電子設備所需的直流電源

電子設備所需的直流電源，一般都是采用由交流電網(wǎng)供電，經(jīng)“整流”、“濾波”、“穩(wěn)壓”后獲得。整流：指把大小、方向都變化的交流電變成單向脈動的直流電，能完成整流任務的設備稱為整流器。濾波：指濾除脈動直流電中的交流成分，使得輸出波形平滑，能完成濾波任務的設備稱為濾波器。穩(wěn)壓：指輸入電壓波動或負載變化引起輸出電壓變化時，能自動調(diào)整使輸出電壓維持在原值。

第七章直流穩(wěn)壓電源

本章將介紹串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、開關型穩(wěn)壓電路的原理和應用。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!7.1.1整流電路1.電路組成單相橋式整流電路如圖7.1（a）所示，圖7.1（b）是其簡化電路。

（a）電路原理圖（b）電路簡化圖圖7.1單相橋式整流電路7.1整流和濾波電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!

圖7.2單相橋式整流電路輸出波形電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!

濾波電路的主要元件是電容和電感，以電容濾波電路最常用，如圖7.3所示。

（a）原理圖（b）波形圖圖7.3電容濾波電路7.1.2濾波電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!7.2.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.4所示。

圖7.4并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路7.2穩(wěn)壓電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!1.

電路組成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.5所示。電路由四部分組成。

圖7.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路7.2.2

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路T1T2T3電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!2.工作原理串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的自動穩(wěn)壓過程按電網(wǎng)波動和負載電阻變動兩種情況分述如下：

Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑當Ui↓或RL↑時的調(diào)整過程與上述相反。由上分析可知，這是一個負反饋系統(tǒng)。正因為電路內(nèi)有深度電壓串聯(lián)負反饋，所以才能使輸出電壓穩(wěn)定。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!

[例]在圖7.5中，設穩(wěn)壓管工作電壓UZ=6V，采樣單元中R1=R2=RP，試估算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。解：Uomax==3×6=18V

Uomin===9V

故：該串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓可在9V~18V之間調(diào)節(jié)。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!目前，集成穩(wěn)壓器已達百余種，并且成為模擬集成電路的一個重要分支。它具有輸出電流大，輸出電壓高，體積小，安裝調(diào)試方便，可靠性高等優(yōu)點，在電子電路中應用十分廣泛。集成穩(wěn)壓器有三端及多端兩種外部結(jié)構(gòu)形式。輸出電壓有可調(diào)和固定兩種形式：固定式輸出電壓為標準值，使用時不能再調(diào)節(jié)；可調(diào)式可通過外接元件，在較大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)輸出電壓。此外，還有輸出正電壓和輸出負電壓的集成穩(wěn)壓器。穩(wěn)壓電源以小功率三端集成穩(wěn)壓器應用最為普遍。常用的型號有W78××系列、W79××系列、W317系列、W337系列。7.2.3

三端集成穩(wěn)壓器電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!(a)外形（b）符號圖7.6固定輸出三端集成穩(wěn)壓器的外形及符號電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!(2)擴展輸出電壓的應用電路如果需要高于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓，可采用如圖7.8所示的升壓電路。

圖7.8提高輸出電壓電路

電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!圖7.9所示電路是用W78XX和μA741組成的輸出電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路。圖中集成運放作為電壓跟隨器使用，它的電源借助于三端集成穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。

圖7.9輸出電壓可調(diào)電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!(3)擴展輸出電流的應用電路擴展輸出電流的應用電路如圖7.10所示。圖7.10擴大輸出電流電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!

開關型穩(wěn)壓電路種類：按開關信號產(chǎn)生的方式劃分有自激式和他激式穩(wěn)壓電路。按開關電路與負載的連接方式劃分有串聯(lián)型和并聯(lián)型。

串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路中開關調(diào)整管與負載串聯(lián)連接，輸出端通調(diào)整管及整流二極管與電網(wǎng)相連，電網(wǎng)隔離性差，且只有一路電壓輸出。

并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路中輸出端與電網(wǎng)間由開關變壓器進行電氣上的隔離，安全性好，通過開關變壓器的次級可以做到多路電壓輸出，但電路復雜，對開關調(diào)整管要求高；按控制方式劃分有脈寬調(diào)制（PWM）和脈頻調(diào)制（PFM）。由于開關穩(wěn)壓電路輸出功率一般較大，盡管開關調(diào)整管相對功耗較小，但絕對功耗仍較大，因此實用中，必須加裝散熱片。7.3開關穩(wěn)壓電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!脈寬調(diào)制式串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路的基本電路如圖7.13所示。圖7.13脈寬調(diào)制式串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!(2)穩(wěn)壓原理當輸入的交流電源電壓波動或負載電流發(fā)生改變時，都將引起輸出電壓Uo的改變，由于負反饋作用，電路能自動調(diào)整而使Uo基本上維持穩(wěn)定不變。穩(wěn)壓過程如下：若Uo↑→UF↑(UF>UR)→uo1為負值→uo2輸出高電平變窄（to↓）→Uo↓從而使輸出電壓基本不變。反之，若Uo↓→UF↓(UR>UF)→uo1為正值→uo2輸出高電平變寬（to↑）→Uo↑同樣使輸出電壓基本不變。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!

脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路的基本電路如圖7.14所示。

圖7.14脈寬調(diào)制式并聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!3．參數(shù)估算

sinωtdt

因此，二極管最大整流應電流滿足IF≥IL；最高反向工作電壓應滿足URM≥U2。

電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!2.

電容濾波的特點

(1)濾波后的輸出電壓中直流分量提高了，交流分量降低了。(2)電容濾波適用于負載電流較小的場合。(3)存在浪涌電流?？稍谡鞫O管兩端并接一只0.01μF的電容器來防止浪涌電流燒壞整流二極管。(4)RLC值的改變可以影響輸出直流電壓的大小。RL開路時，輸出UL約為1.4U2；C開路時，輸出UL約為0.9U2；若C的容量減小，則輸出UL小于1.2U2。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!其穩(wěn)壓過程分述如下：當交流電網(wǎng)波動而RL未變動時，若電網(wǎng)電壓上升，則

Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓當電網(wǎng)未波動而負載RL變動時，若RL減小，則IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑

并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，但受穩(wěn)壓管最大電流限制，又不能任意調(diào)節(jié)輸出電壓，所以只適用于輸出電壓不需調(diào)節(jié)，負載電流小，要求不甚高的場合。

電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!(1)采樣單元采樣單元有R1、R2、和RP組成，與負載RL并聯(lián)，通過它可以反映輸出電壓Uo的變化。(2)基準單元基準單元由限流電阻R3與穩(wěn)壓管T3組成。（3）放大單元放大單元由三極管T2組成。（4）調(diào)整單元調(diào)整單元由三極管T1組成，它是串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的核心元件。T1必須選擇大功率三極管。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓Uo，由采樣單元的分壓比和基準電壓的乘積決定。因此調(diào)節(jié)電位器RP的滑動端子，可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo的大小。Uo的調(diào)節(jié)范圍為

Uomax=

Uomin=電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!3.穩(wěn)壓電源的主要電參數(shù)

4.基準電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!1.

固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器的三端指輸入端、輸出端及公共端三個引出端，其外形及符號如圖9.9所示。固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器W78××系列和W79××系列各有七個品種，輸出電壓分別為±5V、±6V、±9V、±12V、±15V、±18V、±24V；最大輸出電流可達1.5A；公共端的靜態(tài)電流為8mA。型號后兩位數(shù)字為輸出電壓值。在根據(jù)穩(wěn)定電壓值選擇穩(wěn)壓器的型號時，要求經(jīng)整流濾波后的電壓要高于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓2~3V（輸出負電壓時要低2~3V），但不宜過大。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!(1)基本應用電路固定輸出的三端集成穩(wěn)壓器的基本應用電路如圖7.7所示。圖中：C1用以抑制過電壓，抵消因輸入線過長產(chǎn)生的電感效應并消除自激振蕩；C2用以改善負載的瞬態(tài)響應，即瞬時增減負載電流時不致引起輸出電壓有較大的波動。C1，C2一般選滌綸電容，容量為0.1μF至幾個μF。安裝時，兩電容應直接與三端集成穩(wěn)壓器的引腳根部相連。圖7.7固定輸出三端集成穩(wěn)壓器基本應用電路電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!圖中三端集成穩(wěn)壓器工作在懸浮狀態(tài)，穩(wěn)壓電路的輸出電壓為

Uo=UXX+IQR2若R1、R2阻值較小，則可忽略IQ

R2，于是Uo＝UXX圖7.8所示電路的缺點是：當穩(wěn)壓電路輸入電壓Ui變化時，IQ也發(fā)生變化，這將影響穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓精度，特別是R2較大時這種影響更明顯。電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!由圖7.9可知當電位器滑動端在最上端時，可得最大輸出電壓

Uomax=當電位器滑動端在最下端時，可得最小輸出電壓

Uomin=故輸出電壓調(diào)節(jié)范圍為≤Uo≤電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!2.可調(diào)輸出的三端集成穩(wěn)壓器可調(diào)輸出的三端集成穩(wěn)壓器W317（正輸出）、W337（負輸出）是近幾年較新的產(chǎn)品，其最大輸入、輸出電壓差極限為40V，輸出電壓1.2~35V（或-1.2V~-35V）連續(xù)可調(diào)，輸出電流0.5~1.5A，最小負載電流為5mA，輸出端與調(diào)整端之間基準電壓為1.25V，調(diào)整端靜態(tài)電流為50μA。其外形及符號如圖7.12所示。圖7.12可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!

1.脈寬調(diào)制式串聯(lián)型開關穩(wěn)壓電路簡化原理電路如圖

電子設備所需的直流電源共32頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!(1)工作過程由電壓比較器的特點可知，當uo1>uT時，u+>u-，uo2為高電平，反之，u