《電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）》 課件 課題三 直流穩(wěn)壓電源

電子技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）155課題三直流穩(wěn)壓電源156直流穩(wěn)壓電源157任務(wù)一任務(wù)二串、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電源158任務(wù)一串、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路學習目標159掌握單相整流、濾波電路的組成和工作原理掌握并聯(lián)型穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理掌握串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的安裝、調(diào)試與檢修任務(wù)引入160直流穩(wěn)壓電源如圖3-1-1所示，能提供各種電壓等級的穩(wěn)定直流電壓，廣泛應(yīng)用于各類電子產(chǎn)品及實驗室中。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是一種常用的直流穩(wěn)壓電源電路，其電路板如圖3-1-2所示。圖3-1-1直流穩(wěn)壓電源任務(wù)引入161圖3-1-2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路板任務(wù)引入162本任務(wù)是通過串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的安裝和調(diào)試，掌握直流穩(wěn)壓電源的工作原理，熟悉直流穩(wěn)壓電源的制作過程，了解直流穩(wěn)壓電源的調(diào)試與檢修方法。163相關(guān)知識一、單相整流、濾波電路單相整流、濾波電路用于對電網(wǎng)提供的220V交流電壓進行整流，將其轉(zhuǎn)換為脈動直流電壓后濾波，輸出較為平滑的直流電壓。常見的單相整流電路包括單相半波整流電路、單相全波整流電路和單相橋式整流電路。164相關(guān)知識1.單相半波整流電路(1)電路組成及波形單相半波整流電路如圖3-1-3所示，其輸入、輸出電壓波形如圖3-1-4所示。圖3-1-3單相半波整流電路圖3-1-4單相半波整流電路的輸入、輸出電壓波形165相關(guān)知識1.單相半波整流電路(2)工作原理忽略二極管的正向壓降，在交流電壓正半周時，二極管正向偏置，處于導通狀態(tài)；在交流電壓負半周時，二極管反向偏置，處于截止狀態(tài)，相當于開路。即u2>0→V導通→uL=u2u2<0→V截止→uL=0二極管V在輸入信號的正半周導通，負半周截止。輸入電壓為正弦波時，負載上得到的只有正弦波的半個波形，因此，該電路稱為單相半波整流電路。單相半波整流電路輸出電壓、輸出電流的平均值為式中，U2為電源變壓器二次側(cè)電壓的有效值，下同。166相關(guān)知識2.單相半波整流電容濾波電路(1)電路組成及波形單相半波整流電容濾波電路如圖3-1-5所示，其輸入、輸出電壓波形如圖3-1-6所示。圖3-1-5單相半波整流電容濾波電路圖3-1-6單相半波整流電容濾波電路的輸入、輸出電壓波形167相關(guān)知識2.單相半波整流電容濾波電路(2)工作原理1)二極管V導通時給電容器C充電，V截止時C向負載RL放電。2)濾波后輸出電壓的波形變得平緩，平均值提高。濾波電容器與負載并聯(lián)，由于濾波電容器的充、放電作用，輸出電壓的脈動程度大為減弱，波形相對平滑，輸出電壓平均值得到提高。單相半波整流電容濾波電路輸出電壓的平均值為0.45U2<UL<2U2RLC越大，UL越大。168相關(guān)知識2.單相半波整流電容濾波電路單相半波整流電路經(jīng)電容濾波后，有關(guān)電壓和電流的估算可參考表3-1-1。表3-1-1單相半波整流電容濾波電路電壓和電流的估算169相關(guān)知識3.單相橋式整流電路(1)電路組成及波形單相橋式整流電路如圖3-1-7所示，其輸入、輸出電壓波形如圖3-1-8所示。圖3-1-7單相橋式整流電路170相關(guān)知識3.單相橋式整流電路圖3-1-8單相橋式整流電路的輸入、輸出電壓波形171相關(guān)知識3.單相橋式整流電路(2)工作原理忽略二極管的正向壓降，則:兩組二極管V2、V3和V1、V4輪流導通，V2、V3在輸入信號的正半周導通，V1、V4在輸入信號的負半周導通，在負載上可得到全波脈動的直流電壓和電流。172相關(guān)知識3.單相橋式整流電路單相橋式整流電路輸出電壓、輸出電流的平均值為173相關(guān)知識4.單相橋式整流電容濾波電路(1)電路組成及波形單相橋式整流電容濾波電路如圖3-1-9所示，其輸入、輸出電壓波形如圖3-1-10所示。圖3-1-9單相橋式整流電容濾波電路174相關(guān)知識4.單相橋式整流電容濾波電路圖3-1-10單相橋式整流電容濾波電路的輸入、輸出電壓波形175相關(guān)知識4.單相橋式整流電容濾波電路(2)工作原理1)二極管V2、V3或V1、V4導通時給電容器C充電，截止時C向負載RL放電。2)濾波后輸出電壓的波形變得平緩，平均值提高。濾波電容器與負載并聯(lián)，由于濾波電容器的充、放電作用，輸出電壓的脈動程度大為減弱，波形相對平滑，輸出電壓平均值得到提高。單相橋式整流電容濾波電路輸出電壓的平均值為0.9U2<UL<2U2RLC越大，UL越大。176相關(guān)知識4.單相橋式整流電容濾波電路單相橋式整流電路經(jīng)電容濾波后，有關(guān)電壓和電流的估算可參考表3-1-2。表3-1-2單相橋式整流電容濾波電路電壓和電流的估算177相關(guān)知識二、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路的作用是使直流電源的輸出電壓穩(wěn)定，基本不受電網(wǎng)電壓或負載變化的影響。1.電路組成并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3-1-11所示。圖中穩(wěn)壓二極管VZ反向并聯(lián)在負載RL兩端，因此稱為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓電路的輸入來自整流、濾波電路的輸出電壓。圖3-1-11并聯(lián)型穩(wěn)壓電路178相關(guān)知識2.工作原理并聯(lián)型穩(wěn)壓電路是利用穩(wěn)壓二極管的反向擊穿特性穩(wěn)壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化只會引起較小的電壓變化。(1)當輸入電壓變化時如何穩(wěn)壓?根據(jù)電路圖可知輸入電壓Ui升高，必然引起Uo升高，即UZ升高，從而使IZ增大，IR增大，UR升高，進而使輸出電壓Uo降低。這一穩(wěn)壓過程可概括如下:即輸入電壓Ui的升高，在穩(wěn)壓二極管的調(diào)節(jié)下，使輸出電壓Uo保持穩(wěn)定。179相關(guān)知識2.工作原理(2)當負載電流變化時如何穩(wěn)壓?負載電流IL增大，必然引起IR增大，UR升高，從而使UZ(Uo)降低，IZ減小。IZ減小必然使IR減小，UR降低，進而使輸出電壓Uo升高。這一穩(wěn)壓過程可概括如下:電阻器R起限流和調(diào)壓雙重作用，如果R=0，則Uo=Ui，電路根本沒有穩(wěn)壓作用，同時可能導致穩(wěn)壓二極管反向電流過大而使穩(wěn)壓二極管燒壞。并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計制作容易，但是輸出電流較小，輸出電壓不可以調(diào)節(jié)，因此只適用于電壓固定的小功率負載且電流變化范圍不大的場合。當負載電流較大且要求穩(wěn)壓性能好時，可采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。180相關(guān)知識三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路組成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖3-1-12所示，其組成框圖如圖3-1-13所示。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準電壓電路、取樣電路、比較放大電路和調(diào)整管組成，三極管V5和V6組成復(fù)合調(diào)整管，接成射極輸出形式。因為調(diào)整管與負載RL串聯(lián)，所以稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。圖3-1-12串聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖3-1-13串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成框圖181相關(guān)知識1.電路組成穩(wěn)壓二極管V8和限流電阻器R3組成基準電壓電路。電阻器R4、R5和電位器RP組成取樣電路，當輸出電壓變化時，取樣電路將其變化量的一部分送至比較放大電路。三極管V7組成比較放大電路。取樣電壓和基準電壓UZ分別送至三極管V7的基極和發(fā)射極，進行比較放大，V7的集電極與調(diào)整管的基極相連，以控制調(diào)整管的基極電位。182相關(guān)知識2.工作原理假設(shè)由于某種原因(如電網(wǎng)電壓波動或者負載電阻變化等)使輸出電壓Uo升高，取樣電路將這一變化趨勢送至比較放大電路三極管V7的基極與發(fā)射極的基準電壓UZ進行比較，并且將二者的差值放大，V7集電極電壓UC7(即調(diào)整管的基極電壓UB5)降低。由于調(diào)整管采用射極輸出形式，因此輸出電壓Uo必然降低，從而保證Uo基本穩(wěn)定。其穩(wěn)壓過程可以概括如下:若輸出電壓降低，則穩(wěn)壓過程如下:串聯(lián)型穩(wěn)壓電路實質(zhì)上是引入深度負反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。183相關(guān)知識3.輸出電壓的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)電位器RP可以調(diào)節(jié)輸出電壓Uo的大小，使其在一定的范圍內(nèi)變化。忽略三極管V7的基極電流，當RP滑動觸點移至最上端時此時輸出電壓最小，當RP滑動觸點移至最下端時，輸出電壓最大，注意：輸出電壓Uo的調(diào)節(jié)范圍是有限的，其最大值不可能超過輸入電壓Ui，最小值不可能到零。184任務(wù)二集成穩(wěn)壓電源學習目標185熟悉三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，掌握三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用熟悉三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器，掌握三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用掌握集成穩(wěn)壓電源電路的工作原理、安裝、調(diào)試與檢修任務(wù)引入186分立元件制作的穩(wěn)壓電源分為串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種，此外還可以利用集成穩(wěn)壓器制作集成穩(wěn)壓電源。與前者相比，后者元器件少、可靠性高。集成穩(wěn)壓電源電路板如圖3-2-1所示。圖3-2-1集成穩(wěn)壓電源電路板本任務(wù)是學會安裝集成穩(wěn)壓電源電路，熟悉其工作原理，掌握其調(diào)試與檢修方法。1.級間耦合形式187相關(guān)知識隨著半導體集成電路工藝的迅速發(fā)展，現(xiàn)在常把串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中的取樣、基準電壓、比較放大、調(diào)整及保護環(huán)節(jié)等集成于一個半導體芯片上，構(gòu)成集成穩(wěn)壓器，它具有體積小、質(zhì)量輕、使用方便、可靠性高等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。集成穩(wěn)壓器有多種類型，按照穩(wěn)壓原理不同，可以分為串聯(lián)調(diào)整式、并聯(lián)調(diào)整式、開關(guān)調(diào)整式。按照封裝形式不同，可以分為金屬封裝和塑料封裝兩種形式。下面介紹三端集成穩(wěn)壓器。三端集成穩(wěn)壓器按照性能和用途不同可以分成兩大類，一類是三端固定輸出集成穩(wěn)壓器，另一類是三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器。188相關(guān)知識一、三端固定輸出集成穩(wěn)壓器1.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的型號和外形三端固定輸出集成穩(wěn)壓器有輸入端、輸出端和公共端三個引出端。此類集成穩(wěn)壓器屬于串聯(lián)調(diào)整式，除了基準電壓、取樣、比較放大和調(diào)整等環(huán)節(jié)外，還有較完整的保護電路。常用的CW78××系列是正電壓輸出，CW79××系列是負電壓輸出，其型號意義如圖3-2-2所示。圖3-2-2三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的型號意義189相關(guān)知識1.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的型號和外形CW78××系列和CW79××系列的引腳功能有較大的差異，CW78××系列的引腳1、2、3分別對應(yīng)輸入端、公共端、輸出端，CW79××系列的引腳1、2、3分別對應(yīng)公共端、輸入端、輸出端，使用時必須注意。常見的三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的外形如圖3-2-3所示。圖3-2-3常見的三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的外形190相關(guān)知識2.三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路圖3-2-4所示為三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路。圖中，輸入端電容器C1用于減小輸入電壓的脈動和防止過電壓;輸出端電容器C2用于削弱電路的高頻干擾，并具有消振作用。為保證集成穩(wěn)壓器正常工作，輸入電壓至少應(yīng)高于輸出電壓2~3V。圖3-2-4三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路a)正電壓輸出b)負電壓輸出191相關(guān)知識二、三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器1.三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的型號和外形三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器不僅輸出電壓可調(diào)，且穩(wěn)壓性能優(yōu)于固定式，其三個引出端分別為輸入端、輸出端和調(diào)整端。LM317T為常用的三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器，其引腳1、2、3分別對應(yīng)調(diào)整端、輸出端、輸入端，其外形和型號意義如圖3-2-5所示，其輸出端與調(diào)整端的電壓為1.25V的基準電壓。圖3-2-5LM317T的外形和型號意義a)外形

b)型號意義1.級間耦合形式192相關(guān)知識圖3-2-6所示為三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路，可以使輸出電壓在1.25~30.63V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。在LM317T的調(diào)整端(又稱ADJ端)與地之間連接一個電位器RP，此時的輸出電壓為電阻器R1和RP兩端的電壓之和，即2.三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路Uo=UR1+URP上式中，UR1=1.25V；URP=(UR1/R1+IADJ)RP，IADJ為LM317T調(diào)整端流出的電流，因IADJ很小，可以忽略。故Uo≈1.25(1+RP/R1)193相關(guān)知識因此，改變RP的電阻值即可改變輸出電壓的大小。當R1=200Ω、RP=4.7kΩ時，能實現(xiàn)輸出電壓在1.25~30.63V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。2.三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路圖3-2-6三端可調(diào)輸出集成穩(wěn)壓器的基本應(yīng)用電路1.級間耦合形式194相關(guān)知識如果集成穩(wěn)壓器的濾波電