壓差進(jìn)行規(guī)定，UI-UO最大必須大于2 V，但也不能太大，以免燒毀集成電路。如W7808兩者之間允許差值范圍是313V，典型值為5 V。圖6-10 三

10、端穩(wěn)壓電源工作實(shí)物圖 此電路為了保證濾波效果，穩(wěn)壓前后都采用了雙電容濾波，使得輸出電壓更為平滑。 6.3.3 輸出正、負(fù)電壓的電路 圖6-11 正、負(fù)輸出穩(wěn)壓電路 W7900系列芯片是一種輸出負(fù)電壓的固定式三端穩(wěn)壓器。W7900與W7800相配合，可得到正負(fù)輸出的穩(wěn)壓電路。 6.3.4 三端可調(diào)輸出電壓集成穩(wěn)壓器表6-2 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器分類類型產(chǎn)品系列或型號(hào)最大輸出電流IOM/A輸出電壓UO/V正電壓輸出LM117L/217L/317L0.11.2537LM117M/217M/317M0.51.2537LM117/217/3171.51.2537LM150/250/35031.2533L

11、M138/238/33851.2532LM196/396101.2515負(fù)電壓輸出LM137L/237L/337L0.11.2537LM137M/237M/337M0.51.2537LM137/237/3371.51.2537（a） （b）圖6-12 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器引腳排列圖除輸入、輸出端外，另一端稱為調(diào)整端。三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器基本應(yīng)用電路介紹如下： （1）基本應(yīng)用電路及輸出電壓估算圖6-13 三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓電路 輸出電壓UO=1.2537 V連續(xù)可調(diào)。最大輸出電流IOM=1.5 A，最小輸出電流IOmin5 mA。 CW317輸出端和調(diào)整端之間的電壓UREF是非常穩(wěn)定的電壓，其值

12、為1.25 V。調(diào)整端電流IADJ=50 A，可忽略不計(jì)。CW317的輸出電壓表達(dá)式見下式。其穩(wěn)壓輸出電壓：（2）外接元器件選取 為保證負(fù)載開路時(shí)，IOmin5 mA，R1M=UREF/5 mA=250 ，UOM=37 V，R2為調(diào)節(jié)電阻。為獲得最高輸出電壓37 V，代入式 求 得R2為 7.16 k左右，取6.8 k。 C2是為了減小R2兩端紋波電壓而設(shè)置的，一般取10 F。C3是為了防止輸出端負(fù)載呈感性時(shí)可能出現(xiàn)的阻尼振蕩，取1 F。C1為輸入端濾波電容，可抵消電路的電感效應(yīng)和濾除輸入線竄入干擾脈沖，取0.33 F。VD1、VD2是保護(hù)二極管，可選整流二極管IN4007。（3）UI選取UI

13、-UO3V，當(dāng)UO=UOM=37 V時(shí)，UI=40 V。6.3.5 集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù) 集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)有輸出電壓范圍、最大輸入電壓、輸入與輸出最小電壓差、電壓調(diào)整率、最大輸出電流等。 表6-3 CW7805、CW138、CW317主要參數(shù)參數(shù)名稱符號(hào)/單位CW7805CW138CW317輸出電壓范圍UO/V固定+51.25321.2537輸入與輸出最小電壓差(UI-UO)/V232.52.5最大輸入電壓UImax/V354040電壓調(diào)整率ku(%/V)0.10.20.010.01最大輸出電流IOM/A1.551.56.3.6 集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用實(shí)例圖6-14 簡(jiǎn)單的限流限壓電池充電電路

14、該電路利用三端可調(diào)穩(wěn)壓器CW317，可以組成限流限壓充電電路。最大輸出電流約等于0.7 V/R4。輸出電壓決定于電阻R2，故充電電壓UO=1.25(1+R2/R1)-I充R4。其中R2是R2與VT等綜合作用后的等效電阻，略小于R2。計(jì)算時(shí)可采用R2值。由于三極管VT的基極電流很小，R3上的壓降也很較小，故有I充R40.7 V。最大充電電流： I充=0.7V/R4。代入圖6-14中的參數(shù)，以R2取代R2?？捎?jì)算出充電電壓UO=1.25-0.7 V=6.28 V，充電電流為I充= A=0.07 A。6.4 開關(guān)式穩(wěn)壓電源 開關(guān)式穩(wěn)壓電源是把50Hz、220V交流信號(hào)經(jīng)整流、濾波后轉(zhuǎn)換成280V左右

15、的直流電壓。 電路中，有一振蕩電路產(chǎn)生脈沖信號(hào)，這一脈沖信號(hào)控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止，使得脈沖變壓器的初級(jí)線圈中產(chǎn)生交變的電流，脈沖變壓器的次級(jí)得到一高頻的脈沖信號(hào)，經(jīng)整流濾波后輸出直流信號(hào)到負(fù)載。 同時(shí)，從電壓輸出端取樣，取樣結(jié)果經(jīng)光耦耦合到比較放大電路，與基準(zhǔn)電壓相比較，輸出比較誤差值去控制振蕩電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)管通斷時(shí)間的控制。這一過(guò)程形成一個(gè)反饋的回路。圖6-16 線性穩(wěn)壓電源實(shí)物電路 圖6-17 開關(guān)式穩(wěn)壓電源實(shí)物電路 比較兩圖，可發(fā)現(xiàn)線性穩(wěn)壓電源采用的變壓器體積比開關(guān)式穩(wěn)壓電源的高頻脈沖變壓器要大得多。 本章回顧1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電流小、輸出電壓不可調(diào)、穩(wěn)壓性能差，主要適用

16、于負(fù)載電流較小，且電壓變化范圍不大的場(chǎng)合。2三端集成穩(wěn)壓器因其使用簡(jiǎn)單、體積小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。它分為固定式輸出阻抗和可調(diào)式電壓輸出、正電壓輸出阻抗和負(fù)電壓輸出。其中W78XX系列為固定式正電壓輸出；W79XX系列為固定式負(fù)電壓輸出；WX17系列為可調(diào)式正電壓輸出，WX37系列為可調(diào)式負(fù)電壓輸出。3開關(guān)電源由于工作效率高、輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于大功率且負(fù)載固定、輸出阻抗電壓調(diào)節(jié)范圍不大的場(chǎng)合。 實(shí)驗(yàn) 三端集成可調(diào)穩(wěn)壓器構(gòu)成的直流穩(wěn)壓電源的組裝與調(diào)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1掌握直流穩(wěn)壓電源組成，掌握橋式整流單電容濾波輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系。 2了解集成穩(wěn)壓器的性能和特點(diǎn)，熟悉三端

17、集成穩(wěn)壓器的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器名 稱 型 號(hào) 數(shù) 量雙蹤示波器 VP-5220D或GOS-622B 1臺(tái)函數(shù)發(fā)生器 EE-1641B1或FGl617 1臺(tái)晶體管毫伏表 DA-16 1臺(tái)數(shù)字萬(wàn)用表 DT-890 1臺(tái)直流穩(wěn)壓電源 JWY-30 1臺(tái) 三、實(shí)驗(yàn)原理圖6-20 可調(diào)三端直流穩(wěn)壓電源 該電路中，Tr為電源變壓器，VDx為橋式整流電路，C1為濾波電容。C2、C3可進(jìn)一步提高輸出電壓的穩(wěn)定性，RL為負(fù)載電阻。二極管D1、D2給電容C2、C3提供放電通路，以防輸入端瞬時(shí)掉電時(shí)，LM317輸出端受反向沖擊電壓作用，造成損壞。已知LM317是一種正電壓可調(diào)三端集成穩(wěn)壓器，輸出電壓：調(diào)整電位器

18、RP，使可以方便地調(diào)整輸出電壓。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1檢查實(shí)驗(yàn)線路連接是否正確，輸出電壓UO是否正常。2測(cè)量穩(wěn)壓電源輸出電壓范圍：（1）萬(wàn)用表分別測(cè)量Tr次級(jí)電壓U2、整流濾波輸出電壓UO1，并記入表6-4中；（2）調(diào)節(jié)Rp，測(cè)量輸出電壓UO的變化范圍，記入表6-4中。表6-4 輸出電壓UO的可調(diào)范圍U1U2U O1UOmUOmin220 V3用示波器觀察A、B、C各點(diǎn)電壓波形，畫在表6-5中。表6-5 整流穩(wěn)壓電路各點(diǎn)電壓波形A點(diǎn)（交流）B點(diǎn)（電容濾波）C點(diǎn)（直流） 各點(diǎn)電壓波形4測(cè)量穩(wěn)壓器的輸出內(nèi)阻RO（1）保持輸入交流電壓220 V不變，三次改變負(fù)載電阻RL的阻值；（2）用一個(gè)萬(wàn)用表測(cè)量輸出電流IO的變化，將數(shù)據(jù)記錄在表6-6；（3）用另一個(gè)萬(wàn)用表測(cè)量輸出電壓UO的變化，將數(shù)據(jù)記錄在表6-6；（4）計(jì)算出內(nèi)阻R0。表6-6 測(cè)量穩(wěn)壓器的輸出內(nèi)阻R0IO/mA內(nèi)阻R0UO/V（5）測(cè)量紋波電壓。用示波器Y軸交流輸入端口，分別測(cè)量UO1、UO紋波電壓的大小和波形，記錄結(jié)果。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1畫出三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器電路圖。2整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍，各點(diǎn)的波形（與理論學(xué)習(xí)的波形相比較），