第10章集成運(yùn)放及應(yīng)用.ppt

1、,第10章 直流穩(wěn)壓電源,10.1 直流穩(wěn)壓電路的組成,10.2 整流電路,10.3 濾波電路,10.4 倍壓整流電路 10.5 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 10.6 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路,10.7 集成穩(wěn)壓電源,10.1 直流穩(wěn)壓電路的組成,一、直流穩(wěn)壓電源的作用,將交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，為放大電路提供直流工作電源。,二、組成,變壓器：,整流：,濾波：,穩(wěn)壓：,一、直流穩(wěn)壓電源的作用 三、引起電壓不穩(wěn)定的原因,1、交流電網(wǎng)電壓的波動(dòng)； 2、負(fù)載的變化（由于整流濾波電路存在內(nèi)阻）； 3、溫度的影響；,10.2 整流電路,本課主要介紹： 單相半波整流，單相全波整流，單相橋式整流,把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}

2、動(dòng)的電壓。,整流電路分類：,整流電路的任務(wù)：,一、單相半波整流電路,1、工作原理,設(shè)變壓器輸出電壓：u2= U2sint,則輸出電壓：,uo=,2、電路特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元件少。 缺點(diǎn)：輸出波形脈動(dòng)大，利用率低,一、單相半波整流電路,3、電路分析,（1）輸出直流電壓：,（2）負(fù)載平均電流,（3）二極管所承受的最大反向電壓,（4）整流管平均整流電流=負(fù)載平均電流,4、整流輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù),二、單相全波整流電路,電路分析：,三、單相橋式整流電路,正確利用二極管的引導(dǎo)作用,10.3 濾波電路,幾種濾波電路,（a）電容濾波電路,（b）電感電容濾波電路（倒L型）,（c）型濾波電路,濾波電路的結(jié)構(gòu)特

3、點(diǎn): 電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。,一、電容濾波電路,1、空載時(shí)的情況,輸出電壓為 U2，二極管承受的最高反向電壓URM=2 U2,2、接負(fù)載的情況,在工作過(guò)程中，二極管并非在整個(gè)半周內(nèi)導(dǎo)電，按能量守恒的觀點(diǎn)，在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)釋放的電荷等于在較短時(shí)間內(nèi)沖得的電荷，所以充電電流較大。,3、結(jié)論 （1）二極管的導(dǎo)通角，流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流大，故常串入一個(gè)限流電阻(1/25)RL。,3、結(jié)論,（2）輸出電流的平均值大 UL由放電時(shí)間常數(shù)決定 =RLC, RLCUL,一般取 RLC（35）T （半波整流）,RLC（35）T/2 （全波整流）,此時(shí)，輸出電壓的平均值為,通常取 來(lái)估算。,3

4、、結(jié)論,（3）脈動(dòng)系數(shù)小,（按橋式整流電路計(jì)算，參見(jiàn)清華本）,（4）電路的外特性,一般情況,外特性,濾波特性,電容濾波電路使用于負(fù)載電流變化不大，負(fù)載整流電壓較高的場(chǎng)合。,4、電路參數(shù)的近似估算,（1）整流二極管的選擇,濾波電容的容量愈大，導(dǎo)通角愈小，通過(guò)二極管脈沖電流的幅度愈大，因此，整流管的幅值電流必須加以考慮。但流過(guò)整流管的平均電流：,半波整流時(shí)：,全波整流時(shí)：,整流管的耐壓：由于電容電壓最高為 U2，所以,4、電路參數(shù)的近似估算,（2）濾波電容的估算,耐壓：,（3）變壓器次級(jí)參數(shù)的估算,U2=U0/1.2 （全波整流） I2=（1.52）I0,5、小結(jié),一、電容濾波電路,例1、某電子設(shè)

5、備需要直流電壓U0=30v，I0=400mA的直流電流，若采用橋式直流，電容濾波電路，試選擇直流元件和濾波電容。,（1）選擇二極管,考慮到電容充電電流的沖擊，選用最大直流電流為500mA、耐壓為50v的整流二極管。,（2）選電容,選C=500F，耐壓為50v的電解電容。,例2、一個(gè)全波整流、電容濾波電路中，U2=10v，C=1000F，當(dāng)RL=20時(shí)，試求 和S的值，整流管的壓降和整流內(nèi)阻可忽略。,二、RC型濾波電路,為了得到較大的R值，應(yīng)使RL和R都比較大，但當(dāng)R增大時(shí)，電阻上的整流壓降增大，若C增大，則電容器的體積和重量增大，為了解決此矛盾，可采用兩種方法：,結(jié)論：在一定的之下，C2愈大、

6、R=R/RL愈大，則濾波效果愈好。,L的直流電阻小，交流阻抗大，將會(huì)使濾波效果得到改善。,（1）采用LC型濾波電路,二、RC型濾波電路,R,（2）RC有源濾波電路,T組成一個(gè)射極跟隨器，RL兩端的電壓與C2兩端的電壓基本相等，R、C2組成串聯(lián)電路，C1兩端的直流電壓全部加在C2兩端，而交流電壓加在R、C2兩端，當(dāng)選擇很大的R時(shí)，C2兩端的交流電壓很小，即RL兩端的交流電壓很小。,也可按下面的原則進(jìn)行分析： T的ce極間的電阻與RL串聯(lián)，而T的ce極間的交流電阻很大，直流電阻較小，故C1兩端的交流電壓主要降在ce間，而直流電壓主要降在RL上。,三、電感濾波電路,工作原理：,當(dāng)忽略電感線圈的直流電

7、阻時(shí)，負(fù)載上的直流電壓與不加濾波時(shí)負(fù)載上的直流電壓相同。,特點(diǎn)： （1）電感濾波電路的外特性是很平坦的，U0隨I0增大而略有下降的原因是輸出電流增大時(shí)，整流電路的內(nèi)阻和電感的整流電阻壓降也略有增加的緣故。,三、電感濾波電路,特點(diǎn)： （2）導(dǎo)通角=，因而避免了過(guò)大的沖擊電流。 （3）輸出電壓沒(méi)有電容濾波高。 電感濾波電路適用于負(fù)載所需的直流電壓不高，輸出電流較大及負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。 （4）缺點(diǎn)：電感體積大，成本高，輸出電壓稍低。 （5）為了提高濾波效果，通常采用倒L型濾波電路。,10.4 倍壓整流電路,在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要高電壓、小電流的直流電源，可用倍壓整流電路。 一、二倍壓整流電路,1、

8、倍壓原理,當(dāng)正半周時(shí)：C1充電到,當(dāng)負(fù)半周時(shí)：C2充電到 （當(dāng)RL較大）,2、討論,在實(shí)際電路中：RL較大，電流小，U0近似為,二極管所承受的最高反向電壓：UDRM=,電容的耐壓：,二、三倍壓整流電路,倍壓愈高，負(fù)載電流愈不能大。,除第一個(gè)電容所承受的電壓為 外，其他每個(gè)電容所承受的電壓均為,每個(gè)二極管所承受的最高反向電壓均為,10.5 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,1、內(nèi)阻Rd 經(jīng)過(guò)直流濾波后輸入到穩(wěn)壓電路的直流電壓（記作 ）不變時(shí)，穩(wěn)壓電路的輸出電壓變化量 與輸出電流變化量i0之比，即,一、為什么要穩(wěn)壓電路,1、當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，由于整流濾波電路存在內(nèi)阻，輸出電壓將要變化。 2、當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，使整

9、流濾波電路輸出的直流電壓不穩(wěn)定。通常交流電網(wǎng)電壓允許10%的波動(dòng)。,二、穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo),3、電壓調(diào)整率：當(dāng)u2變化了10%時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量。 4、電流調(diào)整率：當(dāng)i0從0變到最大時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量。 5、最大紋波電壓：輸出端存在的50Hz或100Hz的交流分量的有效值或峰峰值。 6、溫度系數(shù)：電網(wǎng)電壓和負(fù)載都不變時(shí)，由于溫度變化而引起的輸出電壓的漂移。 7、噪聲電壓：,二、穩(wěn)壓電路的主要指標(biāo),2、穩(wěn)壓系數(shù)Sr 在負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與穩(wěn)壓電路輸入電壓的相對(duì)變化量之比，它反映了電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，即,（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。,（5

10、）最大允許功耗,2、穩(wěn)壓二極管的參數(shù):,（1）穩(wěn)定電壓 UZ,（3）動(dòng)態(tài)電阻,1、特點(diǎn)：反向擊穿區(qū)非常陡峭。正常工作時(shí)處于反向擊穿狀態(tài)，工作點(diǎn)設(shè)在陡峭曲線的中間部分。,三、 穩(wěn)壓二極管,穩(wěn)壓誤差,曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。,四、 穩(wěn)壓電路,UI=IR+UZ=IR+UO IR=IZ+IO UO=UZ UZ少量的增加會(huì)使IZ增加較大。,R：限流降壓作用,1、工作原理,四、 穩(wěn)壓電路,2、電路元件參數(shù)的選擇,（1）選擇穩(wěn)壓管：選穩(wěn)壓管時(shí)，主要滿足U0，I0max和rZ的要求。通常按：UZ=UO，Izmax=(1.53)I0max初選管子。,（2）決定輸入電壓UI：考慮電網(wǎng)電壓允許10%的變化，所以在通常

11、情況下取UI=(23)U0。,（3）限流電阻的選擇 R的選擇應(yīng)使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流IZ限制在IZminIzmax之間，保證管子正常工作。 當(dāng)電網(wǎng)電壓最高和負(fù)載電流最小時(shí)，IZ的值最大，它不能超過(guò)Izmax，即,解得,四、 穩(wěn)壓電路,若不滿足上式，則說(shuō)明在給定條件下已超出穩(wěn)壓管的工作范圍。,2、電路元件參數(shù)的選擇,（3）限流電阻的選擇,當(dāng)電網(wǎng)電壓最低和負(fù)載電流最大時(shí)，IZ的值最小，它不能低于Izmin，即,解得,則R的變化范圍為：,10.6 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路,一、電路的基本形式,1、原始設(shè)想,若UI使RUI都加在R上， 若RL使R維持U0不變。,這個(gè)三極管是起調(diào)整作用的，故稱為調(diào)整管。,利用三極

12、管代替可變電阻,一、電路的基本形式,2、穩(wěn)壓原理,調(diào)整管之所以能夠起調(diào)整電壓的作用，關(guān)鍵在于用輸出電壓的變化量返回去控制調(diào)整管的基極電流。 這種控制不靈敏，穩(wěn)壓性能不高。,（1）當(dāng)RL不變，UI變化時(shí)的穩(wěn)壓過(guò)程 Ube=UzU0 (uz基本不變),UiU0UbeIbIcUce,U0,（2）當(dāng)ui不變，而RL變化（即IL變化）,U0 ,二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路,1、電路的組成,T1：調(diào)整管。相當(dāng)于可變電阻R，起調(diào)壓作用。 DZ、R3：組成穩(wěn)壓電路，用來(lái)提高基準(zhǔn)電壓UZ。 T2：起比較和放大信號(hào)的作用，RC是它的集電極負(fù)載，從T2取出的放大信號(hào)加到T1的基極。 R1、R2：組成分壓電路，取U0的

13、一部分，加到T2的基極，稱為取樣電路，,n稱為分壓比。,二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路,2、穩(wěn)壓過(guò)程,RL或UIU0UB2UBE2IB2IC2UCE2,T2的放大倍數(shù)愈大，調(diào)整作用就愈強(qiáng)，輸出電壓就愈穩(wěn)定。,U0 UCE1IC1UBE1UB1 UC2,二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路,3、討論,（1）穩(wěn)壓的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上是通過(guò)負(fù)反饋使輸出電壓維持穩(wěn)定的過(guò)程。,（2）選用動(dòng)態(tài)電阻小的穩(wěn)壓二極管做基準(zhǔn)電壓，以提高UZ的穩(wěn)定性。,（3）增大調(diào)整管和放大級(jí)的電流放大系數(shù)1、2。在要求高的穩(wěn)壓電源中，調(diào)整管可采用復(fù)合管，放大級(jí)可采用多級(jí)放大器。,但因?yàn)?當(dāng)U0給定后，就應(yīng)該選擇較高的基準(zhǔn)電壓UZ，但穩(wěn)定電壓較高的穩(wěn)

14、壓管，其溫度系數(shù)比較大，為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可對(duì)穩(wěn)壓管加溫度補(bǔ)償。,（4）分壓比n= 要選得大一些，保證取樣信號(hào)大一些。,二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路,3、討論,（5）減小分壓電阻R1、R2，使I1IB2，這樣，當(dāng)IB2變化時(shí)取樣比n才能基本不變。,但R1、R2不能過(guò)小，過(guò)小的分壓電路，將浪費(fèi)過(guò)多的電流，通常選擇I1（510）IB2。,（6）串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基本組成,二、帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路,3、討論,（7）電路的不足,流過(guò)穩(wěn)壓管的電流隨U0而波動(dòng)，使UZ不穩(wěn)定，從而降低了穩(wěn)壓精度，T2的發(fā)射極電流也會(huì)影響UZ。,當(dāng)溫度變化時(shí)，由T2組成的放大環(huán)節(jié)將產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，使U0穩(wěn)定度變差。 當(dāng)負(fù)載電流變

15、化較大時(shí)，相應(yīng)地要求調(diào)整管的基極電流也有較大的變化范圍，這部分電流要由放大管的集電極來(lái)提供，一般三極管不易達(dá)到這樣的要求。 輸出電壓固定，不能調(diào)節(jié)。 T2的C極電阻RC接至電路的不穩(wěn)定的輸入端，UI的變化，通過(guò)RC加到T1的b極而被放大。,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,1、改變?nèi)颖纫哉{(diào)節(jié)輸出電壓的范圍,顯然，調(diào)節(jié)Rw，可改變?nèi)颖龋瑥亩馆敵鲭妷篣0得到調(diào)整。,或,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,2、調(diào)整管采用復(fù)合管,例如：I0=1A，T1的=30，則IB1Ie/=1A/30=33mA。 而T2的IC2約為12mA，因此，不能對(duì)T1進(jìn)行有效控制，這就得采用復(fù)合管。 設(shè)1=30，2=50，則 12=

16、1500 這時(shí)調(diào)整管的基極電流只需,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,3、說(shuō)明：,（1）若兩只管子組成的復(fù)合管還不能滿足要求，可用三只或四只管子組成復(fù)合管，但此時(shí)會(huì)產(chǎn)生穿透電流過(guò)大的問(wèn)題。,（2）T1通常選用大功率管，為了充分利用管子，一般都加有散熱片。,兩只電阻起平衡作用,（3）在一個(gè)大功率管不能負(fù)擔(dān)輸出電流時(shí)，可采用兩管或多管并聯(lián)運(yùn)用。,1. 比較放大級(jí)采用差動(dòng)放大器或集成運(yùn)放 2.調(diào)整管采用復(fù)合三極管 3. 采用輔助電源(比較放大部分的電源) 4. 用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益 5. 內(nèi)部加短路和過(guò)熱保護(hù)電路,集成化集成穩(wěn)壓電源,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,3、說(shuō)明：,（4）其它措施,

17、三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,例：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,（1）要使Rw滑到最下端時(shí)，U0=15v，Rw應(yīng)為多少？ （2）當(dāng)Rw滑到最上端時(shí)，此時(shí)的U0為多少？ （3）當(dāng)U0=15v，I0=500mA時(shí)，求通過(guò)RC3的電流IRC3和流過(guò)穩(wěn)壓管的電流IZ？,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,例：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,T1T3都工作于放大區(qū)，其中，T1、T2組成復(fù)合管，其電流放大系數(shù) =12=2050=1000 T1管

18、的基極電位：UB3=UZ+UBE3=5.3v+0.7v=6V 調(diào)節(jié)Rw的滑動(dòng)端，可改變輸出U0，當(dāng)Rw的滑動(dòng)端往下調(diào)，則T2管的基極電位UB2=UIIRC3RC3愈高，T1管的管壓降UCE1愈小，輸出電壓U0愈高。 反之，Rw的滑動(dòng)端往上調(diào)，U0愈低。,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,例：,當(dāng)Rw的滑動(dòng)端往下調(diào)到最下端時(shí)，電路滿足,由此可解得：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,（1）要使Rw滑到最下端時(shí)，U0=15v，Rw應(yīng)為多少？,當(dāng)Rw的滑動(dòng)端往上調(diào)到最上端時(shí)，電路滿足,即,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,例：,U

19、BE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,（2）當(dāng)Rw滑到最上端時(shí)，此時(shí)的U0為多少？,（3）因T1、T2均工作于放大區(qū)，其發(fā)射結(jié)電壓均為0.7v左右，故通過(guò)RC3的電流,流過(guò)穩(wěn)壓管的電流,IZ=IR3+IE3,IE3IC3=IRC3IB2,三、提高穩(wěn)壓電源性能的措施,例：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,流過(guò)取樣電阻上的電流近似為（忽略IB3）,代入數(shù)值可得：IB20.54mA，IE3=1.26mA，IZ=11mA,10.7串聯(lián)型集成穩(wěn)壓電源,特點(diǎn)：體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉 內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路 類型：W7800系列 穩(wěn)定正電壓 W7805 輸出+5V W7809 輸出+9V W7812 輸出+12V W7815 輸出+15V W7900系列 穩(wěn)定負(fù)電壓 W7905 輸出-5V W7909 輸出-9V W7912 輸出-12V W7915 輸出-15V,一、集成穩(wěn)壓電路,1. 輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器 （正電壓 78 、負(fù)電壓 79 ）,2. 可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器（正電