晶體管穩(wěn)壓電源

晶體管穩(wěn)壓電源第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一學習要點1.橋式整流電路及電容濾波電路的輸出電壓與變壓器副邊電壓的關系。2.橋式整流電路、電容濾波電路及串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。3.端集成穩(wěn)壓器的使用方法。整流電路直流穩(wěn)壓電源的組成：第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一ωtu20π2π3π4πωt0π2π3π4πuo+u2－+u1－D(a)電路

(b)波形+uo－RL5.1.1單相半波整流電路利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一單相半波整流電壓的平均值為：===ppwwp0222o45.02)(sin221UUttdUU流過負載電阻RL的電流平均值為：L2Loo45.0RURUI==流經(jīng)二極管的電流平均值與負載電流平均值相等，即：L2oD45.0RUII==二極管截止時承受的最高反向電壓為u2的最大值，即：22MRM2UUU==第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一單相橋式整流電路+u1－+u2－D4D3D1D2RL+uo－(a)原理電路ab+u1－+u2－RL+uo－(b)簡化畫法u2為正半周時，a點電位高于b點電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：a→D1→RL→D3→b。u2為負半周時，b點電位高于a點電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：b→D2→RL→D4→a。第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一單相全波整流電壓的平均值為：=2o9.0UU流過負載電阻RL的電流平均值L2Loo9.0RURUI==流經(jīng)每個二極管的電流平均值為負載電流的一半，即：L2oD45.021RUII==每個二極管在截止時承受的最高反向電壓為u2的最大值，即：22MRM2UUU==ωtu20π2π3π4πωtiD10π2π3π4πωtiD20π2π3π4πωtuo0π2π3π4π第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一濾波電路整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動較大，在某些應用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動直流電源。但許多電子設備需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲功能來實現(xiàn)的。1電容濾波電路ωtu20π2π3π4πωt0π2π3π4πuo+u2－+uo－+u1－D(a)電路

(b)波形CRL+第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一假設電路接通時恰恰在u2由負到正過零的時刻，這時二極管D開始導通，電源u2在向負載RL供電的同時又對電容C充電。如果忽略二極管正向壓降，電容電壓uC緊隨輸入電壓u2按正弦規(guī)律上升至u2的最大值。然后u2繼續(xù)按正弦規(guī)律下降，且C2uu<，使二極管D截止，而電容C則對負載電阻RL按指數(shù)規(guī)律放電。uC降至u2大于uC時，二極管又導通，電容C再次充電……。這樣循環(huán)下去，u2周期性變化，電容C周而復始地進行充電和放電，使輸出電壓脈動減小，如圖9-4（b）所示。電容C放電的快慢取決于時間常數(shù)（CRL=t）的大小，時間常數(shù)越大，電容C放電越慢，輸出電壓uo就越平坦，平均值也越高。電容濾波電路的輸出電壓在負載變化時波動較大，說明它的帶負載能力較差，只適用于負載較輕且變化不大的場合。第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一2電感濾波電路+u1－+u2－RL+uo－L電感濾波適用于負載電流較大的場合。它的缺點是制做復雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。3復合濾波電路LCCCLCCR(a)LC濾波電路

(b)CLC濾波電路

(c)CRC濾波電路第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路稱為直流穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電路按調(diào)整器件的工作狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電路和開關穩(wěn)壓電路兩大類。前者使用起來簡單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大；后者體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復雜。隨著自關斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關電源已得到越來越廣泛的應用。LC、CLCπ型濾波電路適用于負載電流較大，要求輸出電壓脈動較小的場合。在負載較輕時，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRCπ型濾波電路，同樣可以獲得脈動很小的輸出電壓。但電阻對交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負載電流較小的場合。第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路+Ui－+Uo－RLDZ+UZ－R+UR－IoIZI工作原理：輸入電壓Ui波動時會引起輸出電壓Uo波動。如Ui升高將引起隨之升高，導致穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅速增大，從而使Uo基本上保持不變。反之，當Ui減小時，UR相應減小，仍可保持Uo基本不變。當負載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時，同樣會引起IZ的相應變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當Io增大時，I和UR均會隨之增大使得Uo下降，這將導致IZ急劇減小，使I仍維持原有數(shù)值保持UR不變，使得Uo得到穩(wěn)定。第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一+Ui－IoR1RLRaR2RbR4R3RPUBE2V1V2UBE1+Uo－UZ+－+－－+

+UF

－串聯(lián)型穩(wěn)壓電路+Ui－IoR1RLR2R3RPV+Uo－UZ+－

+UF

－∞

－+

+采用集成運算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓UF，送到比較放大環(huán)節(jié)。（2）基準電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標準。（3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成，Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達到自動調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。(A)電路的組成及各部分的作用第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一(B)電路工作原理當輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時，取樣電壓UF相應增大，使V2管的基極電流IB2和集電極電流IC2隨之增加，V2管的集電極電位UC2下降，因此Vl管的基極電流IB1下降，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本穩(wěn)定。Uo↑→UF↑→IB2↑→IC2↑→UC2↓→IB1↓→UCE1↑Uo↓同理，當Ui或Io變化使Uo降低時，調(diào)整過程相反，UCE1將減小使Uo保持基本不變。從上述調(diào)整過程可以看出，該電路是依靠電壓負反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一(C)電路的輸出電壓設V2發(fā)射結(jié)電壓UBE2可忽略，則：obabZFURRRUU+==或：ZURRRUbbao+=用電位器RP即可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo的大小，但Uo必定大于或等于UZ。如UZ=6V，R1=R2=RP=100Ω，則Ra+Rb=R1+R2+RP=300Ω，Rb最大為200Ω，最小為100Ω。由此可知輸出電壓Uo在9~18V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一3集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點。集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應用最為普遍的是3端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。3端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端3個接線端子。如W78××和W79××系列穩(wěn)壓器。W78××系列輸出正電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，若要獲得負輸出電壓選W79××系列即可。例如W7805輸出+5V電壓，W7905則輸出－5V電壓。這類３端穩(wěn)壓器在加裝散熱器的情況下，輸出電流可達1.5～2.2A，最高輸入電壓為35V，最小輸入、輸出電壓差為2～3V，輸出電壓變化率為0.1％～0.2％。第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一1321—公共端2—輸出端3—輸入端W79××1321—輸入端2—輸出端3—公共端W78××(A)外形和管腳排列W78××C1C2+Ui－+Uo－123W79××C1C2－Ui+－Uo+321(B)典型應用電路第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一（Ｃ）Ｗ317與Ｗ337是近年來較新的產(chǎn)品。既保持了3個端子的結(jié)構(gòu)，又能實現(xiàn)輸出電壓的連續(xù)可調(diào)，它的外形結(jié)構(gòu)與Ｗ7800系列集成穩(wěn)壓電路完全相同。Ｗ317（正穩(wěn)壓器）的1腳為調(diào)整端，2為輸入端，3為輸出端。Ｗ337（負穩(wěn)壓器）的1腳為調(diào)整端，2為輸出端，3為輸入端。塊內(nèi)設有過流、過熱保護電路，最大輸入、輸出電壓差可達40Ｖ，輸出電壓可在1.2Ｖ～35Ｖ之間連續(xù)可調(diào)，輸出電流為0.5～1.5Ａ，最小負載電流為5ＭＡ。基準電壓為1.2Ｖ。第18頁，共20頁，2023年，2月20日，星期一4.串聯(lián)開關型穩(wěn)壓電路+UI－+UO－開關調(diào)整管脈沖調(diào)制比較放大基準電壓濾波電路采樣電路開關型穩(wěn)壓電路的組成+iEuCLuButUREFuFuAVVDCR2R1RL+UO－+UI－脈寬調(diào)制比較放大+＿A－+振蕩器基準電壓脈沖調(diào)寬式開關型穩(wěn)壓電路原理圖ui-UD0000uAuEuBuOUOU1-UC