直流穩(wěn)壓電源22618課件

模擬電子技術(shù)授課教師：胡玉玲

第十章

直流穩(wěn)壓電源第十章直流穩(wěn)壓電源§10.1小功率整流濾波電路§10.2穩(wěn)壓電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有交流電成分的脈動直流電。整流電路

濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。

穩(wěn)壓電路對整流濾波后的直流電壓采用負反饋技術(shù)進一步穩(wěn)定直流電壓。單相橋式整流電路(1)工作原理單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路。（a）橋式整流電路（b）波形圖在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運用，具有單向?qū)щ娦?。?dāng)負半周時二極管D2、D4導(dǎo)通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。流過負載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)S。單相半波整流電路單相半波整流電路如圖(a)所示，波形如圖(b)所示。(a)電路圖(b)波形圖單相半波整流電路流過負載和二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓單相全波整流電路單相全波整流電路如圖(a)所示，波形圖如圖(b)所示。(a)電路圖(b)波形圖單相全波整流電路單相全波整流電路的脈動系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。流過負載的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓單相橋式整流電路的變壓器在正負半周內(nèi)都有電流流過，所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。注意：

整流電路中的二極管是作為開關(guān)運用的。整流電路通常對:

輸入（交流）—用有效值或最大值；輸出（交直流）—用平均值；整流管正向電流—用平均值；整流管反向電壓—用最大值。電容濾波電路

(1)濾波的基本概念利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。

（2）電容濾波電路

現(xiàn)以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。電容濾波電路如圖所示，在負載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。電容濾波電路

(3)濾波原理若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。

當(dāng)v2到達90°時，v2開始下降。此后v2的值小于電容兩端電壓，二極管截止，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負載ＲL放電。所以，在t1到t2時刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。電容濾波波形圖需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移，t2點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。問題：有Ｃ無ＲL(即空載)，此時VC=VL=？*使用條件：作業(yè)P521:10.1.1、10.1.2穩(wěn)壓電路概述硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源§10.2穩(wěn)壓電路引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因穩(wěn)壓電路概述

引起輸出電壓變化的原因是負載電流的變化和輸入電壓的變化.引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因穩(wěn)壓電源方框圖即負載電流的變化會在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降，從而使輸入電壓發(fā)生變化。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理穩(wěn)壓電阻的計算一、硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路復(fù)習(xí)：穩(wěn)壓二極管IZmax+-穩(wěn)壓二極管符號VIVZIZ穩(wěn)壓二極管特性曲線IZmin穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,當(dāng)工作電流IZ在Izmax和

Izmin之間時,其兩端電壓近似為常數(shù)正向同二極管穩(wěn)定電流穩(wěn)定電壓硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的原理硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的電路圖如圖所示。

它是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(1)當(dāng)輸入電壓變化時的穩(wěn)壓根據(jù)電路圖可知

輸入電壓VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路這里VO減小應(yīng)理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓穩(wěn)壓過程可概括如下：硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路(2)當(dāng)負載電流變化時的穩(wěn)壓

負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓(VO↓)→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程可概括如下：穩(wěn)壓電阻的計算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的大小有關(guān)。穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電阻R

的作用將穩(wěn)壓二極管電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而起到調(diào)節(jié)作用，同時R也是限流電阻。

顯然R的數(shù)值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達到足夠的穩(wěn)壓效果。但R的數(shù)值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電阻的計算如下當(dāng)輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即(1)當(dāng)輸入電壓最大，負載電流最小時，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即(2)穩(wěn)壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規(guī)定值，否則會造成損壞！穩(wěn)壓二極管的缺點是工作電流較小，穩(wěn)定電壓值不能連續(xù)調(diào)節(jié)。線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續(xù)調(diào)節(jié)，穩(wěn)壓性能優(yōu)越。目前這種穩(wěn)壓電源已經(jīng)制成單片集成電路，廣泛應(yīng)用在各種電子儀器和電子電路之中。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理二、線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理(1)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成

由圖可看出，VO=VI-VR，當(dāng)VI增加時，R受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電阻RL減小，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因RL減小，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電源示意圖

在實際電路中，可變電阻R可用三極管替代，通過控制三極管基極電位，從而控制三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于上頁圖中的VR。選用差動放大器或運放構(gòu)成的放大器代替T2管構(gòu)成的放大器，可以解決零點漂移問題。此時典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如下圖所示。它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源幾個部分組成。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖(2)線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的工作原理1．輸入電壓變化，負載電流保持不變

輸入電壓VI增加，必然會使輸出電壓VO有所增加串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖輸出電壓經(jīng)過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得誤差信號ΔV。誤差信號經(jīng)放大后，用VO1去控制調(diào)整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖

VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VBE↓→VCE↑→VO↓串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖輸出電壓調(diào)整過程如下：2．負載變化，輸入電壓保持不變

負載電阻RL減小，會使輸出電壓VO有所下降。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖經(jīng)過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得的誤差信號使VO1增加，從而使調(diào)整管的管壓降VCE下降，從而抵消因RL減小，使輸出電壓減小的影響。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖

RL↓

→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖輸出電壓調(diào)整過程如下：3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算根據(jù)電路圖可知Vf≈VREF，調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。穩(wěn)壓電路的保護環(huán)節(jié)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞。過流保護方法

為避免使用中因某種原因輸出短路或過載致使調(diào)整管流過很大的電流，使之燒壞故需有快速保護措施。常見保護電路有兩類——T1RT'1IL1.限流型：當(dāng)調(diào)整管的電流超過額定值時，對調(diào)整管的基極電流進行分流，使發(fā)射極電流不至于過大。當(dāng)IL不超過額定值時，T'1截止；當(dāng)IL超過額定值時，T'1導(dǎo)通，其集電極從T1的基極分流。R為一小電阻，用于檢測負載電流。2.截流型:過流時使調(diào)整管截止或接近截止。T1T2RLVO+_+VI+__R2R1R3R4輸出電流在額定值以內(nèi)時：三極管T2截止，這時，電壓負反饋保證電路正常工作。VO

V+

VO

VB1

輸出電流超出額定值時：因輸出電壓降低，三極管T2逐漸導(dǎo)通，V+

，穩(wěn)壓管截止，電壓負反饋被切斷。這樣V+

VB1

VC1

(=VO)VB2

IC2V+

T1T2RLVO+_+VI+__R2R1R3R4最終VO降低到零。三端集成穩(wěn)壓器(1)概述將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。集成穩(wěn)壓器符號要特別注意，不同型號，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€電極的位置是不同的，要查手冊確定。外形圖

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，使用靈活，價格低廉等優(yōu)點。本節(jié)主要介紹常用的W7800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)部附有短路和過熱保護環(huán)節(jié)。1端:輸入端2端:公共端3端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形123一、輸出為固定電壓的電路應(yīng)用電路輸出為固定正壓時的接法如圖所示。注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_W7800系列穩(wěn)壓器基本接線圖CoW7800CIvI+_vo1320.1~1F1μF二、輸出正負電壓的電路正負電壓同時輸出電路W78XXCIvI+_vO132+