電子技術(shù)(秦曾煌)第五章(穩(wěn)壓電路)PPT優(yōu)秀課件

1、(7-1)(7-2)(7-3)電源變壓器電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流變?yōu)楹线m的交流電壓電壓u2。整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷鬓D(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷弘妷簎4。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持保持輸出電壓輸出電壓u0的穩(wěn)定。的穩(wěn)定。(7-4)整流電路的任務(wù)整流電路的任務(wù)是把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷魇前呀涣麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，脈動(dòng)的電壓。常見的小功率整流電路，有單有單相半波、

2、全波、橋式和倍壓整流等相半波、全波、橋式和倍壓整流等。下面主。下面主要介紹前三種。要介紹前三種。為分析簡(jiǎn)單起見，我們把二極管當(dāng)作理想為分析簡(jiǎn)單起見，我們把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大。反向電阻為無窮大。(7-5)19.2.1 單相半波整流電路的工作原理單相半波整流電路的工作原理u20時(shí)，二極管時(shí)，二極管導(dǎo)通。導(dǎo)通。二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通i0u1u2aTbDRLu0忽略二極管正忽略二極管正向壓降：向壓降： u0=u2(7-6)u20 0 時(shí)時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:由+經(jīng)D1RLD3-u u2 20 0 時(shí)

3、時(shí)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:由-經(jīng)D2RLD4+輸出是脈動(dòng)的直流電壓！u2tt橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1tuou2D4D2D1D3RLu0+-(7-14)幾種常見的硅整流橋幾種常見的硅整流橋+ A C -+- + - (7-15)19.2.4 整流電路的主要參數(shù)整流電路的主要參數(shù) 1、整流輸出電壓平均值（、整流輸出電壓平均值（U0）負(fù)載電壓負(fù)載電壓 U0的平均值為的平均值為: 2022ooU9 . 0U22tdu21U負(fù)載上的負(fù)載上的(平均平均)電流電流:L2oR0.9UI 恒量整流電路的性能指標(biāo)主要有兩

4、個(gè)，其一是整流恒量整流電路的性能指標(biāo)主要有兩個(gè)，其一是整流輸出電壓的平均值輸出電壓的平均值Uo；其二是輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)；其二是輸出電壓的脈動(dòng)系數(shù)S。(7-16) S定義為整流輸出電壓的基波峰值定義為整流輸出電壓的基波峰值U01M與平均與平均值值U0之比。之比。2、脈動(dòng)系數(shù)、脈動(dòng)系數(shù)67. 032U223U24UUS22001M 用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出用傅氏級(jí)數(shù)對(duì)全波整流的輸出u0分解后可得分解后可得:)t6cos354t4cos154t2cos342(U2ou2 (7-17)平均電流平均電流(ID)與反向峰值電壓與反向峰值電壓(URM)是選擇整是選擇整流管的主要依據(jù)。流管的主要依據(jù)。L2

5、oDRU0.45I21I 2RMU2U 例如，例如， 在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有在橋式整流電路中，每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電半周導(dǎo)通。因此，流過每只整流二極管的平均電流流 ID是負(fù)載平均電流的一半。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：二極管截止時(shí)兩端承受的最大反向電壓：整流電路中整流管的選擇整流電路中整流管的選擇(7-18)19.3 濾波電路濾波電路濾波原理濾波原理:交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路流，其中既有直流成分又有交流成份。濾波電路利用儲(chǔ)能元件

6、利用儲(chǔ)能元件電容電容兩端的電壓兩端的電壓(或通過或通過電感電感中的電中的電流流)不能突變的特性不能突變的特性, 將將電容電容與負(fù)載與負(fù)載RL并聯(lián)并聯(lián)(或?qū)⒒驅(qū)㈦婋姼懈信c負(fù)載與負(fù)載RL串聯(lián)串聯(lián))，濾掉整流電路輸出電壓中的交濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的形的目的。(7-19)19.3.1 電容濾波電路電容濾波電路橋式整流電容濾波電路橋式整流電容濾波電路u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SC以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如圖所示。路如圖所示。1、濾波原理濾

7、波原理(7-20)u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入時(shí)未接入時(shí)u2tu0t設(shè)設(shè)t1時(shí)刻接時(shí)刻接通電源通電源t1整流電路為電整流電路為電容充電容充電充電結(jié)束充電結(jié)束忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻沒有電容時(shí)的沒有電容時(shí)的輸出波形輸出波形(7-21)u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí)u2tu0t忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻電容通過電容通過RL放電，放電，在整流電路電壓在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整二極管截止，整流電路不為電容流電路不為電容充電，充電，u0會(huì)逐漸會(huì)逐漸下降。下降。(7-22)u1

8、u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t忽略整流電路內(nèi)阻忽略整流電路內(nèi)阻只有整流電路輸只有整流電路輸出電壓大于出電壓大于u0的的時(shí)間區(qū)間，才有時(shí)間區(qū)間，才有充電電流。因此充電電流。因此整流電路的輸出整流電路的輸出電流是脈沖波。電流是脈沖波。整流電路的整流電路的輸出電流輸出電流RL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí)(7-23)u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCu2tu0t考慮整流電路內(nèi)阻考慮整流電路內(nèi)阻電容充電時(shí)，電電容充電時(shí)，電容電壓滯后于容電壓滯后于u2。整流電路的整流電路的輸出電流輸出電流RL接入（且接入（且RLC較大）時(shí)較大）時(shí)RLC越小，輸越小，輸出電壓越低出

9、電壓越低(7-24)一般取一般取2T5)(3CRLd (T:電源電壓的周期電源電壓的周期)近似估算近似估算:A）橋式整流電容濾波）橋式整流電容濾波U0=1.2U2； B）半波整流電容濾波）半波整流電容濾波U0=U2。(2) 流過二極管瞬時(shí)電流很大流過二極管瞬時(shí)電流很大RLC越大越大U0越高越高,負(fù)載電流的平均值越大負(fù)載電流的平均值越大整流整流管導(dǎo)電時(shí)間越短管導(dǎo)電時(shí)間越短iD的峰值電流越大的峰值電流越大故一般選管時(shí)，取故一般選管時(shí)，取L00DFRU213)(22I3)(2I 2、電容濾波電路的特點(diǎn)、電容濾波電路的特點(diǎn)(1) 輸出電壓輸出電壓U0與時(shí)間常數(shù)與時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)有關(guān)RLC愈大愈大電容

10、器放電愈慢電容器放電愈慢U0(平均值平均值)愈大，愈大，(7-25)輸出波形隨負(fù)載電阻輸出波形隨負(fù)載電阻RL或或C的變化而改變的變化而改變,U0和和S也隨之改變。也隨之改變。如如:RL愈小愈小(I0越大越大),U0下降多下降多,S增大。增大。電容濾波電路適用于輸出電壓較高電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負(fù)載電負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。(3)、輸出特性、輸出特性(外特性外特性):uL電容濾波電容濾波純電阻負(fù)載純電阻負(fù)載1.4U20.9U20IL結(jié)論結(jié)論(7-26)19.3.2 電感濾波電感濾波電感濾波電路電感濾波電路電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu): 在橋式整流電路與負(fù)載間串

11、入一電感在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L就構(gòu)成了電感濾波電路。就構(gòu)成了電感濾波電路。u2u1RLLu0(7-27)（1）濾波原理）濾波原理:對(duì)直流分量對(duì)直流分量( f=0):XL=0 相當(dāng)于短路相當(dāng)于短路,電壓大部分降在電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量上。對(duì)諧波分量: f 越高越高,XL越大越大,電壓大部分降在電壓大部分降在XL上。上。因此因此,在輸出端得到比較平滑的直流電壓。在輸出端得到比較平滑的直流電壓。U0=0.9U2當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：u2u1RLLu0(7-28)（2）電感濾波的特點(diǎn)）電感濾波的特點(diǎn): 整流管導(dǎo)

12、電角較大整流管導(dǎo)電角較大,峰值電流很小峰值電流很小,輸出特性比輸出特性比較平坦較平坦,適用于低電壓大電流適用于低電壓大電流(RL較小較小)的場(chǎng)合。缺的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重點(diǎn)是電感鐵芯笨重,體積大體積大,易引起電磁干擾。易引起電磁干擾。u2u1RLLu0(7-29)19.3.3 RC- 濾波濾波為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法為了改善濾波特性，可采取多級(jí)濾波的辦法, 如如在電容濾波后再接一級(jí)在電容濾波后再接一級(jí)RC濾波電路，或在電感濾波濾波電路，或在電感濾波后面再接一電容。從而構(gòu)成后面再接一電容。從而構(gòu)成RC- 型或型或L-C型濾波電型濾波電路，其性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波

13、路，其性能及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波相似相似 。u0Ru2u1C1C2u0 RL(7-30)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路開關(guān)型開關(guān)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路線性線性穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路常用穩(wěn)壓電路( (小功率設(shè)備小功率設(shè)備) )在小功率設(shè)備中常用的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓在小功率設(shè)備中常用的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)型穩(wěn)壓電路等。其中電路、線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)型穩(wěn)壓電路等。其中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡(jiǎn)單，但是帶負(fù)載能力差，一穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡(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。開關(guān)型穩(wěn)般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率較高，目前用的也比較多

14、，但因?qū)W時(shí)壓電源效率較高，目前用的也比較多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。以下主要討論線性穩(wěn)壓電有限，這里不做介紹。以下主要討論線性穩(wěn)壓電路路。(7-31)19.4.1 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo)1、穩(wěn)壓系數(shù)、穩(wěn)壓系數(shù) S穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)S反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化響。定義為當(dāng)負(fù)載固定時(shí)，輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比。II00UUUUS 2、輸出電阻、輸出電阻R0輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。輸出電阻用來反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載變化的影響。定義為

15、當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出定義為當(dāng)輸入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電流變化量之比。它實(shí)際上就是電源戴維南等效電路的內(nèi)阻。電路的內(nèi)阻。(7-32)19.4.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路一一 、電路結(jié)構(gòu)的一般形式、電路結(jié)構(gòu)的一般形式串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、串聯(lián)式穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。(7-33)T+_UI+_+_UO比較放大比較放大基基 準(zhǔn)準(zhǔn)取取 樣樣URFUO+_C2RL調(diào)整元件調(diào)整元件調(diào)整元件T與負(fù)載串聯(lián)，通過全部負(fù)載電流。與負(fù)載串聯(lián)，通過全部負(fù)載電

16、流。比較放比較放大器大器可以是單管放大電路，差動(dòng)放大電路，集成運(yùn)算放大可以是單管放大電路，差動(dòng)放大電路，集成運(yùn)算放大器。器。調(diào)整元件調(diào)整元件可以是單個(gè)功率管，復(fù)合管或用幾個(gè)功率管可以是單個(gè)功率管，復(fù)合管或用幾個(gè)功率管并聯(lián)。并聯(lián)?；鶞?zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路取出輸出電壓輸出電壓UO的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式，為深度串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱之為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。壓負(fù)反饋，故稱之為串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路。(7-34)一種實(shí)際的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源一種實(shí)際

17、的串聯(lián)式穩(wěn)壓電源二二 、穩(wěn)壓原理、穩(wěn)壓原理U0UB2UBE2=（UB2-UZ）UC2U0當(dāng)當(dāng)UI增加或輸出電流減小使增加或輸出電流減小使U0升高時(shí)升高時(shí)R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2(7-35)三三 、輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍、輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍 BE2Z2WW21OminBE2Z2W21OmaxBE2Z2W2W21OUURRRRRUUURRRRUUURRRRRU 四四 、影響穩(wěn)壓特性的主要因素、影響穩(wěn)壓特性的主要因素 1、比較放大部分的、比較放大部分的AV和電壓反饋系數(shù)和電壓反饋系數(shù)F愈大越好；愈大越好； 2、基準(zhǔn)電壓愈穩(wěn)定越好；、基準(zhǔn)電壓愈穩(wěn)定越

18、好； 3、放大部分的電源愈穩(wěn)定越好；、放大部分的電源愈穩(wěn)定越好； 4、調(diào)整管、調(diào)整管rce愈大越好愈大越好(rce小則小則 UI引起的引起的 UO大大)。(7-36)五、改進(jìn)措施五、改進(jìn)措施串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路在運(yùn)放理想條件下在運(yùn)放理想條件下(AV= ri= )：RR21OUF1U)RR(1U 1、增加放大級(jí)數(shù)或選用增益高的集成運(yùn)放、增加放大級(jí)數(shù)或選用增益高的集成運(yùn)放UITR1R2UFUR+-RLUO Av+-(7-37)2、采用輔助電源采用輔助電源(比較放大部分的電源比較放大部分的電源)。3、用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益。用恒流源負(fù)載代替集電極電阻以提高增益。六六 、

19、過流保護(hù)、過流保護(hù) 為避免使用中因某種原因輸出短路或過載為避免使用中因某種原因輸出短路或過載致使調(diào)整管流過很大的電流致使調(diào)整管流過很大的電流,使之燒壞故需有快使之燒壞故需有快速保護(hù)措施。常見保護(hù)電路有兩類速保護(hù)措施。常見保護(hù)電路有兩類限流型限流型: 把電流限制在允許范圍內(nèi)把電流限制在允許范圍內(nèi),不再增大；不再增大；截留型截留型: 過流時(shí)使調(diào)整管截止或接近截止。過流時(shí)使調(diào)整管截止或接近截止。七、七、 缺點(diǎn)缺點(diǎn)調(diào)整管工作在線性放大區(qū)調(diào)整管工作在線性放大區(qū),當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí)當(dāng)負(fù)載電流較大時(shí),其損其損耗耗(P=UCE I0)大；電源的效率大；電源的效率( =P0/Pi=U0I0/UiIi)較較低。為了

20、提高效率，可采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。低。為了提高效率，可采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。(7-38)19.5 集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源19.5.1 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展,現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高可靠性高,使用使用靈活靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。壓器。本節(jié)主要介紹常用的本節(jié)主要介紹常用的W7800系列系列三端集成穩(wěn)壓三端集成穩(wěn)壓器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)

21、壓電路。器，其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普該組件的外形如下圖，穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。(7-39)1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 輸入端輸入端3端端: 輸出端輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形系列穩(wěn)壓器外形123(7-40)分類分類:正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓W79XX固定式可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器型號(hào)后型號(hào)后XX兩位數(shù)字兩位數(shù)字代表輸出電壓值代表輸出電壓值W78系列系列(輸出正電壓輸出正電壓) W79系列系列(輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓)輸出電壓額定電壓值有輸出電壓額定電壓值有:5V、9V、12V 、1