直流穩(wěn)壓電源A

10.1小功率整流濾波電路10.2串聯(lián)反響式穩(wěn)壓電路第十章直流穩(wěn)壓電源內(nèi)容簡(jiǎn)介本章主要講述直流電源的有關(guān)電路。重點(diǎn)掌握整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路的工作原理和根本計(jì)算；正確理解直流電源電路的組成和各局部的作用，了解集成穩(wěn)壓器的工作原理和使用方法。電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)檫m宜的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變?yōu)閱我环较蛎}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:去除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo10.1.1單相橋式整流電路組成：由四個(gè)二極管組成橋路u2正半周時(shí)電流通路如下：D1、D4導(dǎo)通，D2、D3截止〔1〕工作原理：+-為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。+-u2負(fù)半周時(shí)電流通路如下：D2、D3導(dǎo)通，D1、D4截止單相橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形：u2>0時(shí)D1,D4導(dǎo)通D2,D3截止電流通路:a

D1

RLD4bu2<0時(shí)D2,D3導(dǎo)通D1,D4截止電流通路:b

D2

RLD3au2uD2,uD3uD1,uD4uo〔2〕主要參數(shù)：①整流輸出電壓的平均值uo

20t②負(fù)載電流的平均值③脈動(dòng)系數(shù)S

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1M與Uo平均值之比。S越小越好。用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出uo

分解后可得:uo

20t基波基波峰值輸出電壓平均值平均電流(ID)與反向峰值電壓(UDRM)是選擇整流管的主要依據(jù)。例如：在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過(guò)每只整流二極管的平均電流ID

是負(fù)載平均電流的一半。二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：④二極管平均電流與反向峰值電壓〔選購(gòu)時(shí)：二極管額定電流2ID)〔選購(gòu)時(shí)：最大反向電壓2URM)⑤單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線(xiàn)～是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)該曲線(xiàn)如下圖。曲線(xiàn)的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。一、電容濾波電路二、電感濾波電路*10.2.1濾波電路一、電容濾波電路(1)濾波的根本概念濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。RLLRLC電容器C對(duì)直流開(kāi)路，對(duì)交流阻抗小，故應(yīng)并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，故應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。

(2)單相橋式電容濾波整流電路的結(jié)構(gòu)Cu1u2u1D4D2D1D3RLuoS(3)濾波原理假設(shè)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(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2，是正弦形。所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線(xiàn)下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。當(dāng)v2到達(dá)90°時(shí)，v2開(kāi)始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。在剛過(guò)90°時(shí)，正弦曲線(xiàn)下降的速率很慢。所以剛過(guò)90°時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過(guò)90°后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線(xiàn)下降的速率越來(lái)越快，當(dāng)剛超過(guò)指數(shù)曲線(xiàn)起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長(zhǎng)，導(dǎo)通角減小，見(jiàn)曲線(xiàn)3當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC減小時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見(jiàn)圖中的2。(4)電容濾波的計(jì)算電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線(xiàn)可供查閱。一般常采用以下近似估算法：波形鋸齒波近似表示，即在RLC=(3

5)T/2的條件下，近似認(rèn)為UL=UO=1.2U2整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線(xiàn)如圖下所示。(5)外特性近似估算:Uo=1.2U2Io=Uo/RL(b)流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大RLC越大

Uo越高

負(fù)載電流的平均值越大;

整流管導(dǎo)電時(shí)間越短

iD的峰值電流越大(6)電容濾波電路的特點(diǎn)(a)輸出電壓平均值Uo與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)RLC愈大

電容器放電愈慢

Uo(平均值)愈大(c)二極管承受的最高反向電壓串聯(lián)反響式穩(wěn)壓電路的工作原理10.2.3三端集成穩(wěn)壓器10.2串聯(lián)反響式穩(wěn)壓電路10.2.1穩(wěn)壓電路概述10.2.1穩(wěn)壓電路概述一、引入穩(wěn)壓電路的目的輸入電壓和負(fù)載電流的變化會(huì)引起輸出電壓變化二、穩(wěn)壓電源類(lèi)型:穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路線(xiàn)性穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。以下主要討論線(xiàn)性穩(wěn)壓電路。三、穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)輸出電壓變化量穩(wěn)壓系數(shù)輸出電阻溫度系數(shù)三、穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)輸出電壓變化量穩(wěn)壓系數(shù)輸出電阻溫度系數(shù)四、硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性。由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓原理(1)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)如何穩(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。這一穩(wěn)壓過(guò)程可概括如下：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(méi)有那么大而已。VO還是要增加一點(diǎn)的，這是一個(gè)有差調(diào)節(jié)系統(tǒng)。VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓(2)當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)如何穩(wěn)壓負(fù)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。這一穩(wěn)壓過(guò)程可概括如下：IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓〔VO↓〕→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑2.穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓性能與穩(wěn)壓二極管擊穿特性的動(dòng)態(tài)電阻有關(guān)，與穩(wěn)壓電阻R的阻值大小有關(guān)。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，就可到達(dá)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。穩(wěn)壓二極管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。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(shí)R也是限流電阻。穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下:(1)當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最大值，實(shí)際選用的穩(wěn)壓電阻應(yīng)小于最大值。即(2)當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過(guò)IZmax，由此可計(jì)算出穩(wěn)壓電阻的最小值。即穩(wěn)壓二極管在使用時(shí)一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過(guò)規(guī)定值，否那么會(huì)造成損壞！10.2.2線(xiàn)性串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成假設(shè)負(fù)載電流IL↑→R↓→VR↓→在一定程度上抵消了因IL增加，使輸出電壓減小的影響。串聯(lián)穩(wěn)壓電源示意圖VO=VI-VR當(dāng)VI↑→R↑→VR↑→在一定程度上抵消了VI增加對(duì)輸出電壓的影響。在實(shí)際電路中，可變電阻R是用一個(gè)三極管來(lái)替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當(dāng)于VR串聯(lián)型穩(wěn)壓電源由以下四個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成：調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓源2.工作原理〔實(shí)質(zhì)為電壓負(fù)反響〕(1)輸入電壓變化時(shí)VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓2.工作原理〔實(shí)質(zhì)為電壓負(fù)反響〕(2)負(fù)載電流變化時(shí)IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑3.輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計(jì)算可見(jiàn)，調(diào)節(jié)R2可以改變輸出電壓。根據(jù)“虛短〞Vf≈VREF4.分立元件組成的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2T1調(diào)整管R1、RW、R2采樣電阻R3、T2比較放大R、UZ基準(zhǔn)電壓5.穩(wěn)壓原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo當(dāng)UI增加或輸出電流減小使Uo升高時(shí)R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(6)輸出電壓確實(shí)定和調(diào)節(jié)范圍因?yàn)椋篛U2BEZUU+22WRR+21WRRR++=()22221BEZWWOUURRRRRU++++=所以：2221ZWWURRRRR+++=忽略UBE2例1：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。221ZWWOminURRRRRU+++=

4=6V4.74.7++=4.74.7+4.7221ZWOmaxURRRRU++=

4=12V4.74.7++=4.74.7(1)概述將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護(hù)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(xiàn)較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個(gè)：輸入端、輸出端和公共端，稱(chēng)為三端集成穩(wěn)壓器。它的電路符號(hào)及外形見(jiàn)以下圖所示。要特別注意，不同型號(hào)，不同封裝的集成穩(wěn)壓器，它們?nèi)齻€(gè)電極的位置是不同的，要查手冊(cè)確定。10.2.3三端集成穩(wěn)壓器(2)線(xiàn)性三端集成穩(wěn)壓器的分類(lèi)三端集成穩(wěn)壓器有如下幾種：1.三端固定正輸出集成穩(wěn)壓器，國(guó)標(biāo)型號(hào)為CW78--/CW78M--/CW78L--2.三端固定負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國(guó)標(biāo)型號(hào)為CW79--/CW79M--/CW79L--3.三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器，國(guó)標(biāo)型號(hào)為CW117--/CW117M--/CW117L-CW217--/CW217M--/CW217L--CW317--/CW317M--/CW317L--4.三端可調(diào)負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器，國(guó)標(biāo)型號(hào)為CW137--/CW137M--/CW137L-CW237--/CW237M--CW237L--CW337--/CW337M--/CW337L—以上1---為軍品級(jí)；2---為工業(yè)品級(jí)；3---為民品級(jí)。

軍品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55℃～150℃；

工業(yè)品級(jí)為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25℃～150℃；

民品級(jí)多為塑料封裝，工作溫度范圍0℃～125℃。(3)應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖16.09所示。可調(diào)輸出三端集成穩(wěn)壓器的內(nèi)部，在輸出端和公共端之間是1.25

V的參考源，因此輸出電壓可通過(guò)電位器調(diào)節(jié)。應(yīng)用電路(固定)三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路如圖16.10所示。應(yīng)用電路(可調(diào))〔4〕利用三端集成穩(wěn)壓器組成恒流源

圖16.11穩(wěn)壓器做恒流源圖16.12可調(diào)穩(wěn)壓器做恒流源電路

(a)小電流恒流源

(b)大電流恒流源三端集成穩(wěn)壓器可做恒流源使用,電路見(jiàn)

圖16.11和16.12。三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用

常用的集成三端穩(wěn)壓器的類(lèi)型類(lèi)型：W7800系列——穩(wěn)定正電壓

W7805輸出+5VW7809輸出+9VW7812輸出+12VW7815輸出+15VW7900系列——穩(wěn)定負(fù)電壓

W7905輸出-5VW7909輸出-9VW7912