《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課件-項目4 直流穩(wěn)壓電源的仿真與實訓(xùn)

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》4.1直流穩(wěn)壓電源的組成4.2整流電路4.3濾波電路4.4

穩(wěn)壓電路項目4：直流穩(wěn)壓電源的仿真與實訓(xùn)

4.1直流電源的組成及各部分的作用改變電壓值通常為降壓交流變脈動的直流減小脈動1)負(fù)載變化輸出電壓基本不變；2)電網(wǎng)電壓變化輸出電壓基本不變。

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

在分析電源電路時要特別考慮的兩個問題：允許電網(wǎng)電壓波動±10％，且負(fù)載有一定的變化范圍。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。4.2整流電路（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？舉例：

4試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2或D4斷開時負(fù)載電壓的波形。如果D2或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流流過，兩端有電壓uo=u；負(fù)半周時，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，兩端無電壓，u0=0。波形如圖所示。uo

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πui+_+_u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4接反則正半周時，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3（2）估算（3）二極管的選擇考慮到電網(wǎng)電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數(shù)應(yīng)滿足：4.3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，脈動變小。（2）二極管的導(dǎo)通角導(dǎo)通角

無濾波電容時θ＝π。

有濾波電容時θ<π，且二極管平均電流增大，故其峰值很大！θ小到一定程度，難于選擇二極管！

簡單易行，UO（AV）高，C足夠大時交流分量較小；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2.

電感濾波電路

當(dāng)回路電流減小時，感生電動勢的方向阻止電流的減小，從而增大二極管的導(dǎo)通角。電感對直流分量的電抗為線圈電阻，對交流分量的感抗為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)與負(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的兩個要點：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C2充電：P→D2→C2→A，最終u2正半周C1充電：A→D1→C1→B，最終P1.穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)(1)輸出電壓(2)輸出電流(3)穩(wěn)壓系數(shù)表明電網(wǎng)電壓波動時電路的穩(wěn)壓性能。在負(fù)載電流不變時，輸出電壓相對變化量與輸入電壓變化量之比。（4）輸出電阻表明負(fù)載電流變化時電路的穩(wěn)壓性能。在電網(wǎng)電壓不變時，負(fù)載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。其值大小反應(yīng)直流電源帶負(fù)載能力的大小。（5）紋波電壓測試出輸出電壓的交流分量。4.4穩(wěn)壓電路2.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動態(tài)電阻rz：工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時，rz＝ΔU/ΔI（1）穩(wěn)壓管的伏安特性和主要參數(shù)伏安特性符號等效電路(2)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理（3）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的設(shè)計（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，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，穩(wěn)壓管的電流最大。3、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)范圍同相比例運算電路則UO↑→UN↑→UB↓→UO↓③串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成及其作用調(diào)整管取樣電阻調(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。取樣電阻：對UO

的取樣，與基準(zhǔn)電壓共同決定UO。比較放大：將UO

的取樣電壓與基準(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)電壓的波動和負(fù)載電流的變化！（1）特點體積小、重量輕、外圍元件少、使用調(diào)整方便和價廉。3.集成穩(wěn)壓器概述（2）類型按結(jié)構(gòu)分：串聯(lián)型、并聯(lián)型、開關(guān)型串聯(lián)型：調(diào)整元件和負(fù)載RL為串聯(lián)關(guān)系。并聯(lián)型：調(diào)整元件和負(fù)載RL為并聯(lián)關(guān)系。開關(guān)型：調(diào)整管工作在開、關(guān)狀態(tài)。按輸出電壓類型分：固定式、可調(diào)式按輸出電壓極性分：正電輸出、負(fù)電壓輸出三端式固定輸出集成穩(wěn)壓器CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負(fù)電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V（1）78、79系列的型號命名輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓例如：CW7805輸出5V，最大電流1.5ACW78M05輸出5V，最大電流0.5ACW78L05輸出5V，最大電流0.1A①

封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND塑料封裝金屬封裝（2）外型和封裝和使用要求312②

符號CW7800++213CW790013_2_③

使用注意為使調(diào)整管工作在放大區(qū)，應(yīng)使

UI–UO2V，但考慮調(diào)整管功耗，也不宜過大。地端靜態(tài)電流IQ=8mA

。（3）三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用

①基本應(yīng)用

下圖是三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。圖中電容C1可以減小輸入電壓的紋波，也可以用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，以防止自激振蕩。輸出端電容C2用以改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)和消除電路的高頻噪聲。要求輸入電壓UI比輸出電壓UO至少大2.5~3V。

某型號電視機(jī)電源電路圖②正負(fù)電壓同時輸出的穩(wěn)壓電路下圖是正負(fù)同時輸出的穩(wěn)壓電路。當(dāng)需要正負(fù)兩組電源輸出時，可以采用7800系列正壓單片穩(wěn)壓器和7900系列負(fù)壓單片穩(wěn)壓器各一塊，按圖接線，構(gòu)成正負(fù)兩組電源。正負(fù)對稱的穩(wěn)壓電路三端可調(diào)線性集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)線性集成穩(wěn)壓器除了具備三端固定集成穩(wěn)壓器的優(yōu)點外，在性能方面也有進(jìn)一步提高，特別是由于輸出電壓可調(diào)，應(yīng)用更為靈活。目前，國產(chǎn)三端可調(diào)正輸出集成穩(wěn)壓器系列有：CW117/CW217/CW317；負(fù)輸出集成穩(wěn)壓器系列有：CW137/CW237/CW337等,三端可調(diào)輸出正電源

如圖所示為輸出可調(diào)的正電源，圖中電容C1、C2的作用用于抑制調(diào)節(jié)電位器時產(chǎn)生的紋波干擾。二極管VD1、VD2為保護(hù)電路。VD1用于防止輸入短路時，C3通過穩(wěn)壓器的放電而損壞穩(wěn)壓器；VD2用于防止輸出短路時，C2通過調(diào)整端放電而損壞穩(wěn)壓器。在輸出電壓小于7V時，也可不接。

三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用電路三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的典型應(yīng)用電路應(yīng)用電路(固定)應(yīng)用電路(可調(diào))小結(jié)1.直流穩(wěn)壓電源是電子設(shè)備中重要的組成部分，一般小功率直流電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。2.整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娹D(zhuǎn)變?yōu)槊}動直流電，整流電路有半波整流、全波整流、橋式整流等，橋式整流應(yīng)用比較廣泛。3.濾波電路是利用電容和電感的儲能作用將脈動直流電中脈動成分濾掉，濾波形式有電容濾波、電感濾波等。4.穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)交流電壓發(fā)生波動、負(fù)載或溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。知識鞏固：1、三端集成穩(wěn)壓器CW7812的輸出電壓是（

）。

A、12VB、5VC、9V

D、6V2、單相橋式整流電容濾波電路輸出電壓平均值Uo=（

）U2A、0.45B、0.9C、1.2D、1.53、三端集成穩(wěn)壓器CXX7805的輸出電壓是（

）A、5VB、9VC、12VD、15VACA4、直流穩(wěn)壓電源中，為使濾波后的輸出電壓的平均值達(dá)到12V，則變壓器副邊的電壓有效值應(yīng)為（

）。

A、6VB、15VC、12V

D、10V5、如果需要使用三端穩(wěn)壓器輸出+5V的直流電壓，應(yīng)該選用下面哪個芯片(

)。A、7815B、7805

C、7808D、7905BD6、直流穩(wěn)壓電源中，為使濾波后的輸出電壓的平均值達(dá)到12V