模擬電子技術(shù)_直流穩(wěn)壓電源

1、直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源學(xué)習(xí)目標(biāo)了解直流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電源的組組成及各部分作用掌握單單相橋橋式整流電電容濾濾波電電路的工作原理，會會合理選擇電選擇電源變壓變壓器，整流二極極管和濾濾波電電容掌握串聯(lián)聯(lián)型穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電路的工作原理，能夠夠估算輸輸出電電壓壓的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)范圍圍。掌握常用集成穩(wěn)壓穩(wěn)壓器的組組成原理和使用方法。 8.1 直流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電源的組組成及質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)8.2 單單相整流電電路8.3 濾濾波電電路8.4 串聯(lián)聯(lián)型直流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電路8.5 三端集成穩(wěn)壓穩(wěn)壓器及其應(yīng)應(yīng)用*8.6 電電路仿真實真實例8.1 直流穩(wěn)壓電源的組成及技術(shù)指標(biāo)8.1.1 直流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電源的組組成及各部分的作用電源變壓器

2、電源變壓器：將電網(wǎng)電壓經(jīng)過電源變壓器變換成符合后面整流電路要求的交流電壓（通常是低壓），并滿足一定的功率輸出要求。 整流電路整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓變成單向的脈動電壓。濾波電路濾波電路：利用儲能元件盡可能濾除單向脈動電壓中的交流成分，供給負(fù)載比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路：采取某些措施，使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓或負(fù)載變化時保持穩(wěn)定不變。 8.1.2 直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)1、特性指標(biāo)標(biāo)（1）輸輸出電壓電壓范圍圍符合直流穩(wěn)壓電源工作條件情況下，能夠正常工作的輸出電壓范圍。該指標(biāo)的上限是由最大輸入電壓和最小輸入輸出電壓

3、差所規(guī)定，而其下限由直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部的基準(zhǔn)電壓值決定。（2）最大輸輸入輸輸出電壓電壓差該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所允許的最大輸入輸出之間的電壓差值，其值主要取決于直流穩(wěn)壓電源內(nèi)部調(diào)整晶體管的耐壓指標(biāo)。（3）最小輸輸入輸輸出電壓電壓差該指標(biāo)表征在保證直流穩(wěn)壓電源正常工作條件下，所需的最小輸入輸出之間的電壓差值。（4）輸輸出負(fù)載電負(fù)載電流范圍圍輸出負(fù)載電流范圍又稱為輸出電流范圍，在這一電流范圍內(nèi)，直流穩(wěn)壓電源應(yīng)能保證符合指標(biāo)規(guī)范所給出的指標(biāo)。2、質(zhì)質(zhì)量指標(biāo)標(biāo)（1）電壓調(diào)電壓調(diào)整率電壓調(diào)整率是表征直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓性能的優(yōu)劣的重要指標(biāo)，又稱為穩(wěn)壓系數(shù)或穩(wěn)定系數(shù)，是在負(fù)載不變的條件下，

4、穩(wěn)壓電路的輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比（2）負(fù)載調(diào)負(fù)載調(diào)整特性負(fù)載調(diào)整特性是指在輸入電壓不變的條件下，輸出電壓的相對變化量與負(fù)載電流變化量之比 （3）紋紋波抑制比紋波抑制比反映了直流穩(wěn)壓電源對輸入端引入的市電電壓的抑制能力，當(dāng)直流穩(wěn)壓電源輸入和輸出條件保持不變時，紋波抑制比常以輸入紋波電壓峰值與輸出紋波電壓峰值之比表示，一般用分貝數(shù)表示（但是有時也可以用百分?jǐn)?shù)表示，或直接用兩者的比值表示）%100/S0ii00r0IUUUU%100/S0000iiUIUUdBUUPip0Rlg20S（4）輸輸出電電阻 輸出電阻是指輸入電電壓不變時，輸出電壓變化量與負(fù)載電流變化量之比（5）溫溫度系

5、數(shù)數(shù)溫度系數(shù)是指輸入電壓和負(fù)載電流均不變時，環(huán)境溫度變化所引起的輸出電壓變化0000IUIUR0, 00T0ISIUTU 整流電電路是利用二極管等具有單向?qū)щ娞匦缘钠骷⒄医涣麟妷鹤儞Q為脈動的直流電壓的電路。根據(jù)交流電的相數(shù)，整流電路可分為單相整流和三相整流兩類。在小功率（1KW以下）的直流電源中，主要采用單相整流電路，常見的電路有半波整流、全波整流及倍壓整流。本節(jié)分別介紹其電路組成原理，重點介紹在電路中使用最多的單相橋式全波整流電路。 8.2 單相整流電路1.電電路組組成及工作原理8.2.1 單相半波整流電路在輸入信號的一個周期內(nèi)，只有半個周期內(nèi)有輸出電壓，故稱為半波整流電路半波整流電路。

6、2.單單相半波整流電電路的參數(shù)計參數(shù)計算（1）輸輸出直流電壓電壓 （2）脈動動系數(shù)數(shù) 結(jié)論結(jié)論：半波整流電電路的優(yōu)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單，使用的元件少。但轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換效率低，輸輸出直流電壓電壓低，輸輸出波形脈動動大。一般使用在輸輸出電電流較較小，要求不高的場場合。2202200045. 02sin22121UUttdUtduU57. 12/22/220m01UUUUS8.2.2 單相全波整流電路1.單單相全波整流電電路（1）電電路組組成及工作原理（2）全波整流電電路的參數(shù)計參數(shù)計算 輸輸出直流電壓電壓 脈動動系數(shù)數(shù)2209 . 022UUU67. 032/223/24220m01UUUUS8.2.

7、2 單相全波整流電路（3）全波整流電電路中整流管的選選取原則則結(jié)論結(jié)論：全波整流電電路的優(yōu)優(yōu)點是電電源利用率高，輸輸出電壓電壓比半波整流電電路提高了一倍，輸輸出電壓電壓波形脈動動小。但電電路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)比半波整流復(fù)雜復(fù)雜，所用整流管多且管子的耐壓壓要求高；需要具有中心抽頭頭的變壓變壓器，但每個線個線圈只有一半時間時間通過電過電流，所以變壓變壓器的利用率不高。LFRUII2045. 021222UUBR2.單相橋式整流電路單相橋式整流電路（1）單相橋式整流電路工作原理：）單相橋式整流電路工作原理：（2 2）全波整流電電路的參數(shù)計參數(shù)計算 輸輸出直流電壓電壓脈動動系數(shù)數(shù)選擇選擇整流管時時要求: :結(jié)論

8、結(jié)論：橋橋式整流電電路具有全波整流電電路的優(yōu)優(yōu)點，而避免了全波整流電電路的缺點。其缺點是所需要的整流管較較多，但人們們已將將橋橋式整流電電路中的四個個二極極管集中在一起，生產(chǎn)產(chǎn)出各種規(guī)種規(guī)格的整流橋橋堆，使用起來來非常方便，因此應(yīng)應(yīng)用最為為廣泛。209 . 0 UU 67. 0SLFRUII2045. 02122UUBR 無論那種整流電路的輸出電壓都是單一方向的脈動電壓，含有較大的諧波成分，一般情況不能直接作為直流電源給電子電路或設(shè)備供電。因此需要采取措施盡量降低輸出電壓中的脈動成分，同時還要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓更加平滑，接近理想的直流電壓。所采取的這種措施稱為濾波，相應(yīng)的電路稱

9、為濾濾波電電路。 電容和電感元件是基本的濾波元件，濾波電路就是利用其儲能作用濾除交流分量而保留直流成分的。從另一方面看，電容和電感對于交流成分和直流成分反映的阻抗不同，因此接在電路中時，可以起到降低交流成分，保留直流成分的作用。本節(jié)將介紹電容濾波、電感濾波等幾種常用的濾波電路。8.3 濾波電路1.電電路組組成與與工作原理8.3.1 電容濾波電路2.電電容濾濾波電電路的特點（1）由于二極管僅在電容充電期間才導(dǎo)通，其導(dǎo)通角，因此流過二極管的瞬時電流較大。故應(yīng)選擇較大的整流二極管，一般選擇（2）放電的時間常數(shù)( )越大，電容的放電速度越慢，負(fù)載上獲得的輸出電壓平均值越大，紋波成分越小。為了獲得較好的

10、濾波效果，一般是根據(jù)下式來選擇濾波電容的容量 由于電容量數(shù)值較大（一般為幾百幾千微法），主要選用電解電容器，且電容器的耐壓值應(yīng)大于 。另外需要注意電容的極性不能接反。LFRUI032253dTCRLCRLd22U（3）負(fù)載獲得的直流電壓隨負(fù)載電流的增加而減小， 在 至 之間變化。 當(dāng) 一定而 時，當(dāng) 一定而 為一定值時，且滿足 的條件時， 。 結(jié)論結(jié)論：電電容濾濾波電電路簡單簡單，輸輸出直流電壓較電壓較高，紋紋波較較小。但其輸輸出特性較較差（即帶負(fù)載帶負(fù)載能力差）。 故適用于要求輸輸出電壓較電壓較高、負(fù)載電負(fù)載電阻較較大且變變化較較小的場場合。0U2204 . 12UUU253TCRL202

11、. 1 UU22U29 . 0 UCLRLRC8.3.2 其它形式的濾波電路8.4 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路 經(jīng)整流濾波后輸出的直流電壓，雖然平滑程度較好，但其穩(wěn)定性仍比較差。所以，經(jīng)整流濾波后的直流電壓必須采取一定的穩(wěn)壓措施才能適合電子設(shè)備的需要。常用的直流穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路兩種類型。穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，但其輸出電壓不能調(diào)節(jié)、輸出電流較小、輸出電阻較大（幾幾十），因此穩(wěn)壓性能較差，僅適用于輸出電壓固定、負(fù)載電流較小的場合。而串聯(lián)型穩(wěn)壓電源正好可以避免這些缺點，所以現(xiàn)在廣泛使用的一般都是串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。8.4.1 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的組成及工作原理1.串聯(lián)聯(lián)型直

12、流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電路的組組成（1）調(diào)整管調(diào)整管：起調(diào)整輸出電壓的作用，同時向負(fù)載提供電流。由于取樣電路和保護(hù)電路的電流很小，流過調(diào)整管的電流與負(fù)載電流近似相等，所以可將調(diào)整管與負(fù)載電阻看成是串聯(lián)關(guān)系，故稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。（2）取樣電路取樣電路：取出輸出電壓的一部分，送至比較放大器與基準(zhǔn)電壓比較。 取樣電路通常由電阻分壓器組成，為使取樣網(wǎng)絡(luò)所流過的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載電流，其阻值應(yīng)負(fù)載電阻；同時為使取樣分壓比與比較放大電路無關(guān)，要求取樣電阻比較放大器的輸入電阻。（3）比較放大電路比較放大電路：將取樣電路送來的電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生偏差信號電壓去控制調(diào)整管。（4）基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓：產(chǎn)生一個穩(wěn)定的比

13、較電壓。通常由硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路提供。（5）保護(hù)電路保護(hù)電路：起過載或短路保護(hù)作用，是為保證調(diào)整管的安全而設(shè)置的電路。常用的電路形式有限流式保護(hù)、截留式保護(hù)和切斷式保護(hù)。（6）輔助電源輔助電源：為比較放大電路提供穩(wěn)定的工作電源，以提高整機的穩(wěn)壓性能。2.串聯(lián)聯(lián)型直流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓穩(wěn)壓原理穩(wěn)壓過程分析：穩(wěn)壓過程分析：若 或： iUoUFUB2UC2UB1UB1ICE1UoUiUoUFUB2UC2UB1UB1ICE1UoU8.4.2 輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍電壓調(diào)節(jié)作用是通過取樣網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的,由圖8.4.2可得則有 整理得電路輸出電壓表達(dá)式由上式知，當(dāng) 調(diào)至最下端時， 最小，當(dāng) 調(diào)至最上端時， 最大，

14、由此可得輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍如下 021222URRRRRUUPPFBZPPEBBEUURRRRRUUU02122222222210BEZPPUURRRRRU2221max00BEZPUURRRRUU22221min00BEZPPUURRRRRUU2221022221BEZPBEZPPUURRRRUUURRRRRZPZPPURRRRUURRRRR221022212PRFU2PRFU8.4.3 串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的改進(jìn)措施1.誤差放大器采用差動放大器或集成運放構(gòu)成，可 以抑制零點漂移，提高穩(wěn)壓電源的溫度穩(wěn)定性。2.采用輔助電源作為誤差比較放大器的電源，可進(jìn)一步提高穩(wěn)壓電路的輸出電壓的穩(wěn)定性。3.當(dāng)

15、要求輸出電流較大時，可采用復(fù)合管組成調(diào)整管。4.為避免負(fù)載短路或過載時調(diào)整管因過熱而損壞，可增加限流保護(hù)電路等措施。【例例8.1】圖8.10所示為理想集成運放作比較放大器的串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電源。已知 5 . 0RkRR221kRRP52穩(wěn)壓管的 VUZ6,晶體管的 VUBE7 . 0,整流濾波后的輸入電壓VU20i。（1）請說出運放兩個輸入端相對于輸出端的極性如何；（2）計算輸出電壓 0U的可調(diào)范圍；（3）說明三極管 2VT和電阻 4R的作用，并求電路的最大輸出電流 m0I（4）試求調(diào)整管的最大允許集電極耗散功率 ；CMP至少應(yīng)多大？ 解：（1）因為電路只有在引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋的情況下才能夠起到

16、穩(wěn)壓作用，所以與電 位器 PR連接的運放輸入端應(yīng)為反相輸入端，在圖中應(yīng)標(biāo)上“”號，與穩(wěn)壓二極管連接的運放輸入端則為同相輸入端，在圖中標(biāo)應(yīng)上“+”號。（2）因為運放為理想運放且工作在線性區(qū)，所以兩個輸入端“虛短”，即 ZUUU由此可得 02122URRRRRUUPPFZ,則 ZPPURRRRRU22210當(dāng)電位器 PR調(diào)至最上端和最下端時，分別得到最小和最大輸出電壓： VVURRRRRUZPP2 . 76555522221min0VVURRRRUZP4 .1465552221max0（3）三極管 2VT和電阻 4R組成過流保護(hù)電流當(dāng)負(fù)載電流 0I增大到使 240BEURI（0.7V）時， 2VT

17、導(dǎo)通， 1BI被分流，從而使流過調(diào)整管 1VT的電流即負(fù)載電流 0I減小?？梢怨浪愠鲈撾娐纷畲笤试S的輸出電流為 AVRUIBE4 . 15 . 07 . 042max0（4）調(diào)整管 1VT的集電極耗散功率為 max00i111IUUIUPCCEC，顯然當(dāng) 0U最小時, 1CP最大，故調(diào)整管的最大允許集電極耗散功率 CMP至少應(yīng)為： WAVVIUUPCM9 .174 . 12 . 720max0min0i 集成穩(wěn)壓器在近十多年來發(fā)展十分迅速，目前國內(nèi)外已發(fā)展到數(shù)百個品種。集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、穩(wěn)定性高、溫度特性好及使用方便等優(yōu)良性能，并且價格低廉，因此在電子技術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用。 集成穩(wěn)

18、壓器的種類很多，按電路的工作方式分，有線性集成穩(wěn)壓器和開關(guān)式集成穩(wěn)壓器；按電路的結(jié)構(gòu)形式分，有單片式集成穩(wěn)壓器和組合式集成穩(wěn)壓器；按管腳的連接方式分，有三端式集成穩(wěn)壓器和多端式集成穩(wěn)壓器；按制造工藝分，有半導(dǎo)體集成穩(wěn)壓器、薄膜混合集成穩(wěn)壓器和厚膜混合集成穩(wěn)壓器。 8.5 三端集成穩(wěn)壓器及其應(yīng)用8.5.1 三端集成穩(wěn)壓器的組成原理 三端集成穩(wěn)壓器主要有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器，另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為輸出可調(diào)三端穩(wěn)壓器，其基本原理相同，實質(zhì)上都是串聯(lián)調(diào)整式穩(wěn)壓器。由于三端集成穩(wěn)壓器僅有輸入、輸出和公共端三個引出端子，基本不需要外接其它元件即可工作，而且內(nèi)部設(shè)有限流保

19、護(hù)、過熱保護(hù)和過壓保護(hù)電路，因此使用非常安全可靠和方便。目前，三端集成穩(wěn)壓器已基本上取代了由分立元件組成的穩(wěn)壓電路。8.5.2 三端集成穩(wěn)壓器的主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)名稱符號符號單位單位78057805780678067809780978127812781578157818781878247824輸出電壓輸出電壓V5 55 56 65 59 95 512125 515155 518185 524245 5輸入電壓輸入電壓V1010111114141919232328283333最小壓差最小壓差V2 22 22 22 22 22 22 2最大輸入最大輸入電壓電壓V35353535353535353

20、53535354040最大輸出最大輸出電流電流A1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.58.5.3 三端集成穩(wěn)壓器的應(yīng)用1固定輸輸出三端集成穩(wěn)壓穩(wěn)壓器及其應(yīng)應(yīng)用（1）單電單電源輸輸出時時的典型電電路（2）輸出為正、負(fù)電壓時的典型電路）輸出為正、負(fù)電壓時的典型電路 2輸輸出可調(diào)調(diào)三端集成穩(wěn)壓穩(wěn)壓器及其應(yīng)應(yīng)用（1 1）輸出為正電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路）輸出為正電壓可調(diào)的穩(wěn)壓電路（2）輸出正、負(fù)可調(diào)的穩(wěn)壓電路）輸出正、負(fù)可調(diào)的穩(wěn)壓電路3集成穩(wěn)壓穩(wěn)壓器使用注意事項項（1）在實際應(yīng)用中，為防止溫度過高時穩(wěn)壓性能將變差、甚至損壞，一般應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的

21、散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。（2）當(dāng)制作中需要一個能輸出1.5A以上電流的穩(wěn)壓電源，通常采用幾塊三端穩(wěn)壓電路并聯(lián)起來，使其最大輸出電流為N倍1.5A。但需注意：并聯(lián)使用的集成穩(wěn)壓電路應(yīng)采用同一廠家、同一批號的產(chǎn)品，以保證參數(shù)的一致；另外在輸出電流上留有一定的余量，以避免個別集成穩(wěn)壓電路失效時導(dǎo)致其他電路的連鎖燒毀。（3）在使用時必須注意 和 之間的關(guān)系。以CW7805為例，該三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓是5V，而輸入電壓至少應(yīng)大于7V，這樣輸入輸出之間有23V及以上的壓差，保證使調(diào)整管工作在放大區(qū)。但壓差取得過大時，又會增加集成塊的功耗，所以，兩者應(yīng)兼顧，即既保證在最大負(fù)載電流時調(diào)整管不進(jìn)入

22、飽和，又不致于功耗偏大。（4）另外一般在三端穩(wěn)壓器的輸入輸出端接一個二極管，用來防止輸入端短路時,輸出端存儲的電荷通過穩(wěn)壓器而損壞器件。iU0U*8.6 電路仿真實例【例8.2】分析直流穩(wěn)壓電穩(wěn)壓電源電電路 解：利用Multisim軟件仿真如圖8.20所示的電路，觀察輸出結(jié)果。圖8.20步驟1、使用變壓器將120V交流信號幅度變小，如圖8.21所示。仿真分析結(jié)果如圖8.22和圖8.23所示?！痉抡鎴D】分析步驟如下：分析步驟如下：圖圖 8.21圖圖 8.22圖圖 8.23步驟2、接上整流橋構(gòu)成橋式整流電路，如圖8.24所示。仿真分析結(jié)果如圖8.25?！痉抡鎴D】圖8.24圖8.25步驟3、接入濾波電容構(gòu)成電容濾波電路，如圖8.26所示。仿真分析結(jié)果如圖8.27所示?！痉抡鎴D】圖8.26圖8.27步驟4、接上三端穩(wěn)壓器件，如圖8.28所示。仿真分析結(jié)果如圖8.29所示?！痉抡鎴D】 圖8.28圖8.29步驟5、接上可調(diào)三端穩(wěn)壓器件，如圖8.30所示。通過調(diào)整R3可以改變輸出的電壓，仿真結(jié)果如圖8.31所示?！痉抡鎴D】圖8.30圖8.31小結(jié) 本章內(nèi)內(nèi)容主線線：直流穩(wěn)壓電源的組成及主要性