第八章-直流穩(wěn)壓電源

第八章直流穩(wěn)壓電源

直流穩(wěn)壓電源是一種當電網(wǎng)電壓或負載變化時，能基本保持輸出電壓不變的電源裝置。分為電源變壓器、整流電路、濾波電路、穩(wěn)壓電路四大部分。穩(wěn)壓電路可分為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路兩大類一、并聯(lián)型穩(wěn)壓電路：調(diào)整元件與負載RL并聯(lián)。穩(wěn)壓過程是通過調(diào)整元件的電流調(diào)整作用實現(xiàn)的。

二、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路：調(diào)整元件與負載RL串聯(lián)。穩(wěn)壓過程是通過調(diào)整元件的電壓調(diào)整作用實現(xiàn)的。復習鞏固——穩(wěn)壓二極管1、穩(wěn)壓二極管又叫齊納二極管。2、文字符號：V3、圖形符號：4、伏安特性曲線：與普通二極管相似，在反向擊穿區(qū)，曲線更陡峭！正極負極V5、穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)１、穩(wěn)定電壓VZ：穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓。２、穩(wěn)定電流IZ：一個范圍。３、最大穩(wěn)定電流IZM：４、耗散功率PZM：PZM=IZM*VZ５、動態(tài)電阻rZ

：越小，穩(wěn)壓性能越好。６、溫度系數(shù)k： 等。6、穩(wěn)壓特性：在反向電擊穿區(qū)，反向電流變化很大，反向電壓卻變化很?。◣缀醪蛔儯@就是穩(wěn)壓特性。利用穩(wěn)壓特性，穩(wěn)壓二極管在電路中能起穩(wěn)壓作用。限流電阻R：與穩(wěn)壓管串聯(lián)，起限流、分壓的作用。穩(wěn)壓二極管V：加反向電壓，工作在反向電擊穿區(qū)，在電路中能起穩(wěn)定輸出電壓的作用。7、穩(wěn)壓電路圖８.1穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路（P177）一、電路圖二、元件名稱和作用１、穩(wěn)壓管V：電流調(diào)整元件，核心元件。工作在反向電擊穿區(qū)，具有穩(wěn)壓特性。２、限流電阻R

。限流和分壓，保證穩(wěn)壓管正常工作。三、穩(wěn)壓電路的幾個關(guān)系式1、對節(jié)點A：基爾霍夫第一定律IR=IZ+IL2、負載RL與穩(wěn)壓管V并聯(lián)：VO=VZ3、限流電阻R與穩(wěn)壓管V串聯(lián)（與負載RL串聯(lián)）：VI=VZ+VR=VO+VR

并聯(lián)型硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中穩(wěn)壓管V為電流調(diào)整元件，利用的是其穩(wěn)壓特性：在反向電擊穿區(qū)，反向電流變化很大，反向電壓卻變化很?。◣缀醪蛔儯?。1、VI

恒定，RL變化：（A）負載電阻變大：RL↑→VO↑→

IL↓→VO↑→IZ↑→VO↓（B）負載電阻變?。核?、穩(wěn)壓原理1、優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便；2、缺點：輸出電流較小、輸出電壓固定，不能調(diào)節(jié)。穩(wěn)壓性能較差。 因此，只適用于小型電子設備。2、RL恒定，VI

變化：（A）電壓變大：VI↑→VO↑→

IL↓→VO↑→IZ↑→VO↓（B）電壓變?。何?、電路特點8.2.1簡單串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電源一、電路圖二、元件名稱和作用1、V1管為調(diào)整管，工作在放大區(qū)，起電壓調(diào)整作用；2、V2管為硅穩(wěn)壓管，穩(wěn)定V1管的基極電壓VB，提供作為穩(wěn)壓電路的基準電壓VZ；3、R1既是V2管的限流電阻，又是V1管的偏置電阻；4、R2為V2

管的發(fā)射極電阻；5、RL

為外接負載。三、特別分析：1、調(diào)整管V1是共集電極組態(tài)（基極輸入，發(fā)射極輸出，集電極接地），工作在放大區(qū)，起電壓調(diào)整作用；2、R2是反饋電阻，引入電壓串聯(lián)負反饋四、計算公式：1、Vz=VB

；2、Vo=VE；3、VI=VCE1+Vo4、VB=Vo+VBE1=Vo+0.7五、穩(wěn)壓過程：1、當VO↑→VE↑→VBE↓→IB↓→IC↓→VCE↑→VO↓2、當VO↓→六、電路特點：1、優(yōu)點：因負載電流由管子V1供給，所以與并聯(lián)型穩(wěn)壓電路相比，可以供給較大的負載電流。2、缺點：該電路對輸出電壓微小變化量反應遲鈍，穩(wěn)壓效果不好，只能用在要求不高的電路中。8.2.2晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（P178）帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路一、電路圖橋式整流+電容濾波二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路組成框圖

由調(diào)整元件、采樣電路、基準電路、比較放大電路四部分組成。1、調(diào)整電路：調(diào)整管Ｖ１及其偏置電阻Ｒ４２、比較放大電路：比較放大Ｖ２及其集電極電阻Ｒ４３、基準電路：穩(wěn)壓管Ｖ３及其限流電阻Ｒ３４、采樣電路：三個電阻Ｒ１、Ｒp、Ｒ２串聯(lián)三、元件名稱和作用1、調(diào)整管Ｖ１：正常工作在放大狀態(tài)，起電壓調(diào)整的作用，通過調(diào)整VCE1使輸出電壓VO穩(wěn)定。（共集組態(tài)）２、比較放大管Ｖ２：正常工作在放大狀態(tài)，將采樣信號（ＶＯ采）與基準信號（ＶＺ）進行比較，再將差值（VＢE２＝ＶＯ采－ＶＺ）進行放大。（共射組態(tài)）3、穩(wěn)壓管Ｖ３：正常工作在反向電擊穿區(qū)，具有穩(wěn)壓特性，給電路提供基準電壓ＶＺ。４、限流電阻Ｒ３：與穩(wěn)壓管Ｖ３串聯(lián)，限流分壓，保護穩(wěn)壓管安全。５、電阻Ｒ４：A、調(diào)整管Ｖ１的基極（偏置）電阻，提供合適的基極（偏置）電流ＩＢ１。Ｂ、比較放大管Ｖ２的集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)換為變化的電壓輸出。６、采樣電阻Ｒ１、ＲＰ、Ｒ２：三個電阻串聯(lián)，將輸出電壓取出一部分（ＶＯ采）送去與基準電壓（ＶＺ）進行比較。注意：ＶＯ采＝（ＲＰ’＋Ｒ２

）＊ＶＯ／（Ｒ１

＋ＲＰ’＋Ｒ２）串聯(lián)分壓公式四、輸出電壓計算公式因為：三個電阻串聯(lián)ＶＯ采＝（ＲＰ’＋Ｒ２

）＊ＶＯ／（Ｒ１

＋ＲＰ＋Ｒ２）

且 ＶＯ采＝ＶＺ＋ＶＢＥ２所以：當RP的滑動臂移到最上端時，整個RP有效，Vo

達到最小值：當RP

的滑動臂移到最下端時，整個RP無效，Vo

達到最大值：

則輸出電壓Vo

的調(diào)節(jié)范圍為注意：VBE2

約為0.6~0.8V輸出電壓范圍五．穩(wěn)壓原理１、設RL恒定，當VI波動時：Ａ、VI

→VO

→VB2

→VBE2

→VC2

→VBE1

→VCE1

→VO

Ｂ、VI

→２、設VI

恒定，當RL變化時：Ａ、RL

→VO

→VB2

→VBE2

→VC2

→VBE1

→VCE1

→VO

Ｂ、RL

→六、電路分析1、Vz=VE2

；2、Vo采=VB2

；3、V采=VCE1+Vo4、VB1=Vo+VBE1=Vo+0.71、調(diào)整管Ｖ１的兩個PN結(jié)開路或Ｖ１的基極虛焊：2、電阻R4虛焊（開路）：3、電位器Rp的滑臂開路：4、把穩(wěn)壓管換成一個穩(wěn)壓值較小的穩(wěn)壓管5、穩(wěn)壓管擊穿短路：6、把R4從A點改接到B點：（Ｖ2管正常工作，但）Ｖ１沒有偏置電阻，處于截止狀態(tài)，無回路電流，輸出電壓為0。七、故障分析

這種電路的穩(wěn)壓過程是通過調(diào)整元件的電壓調(diào)整作用實現(xiàn)的。１、優(yōu)點：輸出電流較大，輸出電壓穩(wěn)定性高，輸出電壓可以調(diào)節(jié)。２、缺點電源效率低，大功率電源需設散熱裝置。八、電路特點

[例題]設圖中的穩(wěn)壓管為2CW14，VZ=7V。采樣電阻R1=1k

，RP=200，R2=680，試估算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。解設VBE2=0.7V，根據(jù)則根據(jù)故輸出電壓調(diào)節(jié)范圍：16.5~21.3V則注意：V2

是變壓器次級電壓（交流電）；VI

是整流濾波后的電壓，即電容上的電壓（較平滑的直流電）：VZ是硅穩(wěn)壓管上的電壓，

VO

是負載上的電壓（大小和方向都不變的直流電）8.3穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標技術(shù)指標是用來表示穩(wěn)壓電源性能的參數(shù)，主要有特性指標和質(zhì)量指標兩種。一、特性指標表明穩(wěn)壓電源工作特性的參數(shù)。例如：允許輸入的電壓，輸出電壓及可調(diào)范圍，輸出電流等。二、質(zhì)量指標衡量穩(wěn)壓電源性能優(yōu)劣的參數(shù)。1．穩(wěn)壓系數(shù)Sr負載不變時，穩(wěn)壓電路輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比。即它表明穩(wěn)壓電源克服電網(wǎng)電壓變化的能力。3．電壓調(diào)整率KV一般常用穩(wěn)壓系數(shù)sr

和輸出電阻ro

這兩個主要指標。其數(shù)值越小，電路穩(wěn)壓性能越好。額定負載不變時，電網(wǎng)電壓變化10%，輸出電壓相對變化量。即4．電流調(diào)整率KI電網(wǎng)電壓不變時，輸出電流從零到最大值變化時，輸出電壓的相對變化量。即它表明穩(wěn)壓電源克服負載電阻變化的能力。2．輸出電阻ro

輸入電壓不變時，輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。即

[例題]

穩(wěn)壓電路，設額定輸出電壓VO=12V，當負載不變時，電網(wǎng)電壓波動

10%，其輸出電壓變化量

VO=45mV；若電網(wǎng)電壓不變，負載電流由零變到最大值，其輸出電壓變化量

VO=108mV。求穩(wěn)壓電源的電壓調(diào)整率KV

和電流調(diào)整率KI。解(1)電壓調(diào)整率(2)電流調(diào)整率集成穩(wěn)壓器簡介用集成電路的形式制造的穩(wěn)壓電路稱為集成穩(wěn)壓器。優(yōu)點是性能穩(wěn)定可靠，使用方便、價格低廉。集成穩(wěn)壓器種類有多端式和三端式，輸出電壓有固定式和可調(diào)式，正壓、負壓輸出穩(wěn)壓器等。8.4.1

三端固定式集成穩(wěn)壓器這類產(chǎn)品的封裝形式有金屬殼和塑料殼兩種。它們都有三個管腳，分別是輸入端、輸出端和公共端，因此稱為三端式穩(wěn)壓器。8.4集成穩(wěn)壓器簡介

1．CW7800系列是三端固定正壓輸出的集成穩(wěn)壓器。輸出電壓有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等檔次。例如：CW7805表示輸出電壓為正5V。此系列最大輸出電流為1.5A。同類產(chǎn)品：CW78M00系列(0.5A)；CW78L00系列(0.1A)；CW78T00系列(3A)和CW78H00系列(5A)。CW7800系列的管腳：不同類型、不同封裝形式的三端集成穩(wěn)壓器的引腳排列不同，使用時請查閱手冊。引腳1——輸入端；引腳２——公共端；引腳3——輸出端；基本應用:電容C1抑制高頻干擾，C2用來改善暫態(tài)響應，并具有消振作用。

2．CW7900系列是三端固定負壓輸出的集成穩(wěn)壓器。在輸出電壓檔次、電流檔次等方面與78系列相同。引腳排列請查閱手冊。引腳１——公共端引腳２——輸入端引腳３——輸出端

3．基本應用。電容C1抑制高頻干擾，C2用來改善暫態(tài)響應，并具有消振作用。4．三端固定穩(wěn)壓器的功能擴展。Ａ、擴流電路把兩個參數(shù)完全相同的CW7800系列的集成塊并聯(lián)，則最大輸出電流可擴展為1.5A

2?？梢姡{(diào)節(jié)R2之值，即可調(diào)VO的值。設穩(wěn)壓器輸出電壓VX，即VBA=VX，而VA=VO

-

VX

得解得Ｂ、輸出電壓可調(diào)電路Ｃ、電壓極性變換電路輸出負電壓輸出正電壓8.4.2三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器三端可調(diào)式穩(wěn)壓器的外形和管腳的編號與三端固定式穩(wěn)壓器相同。但管腳功能有區(qū)別。一、CW117、CW217、CW317等為三端可調(diào)式正壓輸出集成穩(wěn)壓器，其引腳排列請查閱手冊。引腳１——調(diào)整端 引腳２——輸出端 引腳３——輸入端二、CW137、CW237、CW337為三端可調(diào)式負壓輸出集成穩(wěn)壓器，其引腳排列請查閱手冊。引腳１——調(diào)整端 引腳２——輸入端 引腳３——輸出端VO=+（1.2——37）VVO=—（1.2——37）V

三、CW317和CW337的基本應用電路應用特點是外接兩個電阻(R1和RP)就可得到所需的輸出電壓。為了使電路正常工件，一般輸出電流不小于5mA。輸入電壓范圍在3~40V之間，輸出電壓可調(diào)范圍為1.25~37V，器件最大輸出電流約1.5A。電路組成：采樣電路(R5、R6、R7)；比較放大管(V4)；基準電壓(V6、R4)；開關(guān)復合調(diào)整管(V1、V2)；振蕩電路(V1、V2、V3、R2、C1)。其中，V3

的集電極與V2基極相連，V2

的集電極通過C1、R2與V3的基極相連。可見，當V3飽和導通時，V1、V2

是截止的，當V3

截止時，V1、V2飽和導通。電路特點：調(diào)整管交替工作在截止狀態(tài)或飽和狀態(tài)，即開關(guān)狀態(tài)。在截止狀態(tài)時功耗等于零，在飽和狀態(tài)時管壓降很小，功耗不大，因此電路效率高。8.5開關(guān)型穩(wěn)壓電路簡介工作原理：設開始時，V3飽和導通，由于V3的VCE3較低，不足以使V1、V2導通；V3的IB3就向C1充電，隨著C1的充電導致V3的基極電位逐步升高最終V3截止；當V3截止后，VCE3

增大，逐步使V1、V2

轉(zhuǎn)入飽和導通狀態(tài)。這時C1

通過R3、V4放電，放電時間取決于V4

基極電位的高低，基極電位越高，C1

放電越快。C1的放電導致V3基極電位的下降，使V3

轉(zhuǎn)入飽和導通，而V1、V2又轉(zhuǎn)入截止狀態(tài)。這樣，V3和V1、V2

就自動反復輪流導通和截止。

4．穩(wěn)壓過程：當VO

由于某種原因偏高時，V4

基極電位升高，IC4

增大，C1放電速度增加，使V3

截止時間縮短，V1、V2

飽和時間縮短，使VO降低，從而穩(wěn)定VO。

優(yōu)點是電源效率高，穩(wěn)壓效果好。缺點是紋波較大，電路復雜，對元器件要求較高。被廣泛應用在彩色電視機、計算機等設備中。本章小結(jié)并聯(lián)型硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，但輸出電流小，