di9zhang直流穩(wěn)壓電源課件

第九章直流穩(wěn)壓電源9.1單相半波整流電路9.2單相橋式整流電路9.3濾波電路9.4穩(wěn)壓電路

第九章直流穩(wěn)壓電源9.1單相半波整流電路1圖9.1直流穩(wěn)壓電源組成方框圖圖9.1直流穩(wěn)壓電源組成方框圖21電路組成及工作原理圖3.2是單相半波整流電路，它由整流變壓器T、整流二極管V及負(fù)載RL組成。單相半波整流電路及電壓、電流的波形如圖3.3所示,即9.1單相半波整流電路1電路組成及工作原理9.1單相半波整流電路3圖9.2單相半波整流電路圖9.2單相半波整流電路4圖9.3單相半波整流電路電壓與

電流的波形

圖9.3單相半波整流電路電壓與

52整流電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.輸出電壓平均值在圖7.5所示波形電路中，負(fù)載上得到的整流電壓是單方向的，但其大小是變化的，是一個(gè)單向脈動(dòng)的電壓，由此可求出其平均電壓值為2.流過(guò)二極管的平均電流iv由于流過(guò)負(fù)載的電流就等于流過(guò)二極管的電流，所以2整流電路的主要技術(shù)指標(biāo)2.流過(guò)二極63.二極管承受的最高反向電壓URM在二極管不導(dǎo)通期間，承受反壓的最大值就是變壓器次級(jí)電壓u2的最大值，即3.二極管承受的最高反向電壓URM79.2單相橋式整流電路1.電路組成及工作原理在圖9.4（a）所示電路中，當(dāng)變壓器次級(jí)電壓u2為上正下負(fù)時(shí)，二極管V1和V3導(dǎo)通，V2和V4截止，電流i1的通路為a→V1→RL→V3→b，這時(shí)負(fù)載電阻RL上得到一個(gè)正弦半波電壓如圖3.5中（0~π）段所示。當(dāng)變壓器次級(jí)電壓u2為上負(fù)下正時(shí)，二極管V1和V3反向截止，V2和V4導(dǎo)通，電流i2的通路為b→V2→RL→V4→a，同樣，在負(fù)載電阻上得到一個(gè)正弦半波電壓，如圖9.5中（π~2π）段所示。9.2單相橋式整流電路1.電路組成及工作原理8圖9.4單相橋式整流電路組成圖9.4單相橋式整流電路組成9圖9.4單相橋式整流電路組成圖9.4單相橋式整流電路組成10圖9.4單相橋式整流電路組成圖9.4單相橋式整流電路組成11圖9.4單相橋式整流電路組成圖9.4單相橋式整流電路組成12圖9.5單相橋式整流電路

電壓與電流波形圖9.5單相橋式整流電路

電132.技術(shù)指標(biāo)計(jì)算及分析

（1）輸出電壓平均值Uo。由以上分析可知，橋式整流電路的整流電壓平均值Uo比半波整流時(shí)增加一倍，即（2）直流電流Io。橋式整流電路通過(guò)負(fù)載電阻的直流電流也增加一倍，即2.技術(shù)指標(biāo)計(jì)算及分析（2）直流電流Io。橋式整流電路通過(guò)14（3）二極管的平均電流iV。因?yàn)槊績(jī)蓚€(gè)二極管串聯(lián)輪換導(dǎo)通半個(gè)周期，因此，每個(gè)二極管中流過(guò)的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即（4）二極管承受的最高反向電壓URM。由圖9.4（a）可以看出，當(dāng)V1和V3導(dǎo)通時(shí)，如果忽略二極管正向壓降，此時(shí)，V2和V4的陰極接近于a點(diǎn)，陽(yáng)極接近于b點(diǎn)，二極管由于承受反壓而截止，其最高反壓為u2的峰值，即（3）二極管的平均電流iV。因?yàn)槊績(jī)蓚€(gè)二極管串聯(lián)輪換導(dǎo)通半個(gè)159.3濾波電路整流輸出的電壓是一個(gè)單方向脈動(dòng)電壓，雖然是直流，但脈動(dòng)較大，在有些設(shè)備中不能適應(yīng)（如電鍍和蓄電池充電等設(shè)備）。為了改善電壓的脈動(dòng)程度，需在整流后再加入濾波電路。常用的濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波等。9.3濾波電路整流輸出的電壓是一個(gè)單方向脈動(dòng)電壓，雖然161.電容濾波電路圖9.6所示為一單相半波整流電容濾波電路，由于電容兩端電壓不能突變，因而負(fù)載兩端的電壓也不會(huì)突變，使輸出電壓得以平滑，達(dá)到濾波目的。;濾波過(guò)程及波形如圖9.7所示。1.電容濾波電路17圖9.6單相半波整流電容濾波電路圖9.6單相半波整流電容濾波電路18圖9.7電容濾波原理及輸出波形圖9.7電容濾波原理及輸出波形19在u2的正半周時(shí)，二極管V導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，則uo=u2，這個(gè)電壓一方面給電容充電，一方面產(chǎn)生負(fù)載電流Io，電容C上的電壓與u2同步增長(zhǎng)，當(dāng)u2達(dá)到峰值后，開始下降，UC＞u2，二極管截止，如圖9.7中的A點(diǎn)。之后，電容C以指數(shù)規(guī)律經(jīng)RL放電，UC下降。當(dāng)放電到B點(diǎn)時(shí)，u2經(jīng)負(fù)半周后又開始上升，當(dāng)u2＞UC時(shí)，電容再次被充電到峰值。UC降到C點(diǎn)以后，電容C再次經(jīng)RL放電，通過(guò)這種周期性充放電，以達(dá)到濾波效果。在u2的正半周時(shí)，二極管V導(dǎo)通，忽略二極管正向壓降，則uo=20由于電容的不斷充放電，使得輸出電壓的脈動(dòng)性減小，而且輸出電壓的平均值有所提高。輸出電壓平均值Uo的大小，顯然與RL、C的大小有關(guān)，RL愈大，C愈大，電容放電愈慢，Uo愈高。在極限情況下，當(dāng)RL=∞時(shí)，Uo=UC=U2，不再放電。當(dāng)RL很小時(shí)，C放電很快，甚至與u2同步下降，則Uo=0.9U2，RL、C對(duì)輸出電壓的影響如圖3.7中虛線所示?？梢婋娙轂V波電路適用于負(fù)載較小的場(chǎng)合。當(dāng)滿足RLC≥（3~5）T/2時(shí)，則輸出電壓的平均值為其中T為交流電源電壓的周期。由于電容的不斷充放電，使得輸出電壓的脈動(dòng)性減小，而且輸出電壓212.電感濾波及復(fù)式濾波電路（1）電感濾波電路。由于通過(guò)電感的電流不能突變，用一個(gè)大電感與負(fù)載串聯(lián),流過(guò)負(fù)載的電流也就不能突變，電流平滑，輸出電壓的波形也就平穩(wěn)了。其實(shí)質(zhì)是因?yàn)殡姼袑?duì)交流呈現(xiàn)很大的阻抗，頻率愈高，感抗越大，則交流成分絕大部分降到了電感上,若忽略導(dǎo)線電阻，電感對(duì)直流沒有壓降，即直流均落在負(fù)載上，達(dá)到了濾波目的。電感濾波電路如圖9.8所示。在這種電路中，輸出電壓的交流成分是整流電路輸出電壓的交流成分經(jīng)XL和RL分壓的結(jié)果，只有ωL>>RL時(shí)，濾波效果才好。2.電感濾波及復(fù)式濾波電路22圖9.8帶電感濾波器的橋式整流電路圖圖9.8帶電感濾波器的橋式整流電路圖23（2）輸出電壓平均值Uo。一般小于全波整流電路輸出電壓的平均值，如果忽略電感線圈的銅阻，則Uo≈0.9U2。雖然電感濾波電路對(duì)整流二極管沒有電流沖擊，但為了使L值大，多用鐵芯電感，但體積大、笨重，且輸出電壓的平均值Uo較低。（3）復(fù)式濾波電路。為了進(jìn)一步減小輸出電壓的脈動(dòng)程度，可以用電容和鐵芯電感組成各種形式的復(fù)式濾波電路。電感型LC濾波電路如圖9.9所示。整流輸出電壓中的交流成分絕大部分降落在電感上，電容C又對(duì)交流接近于短路，故輸出電壓中交流成分很少，幾乎是一個(gè)平滑（2）輸出電壓平均值Uo。一般小于全波整流電路輸出電壓的平均24圖9.9橋式整流電感型LC濾波電路圖9.9橋式整流電感型LC濾波電路25的直流電壓。由于整流后先經(jīng)電感L濾波，總特性與電感濾波電路相近，故稱為電感型LC濾波電路，若將電容C平移到電感L之前，則為電容型LC濾波電路。的直流電壓。由于整流后先經(jīng)電感L濾波，總特性與電感濾波電路相26（4）Π型濾波電路。圖9.10所示為L(zhǎng)CΠ型濾波電路。整流輸出電壓先經(jīng)電容C1，濾除了交流成分后，再經(jīng)電感L上濾波電容C2上的交流成分極少，因此輸出電路幾乎是平直的直流電壓。但由于鐵芯電感體積大、笨重、成本高、使用不便。因此，在負(fù)載電流不太大而要求輸出脈動(dòng)很小的場(chǎng)合，可將鐵芯電感換成電阻，即RCΠ型濾波電路。電阻R對(duì)交流和直流成分均產(chǎn)生壓降，故會(huì)使輸出電壓下降，但只要RL>>1/(ωC2)，電容C1濾波后的輸出電壓絕大多數(shù)降在電阻RL上。RL愈大，C2愈大，濾波效果愈好。（4）Π型濾波電路。圖9.10所示為L(zhǎng)CΠ型濾波電路。整流輸27圖9.10Π型濾波電路

（a）LCΠ型濾波電路;（b）RCΠ型濾波電路

圖9.10Π型濾波電路

（a）LCΠ型濾波電路;（b28圖9.10Π型濾波電路

（a）LCΠ型濾波電路;（b）RCΠ型濾波電路圖9.10Π型濾波電路

（a）LCΠ型濾波電路;（b299.4穩(wěn)壓電路通過(guò)整流濾波電路所獲得的直流電源電壓是比較穩(wěn)定的，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載電流變化時(shí)，輸出電壓會(huì)隨之改變。電子設(shè)備一般都需要穩(wěn)定的電源電壓。如果電源電壓不穩(wěn)定，將會(huì)引起直流放大器的零點(diǎn)漂移，交流噪聲增大，測(cè)量?jī)x表的測(cè)量精度降低等。因此必須進(jìn)行穩(wěn)壓，目前中小功率設(shè)備中廣泛采用的穩(wěn)壓電源有并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路及開關(guān)型穩(wěn)壓電路。9.4穩(wěn)壓電路通過(guò)整流濾波電路所獲得的直流電源電壓是301硅穩(wěn)壓管組成的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路組成及工作原理硅穩(wěn)壓管組成的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖9.11所示，經(jīng)整流濾波后得到的直流電壓作為穩(wěn)壓電路的輸入電壓Ui，限流電阻R和穩(wěn)壓管V組成穩(wěn)壓電路，輸出電壓Uo=UZ。1硅穩(wěn)壓管組成的并聯(lián)型穩(wěn)壓電路31圖9.11穩(wěn)壓管穩(wěn)壓的直流電源電路圖9.11穩(wěn)壓管穩(wěn)壓的直流電源電路32在這種電路中，不論是電網(wǎng)電壓波動(dòng)還是負(fù)載電阻RL的變化，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路都能起到穩(wěn)壓作用，因?yàn)閁Z基本恒定，而Uo=UZ。下面從兩個(gè)方面來(lái)分析其穩(wěn)壓原理：（1）設(shè)RL不變，電網(wǎng)電壓升高使Ui升高，導(dǎo)致Uo升高，而Uo=UZ。根據(jù)穩(wěn)壓管的特性，當(dāng)UZ升高一點(diǎn)時(shí)，IZ將會(huì)顯著增加，這樣必然使電阻R上的壓降增大，吸收了Ui的增加部分，從而保持Uo不變。在這種電路中，不論是電網(wǎng)電壓波動(dòng)還是負(fù)載電阻RL的變化，穩(wěn)壓33反之亦然。反之亦然。34（2）設(shè)電網(wǎng)電壓不變，當(dāng)負(fù)載電阻RL阻值增大時(shí)，IL減小，限流電阻R上壓降UR將會(huì)減小。由于Uo=UZ=Ui-UR，所以導(dǎo)致Uo升高，即UZ升高，這樣必然使IZ顯著增加。由于流過(guò)限流電阻R的電流為IR=IZ+IL，這樣可以使流過(guò)R上的電流基本不變，導(dǎo)致壓降UR基本不變，則Uo也就保持不變。（2）設(shè)電網(wǎng)電壓不變，當(dāng)負(fù)載電阻RL阻值增大時(shí)，IL減小，限35反之亦然。在實(shí)際使用中,這兩個(gè)過(guò)程是同時(shí)存在的，而兩種調(diào)整也同樣存在。因而無(wú)論電網(wǎng)電壓波動(dòng)或負(fù)載變化，都能起到穩(wěn)壓作用。反之亦然。362.穩(wěn)壓電路參數(shù)確定（1）限流電阻的計(jì)算。穩(wěn)壓電路要輸出穩(wěn)定電壓，必須保證穩(wěn)壓管正常工作。因此必須根據(jù)電網(wǎng)電壓和負(fù)載電阻RL的變化范圍,正確地選擇限流電阻R的大小。從兩個(gè)極限情況考慮，則有①當(dāng)Ui為最小值，Io達(dá)到最大值時(shí)，即

Ui=Uimin，Io=Iomax,這時(shí)IR=(Uimin-UZ)/R。則IZ=IR-Iomax為最小值。為了讓穩(wěn)壓管進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)，此時(shí)IZ值應(yīng)大于IZmin，即IZ=(Uimin-UZ)/R-Iomax＞IZmin,則2.穩(wěn)壓電路參數(shù)確定37②當(dāng)Ui達(dá)最大值，Io達(dá)最小值時(shí)，Ui=Uimax，

Io=Iomin,這時(shí)IR=(Uimax-UZ)/R，則IZ=IR-Iomin為最大值。為了保證穩(wěn)壓管安全工作，此時(shí)IZ值應(yīng)小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-Iomin＜IZmax，則所以限流電阻R的取值范圍為在此范圍內(nèi)選一個(gè)電阻標(biāo)準(zhǔn)系列中的規(guī)格電阻。②當(dāng)Ui達(dá)最大值，Io達(dá)最小值時(shí)，Ui=Uimax，所以限流38（2）確立穩(wěn)壓管參數(shù)。一般取（2）確立穩(wěn)壓管參數(shù)。一般取392串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路可以使輸出電壓穩(wěn)定，但穩(wěn)壓值不能隨意調(diào)節(jié)，而且輸出電流很小，由上式可知，

Iomax=（1/3~2/3）IZmax，而IZmax一般只有20~40mA。為了加大輸出電流，使輸出電壓可調(diào)節(jié)，常用串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路,如圖9.12所示。2串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路40圖9.12串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

（a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;（b）運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖9.12串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

（a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電41圖9.12串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

（a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路;（b）運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖9.12串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

（a）分立元件的串聯(lián)型穩(wěn)壓電423.單片式三端集成穩(wěn)壓器單片式三端穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端和公共端（接地）三個(gè)接線端子，所需外接元件少，使用方便，工作可靠，所以應(yīng)用較多。按輸出電壓是否可調(diào)，三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和可調(diào)式兩種。

1.固定輸出的三端穩(wěn)壓器1）正電壓輸出穩(wěn)壓器常用的三端固定正電壓穩(wěn)壓器有7800系列，型號(hào)中的00兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值，分別為5、6、9、12、15、18、24V。例如,7812的輸出電壓為12V，7805輸出電壓是5V。3.單片式三端集成穩(wěn)壓器43按輸出電流大小不同，又分為:CW7800系列，最大輸出電流1~1.5A；CW78M00系列，最大輸出電流0.5A;CW78L00系列，最大輸出電流100mA左右。7800系列三端穩(wěn)壓器的外部引腳如圖9.13(a)所示，1腳為輸入端，2腳為輸出端，3腳為公共端2）負(fù)電壓輸出穩(wěn)壓器常用的三端固定負(fù)電壓穩(wěn)壓器有7900系列，型號(hào)中的00兩位數(shù)表示輸出電壓的穩(wěn)定值，和7800系列相對(duì)應(yīng)，分別為-5、-6、-9、-12、-15、-18、-24V。按輸出電流大小不同，又分為:CW7800系列，最大輸出電44圖9.13三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列圖9.13三端固定式集成穩(wěn)壓器外形及管腳排列45按輸出電流不同，和7800系列一樣，也分為CW7900系列、CW79M00系列和CW79L00系列。管腳圖如圖9.13（b）所示，1腳為公共端，2腳為輸出端，3腳為輸入端。

2.三端可調(diào)輸出穩(wěn)壓器前面介紹了78、79系列集成穩(wěn)壓電路，這些都是固定輸出的穩(wěn)壓電源。這些在實(shí)用中不太方便。實(shí)際應(yīng)用中還有可調(diào)的CW117、CW217、CW317、CW337和CW337L系列。圖9.14(a)所示為正可調(diào)輸出穩(wěn)壓器，圖9.14(b)為負(fù)可調(diào)輸出穩(wěn)壓器。三端可調(diào)集成穩(wěn)壓器的輸出電壓為1.25V~37V，輸出電流可達(dá)1.5A。按輸出電流不同，和7800系列一樣，也