模擬電子技術(shù)10-1

第10章直流電源10.1直流電源的組成及各部分的作用10.2單相整流電路10.3濾波電路10.4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器10.1直流電源的組成及各部分的作用降壓脈動(dòng)直流減小脈動(dòng)

直流電源是能量轉(zhuǎn)換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉(zhuǎn)換為直流電。半波整流全波整流要特別考慮的兩個(gè)問(wèn)題：

1、負(fù)載有一定的變化范圍

2、允許電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％。1)負(fù)載變化輸出電壓基本不變；2)電網(wǎng)電壓變化輸出基本不變。10.2單相整流電路對(duì)整流電路要研究清楚以下問(wèn)題：1、電路的工作原理：二極管工作狀態(tài)、波形分析2、輸出電壓和輸出電流的平均值：輸出為脈動(dòng)的直流電壓3、整流二極管的選擇：二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓

一般，設(shè)二極管為理想二極管，變壓器內(nèi)阻為0。整流二極管的伏安特性實(shí)際特性理想化特性正向?qū)妷簽?，正向電阻為0。1、單相半波整流電路（1）工作原理u2的正半周，D導(dǎo)通，A→D→RL→B，uO=u2

。u2的負(fù)半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。（2）UO（AV）和IL（AV）的估算

已知變壓器副邊電壓有效值為U2

考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：（3）二極管的選擇2、單相橋式整流電路u2的正半周

A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的負(fù)半周

B→D2→RL→D4→A，uO=-u2四只管子如何接？

集成的橋式整流電路稱為整流堆。（1）工作原理若接反了呢？（2）估算（3）二極管的選擇

考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：

橋式整流與半波整流在相同的次級(jí)電壓下，對(duì)二極管的參數(shù)要求是一樣的，但卻可以獲得電壓更高、脈動(dòng)成分更低的輸出電壓，而且變壓器利用率高，所以應(yīng)用更廣泛。圖10.2.5單相橋式整流電路的習(xí)慣畫法圖10.2.7利用橋式整流電路

實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電源圖10.2.8三相整流電路及其波形返回10.3濾波電路（1）工作原理1、電容濾波電路充電放電速度與正弦波下降速度相似按指數(shù)規(guī)律下降濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動(dòng)變小。（1）工作原理：考慮變壓器和整流電路的內(nèi)阻C越大，RL越大，τ放電將越大，曲線越平滑，脈動(dòng)越小。內(nèi)阻使（2）二極管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角

無(wú)濾波電容時(shí)θ＝π。有濾波電容時(shí)θ<π，二極管電流峰值很大！

簡(jiǎn)單易行，UO（AV）高，C足夠大時(shí)交流分量較??；不適于大電流負(fù)載。（3）電容的選擇及UO（AV）的估算若負(fù)載開路UO（AV）＝？（4）優(yōu)缺點(diǎn)2、電感濾波電路

當(dāng)回路電流減小時(shí)，感生電動(dòng)勢(shì)的方向阻止電流的減小，從而增大二極管的導(dǎo)通角。電感對(duì)直流分量的電抗為線圈電阻，對(duì)交流分量的感抗為ωL。適于大電流負(fù)載！3、復(fù)式濾波電路為獲得更好的濾波效果，可采用復(fù)式濾波電路。電感應(yīng)于負(fù)載串聯(lián)，電容應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)。4、倍壓整流電路分析時(shí)的兩個(gè)要點(diǎn)：設(shè)①負(fù)載開路，②電路進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。u2負(fù)半周，u2加C1上電壓對(duì)C2充電：P→D2→C2→A，最終u2正半周C1充電：A→D1→C1→B，最終P圖10.3.7多倍壓整流電路返回討論一

已知變壓器副邊電壓有效值為10V，電容足夠大，判斷下列情況下輸出電壓平均值UO（AV）≈？

1、正常工作；

2、C開路；

3、RL開路；

4、D1和C同時(shí)開路。討論二

整流電路如圖所示，分別求解下列兩種情況下輸出電壓的波形和平均值、整流二極管的最大整流電流和最高反向工作電壓。

1、變壓器副邊電壓有效值U21＝U22＝20V；

2、U21＝20V、U22＝10V。P569習(xí)題10.6，10.710.4穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)定電壓UZ：穩(wěn)壓管的擊穿電壓穩(wěn)定電流IZ：使穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)的最小電流最大耗散功率PZM：允許的最大功率，PZM=IZMUZ動(dòng)態(tài)電阻rz：工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，rz＝△U/△I1、穩(wěn)壓管的伏安特性和主要參數(shù)伏安特性符號(hào)等效電路2、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理3、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo)（1）輸出電壓UO＝UZ（2）輸出電流IZmax－Izmin≤IZM－IZ（3）穩(wěn)壓系數(shù)（4）輸出電阻

簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)壓性能好。適用于輸出電壓固定，輸出電流變化范圍較小的場(chǎng)合。4、特點(diǎn)：5、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)（1）UI的選擇UI＝（2～3）UZ（2）穩(wěn)壓管的選擇UZ＝UO

IZM－IZ>ILmax－Ilmin（3）限流電阻的選擇保證穩(wěn)壓管既穩(wěn)壓又不損壞。電網(wǎng)電壓最低且負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最小。電網(wǎng)電壓最高且負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管的電流最大。為減小Sr,取值矛盾!若求得Rmin>Rmax，怎么辦？三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1、基本調(diào)整管穩(wěn)壓電路為了使穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。穩(wěn)壓原理：電路引入電壓負(fù)反饋，穩(wěn)定輸出電壓。調(diào)整管的作用及如何提高穩(wěn)壓性能

不管什么原因引起UO變化，都將通過(guò)UCE的調(diào)節(jié)使UO穩(wěn)定，故稱晶體管為調(diào)整管。

若要提高電路的穩(wěn)壓性能，則應(yīng)加深電路的負(fù)反饋，即提高放大電路的放大倍數(shù)。2、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（1）穩(wěn)壓原理：若由于某種原因使UO增大（2）輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍同相比例運(yùn)算電路則UO↑→UN↑→UB↓→UO↓（3）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成部分及其作用調(diào)整管采樣電阻調(diào)整管：是電路的核心，UCE隨UI和負(fù)載產(chǎn)生變化以穩(wěn)定UO。比較放大基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓：是UO的參考電壓。采樣電阻：對(duì)UO

的采樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定UO

。比較放大：將UO

的采樣電壓與基準(zhǔn)電壓比較后放大，決定電路的穩(wěn)壓性能。（4）串聯(lián)型穩(wěn)壓電源中調(diào)整管的選擇IEmax＝IR1＋I(xiàn)Lmax≈ILmax<ICMUCEmax＝UImax－UOmin<U（BR）CEO

PTmax＝IEmaxUCEmax<PCM根據(jù)極限參數(shù)ICM、U（BR）CEO、PCM選擇調(diào)整管！應(yīng)考慮電網(wǎng)電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化！討論二：對(duì)于基本串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論3)若電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％，UI為28V，

UO為10V～20V；晶體管的電流放大系數(shù)為50，PCM＝5W，ICM＝1A；集成運(yùn)放最大輸出電流為10mA；則最大負(fù)載電流約為多少？1)若UO為10V～20V，R1＝R3＝1kΩ，則R3和UZ各為多少？2)若電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％，UO為10V～20V，UCES＝3V，UI至少選取多少伏？討論三：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論1)標(biāo)出集成運(yùn)放的同相輸入端和反向輸入端；2)電路由哪些部分組成？3)UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？4)如何選取R’和R？限流型過(guò)流保護(hù)電路輸出電流取樣電阻討論三：關(guān)于實(shí)用串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的討論5)采樣電阻的取值應(yīng)大些還是小些，為什么？它們有上限值嗎？6)若電路輸出紋波電壓很大，則其原因最大的可能性是什么？7)根據(jù)圖中過(guò)流保護(hù)電路的原理組成一種限流型過(guò)流保護(hù)電路。四、集成穩(wěn)壓器（三端穩(wěn)壓器）輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）、0.1A（W78L00）1、W7800系列

（1）簡(jiǎn)介（2）基本應(yīng)用消除高頻噪聲使CO不通過(guò)穩(wěn)壓器放電抵銷長(zhǎng)線電感效應(yīng)，消除自激振蕩

將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負(fù)載電阻，構(gòu)成串類型穩(wěn)壓電路。（3）輸出電流擴(kuò)展電路

為使負(fù)載電流大于三端穩(wěn)壓器的輸出電流，可采用射極輸出器進(jìn)行電流放大。很小三端穩(wěn)壓器的輸出電壓若UBE=UD，則二極管的作用：消除UBE對(duì)UO的影響。（4）輸出電壓擴(kuò)展電路IW為幾mA，UO與三端穩(wěn)壓器參數(shù)有關(guān)。隔離作用基準(zhǔn)電壓電路復(fù)雜2、基準(zhǔn)電壓源三端穩(wěn)壓器W117

輸出電壓UREF＝1.25V，調(diào)整端電流只有幾微安。減小紋波電壓保護(hù)穩(wěn)壓器討論四：W117的應(yīng)用1)R1的上限值為多少？2)UO可能的最大值為多少？3)輸出電壓最小值為多少？4)

UOmax＝30V，選取R1、R2；5)已知電網(wǎng)電壓波動(dòng)±10％，輸出電壓最大值為30V，UI至少取多少伏？決定于IOmin兩種情況：1.已知UI2.自己選取UI決定于W117的輸出輸入電壓最低、輸出電壓最高時(shí)，UI－UO＞3V。根據(jù)輸出電壓表達(dá)式討論五：集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用

±UO=?W7900與W7800不同之處是輸出為負(fù)電壓。1、基準(zhǔn)電壓為多少？2、UO的表達(dá)式？3、為使W7812不因輸入端和輸出端之間電壓太大而損壞，可采用什么方法？五、開關(guān)型穩(wěn)壓電路

1、開關(guān)型穩(wěn)壓電源的特點(diǎn)

線性穩(wěn)壓電源：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，輸出電壓穩(wěn)定性強(qiáng)，紋波電壓小。缺點(diǎn)是調(diào)整管工作在甲類狀態(tài)，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散熱器，因而設(shè)備體積大，笨重，成本高。

若調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，則勢(shì)必大大減小功耗，提高效率，開關(guān)型穩(wěn)壓電源的效率可達(dá)70％～95％。體積小，重量輕。適于固定的大負(fù)載電流、輸出電壓小范圍調(diào)節(jié)的場(chǎng)合。構(gòu)成開關(guān)型穩(wěn)壓電源的基本思路

將交流電經(jīng)變壓器、整流濾波得到直流電壓↓控制調(diào)整管按一定頻率開關(guān)，得到矩形波↓濾波，得到直流電壓引入負(fù)反饋，控制占空比，使輸出電壓穩(wěn)定。2、串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路

（1）基本電路

①電路組成及工作原理

T截止，D導(dǎo)通，uE≈－UD；L

釋放能量，C放電。T、D均工作在開關(guān)狀態(tài)。

T飽和導(dǎo)通，D截止，uE≈UI；L儲(chǔ)能，C充電。uB＝UH時(shí)uB＝UL時(shí)②

波形分析及輸出電壓平均值關(guān)鍵技術(shù)：大功率高頻管，高質(zhì)量磁性材料穩(wěn)壓原理：若某種原因使輸出電壓升高，則應(yīng)減小占空比。③

穩(wěn)壓原理脈沖寬度調(diào)制式：PWM電路作用：

UO↑→Ton↓→δ↓→UO↓其它控制方式：脈沖頻率調(diào)制式：UO↑→T↑（脈寬不變）→δ↓→UO↓混合調(diào)制式：UO↑