直流穩(wěn)壓源課件

電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)1第5章直流穩(wěn)壓電源橋式整流電路及電容濾波電路的輸出電壓與變壓器副邊電壓的關(guān)系。橋式整流電路、電容濾波電路及串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。3端集成穩(wěn)壓器的使用方法。學(xué)習(xí)要點(diǎn)第5章直流穩(wěn)壓電源橋式整流電路及電容濾波電路的輸出電壓25.1整流電路5.2濾波電路5.3直流穩(wěn)壓電路第5章直流穩(wěn)壓電源5.1整流電路第5章直流穩(wěn)壓電源35.1整流電路直流穩(wěn)壓電源的組成：5.1整流電路直流穩(wěn)壓電源的組成：4利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。5.1整流電路利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向55.1.1單相半波整流電路5.1.1單相半波整流電路6當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即io=id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2，輸出電壓uo的波形與u2相同。當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過7當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管D上。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電8第5章直流穩(wěn)壓源課件9第5章直流穩(wěn)壓源課件105.1.2單相橋式整流電路5.1.2單相橋式整流電路11u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：a→D1→RL→D3→b。u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受正12u2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：b→D2→RL→D4→a。u2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4承受正13第5章直流穩(wěn)壓源課件14第5章直流穩(wěn)壓源課件15第5章直流穩(wěn)壓源課件16第5章直流穩(wěn)壓源課件17第5章直流穩(wěn)壓源課件185.2濾波電路整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動(dòng)較大，在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動(dòng)直流電源。但許多電子設(shè)備需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲(chǔ)功能來實(shí)現(xiàn)的。5.2濾波電路整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動(dòng)195.2.1電容濾波電路5.2.1電容濾波電路20第5章直流穩(wěn)壓源課件21單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動(dòng)較大，說明它的帶負(fù)載能力較差，只適用于負(fù)載較輕且變化不大的場(chǎng)合。單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見22第5章直流穩(wěn)壓源課件23第5章直流穩(wěn)壓源課件245.2.2電感濾波電路電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。它的缺點(diǎn)是制做復(fù)雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。5.2.2電感濾波電路電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合255.2.3復(fù)合濾波電路LC、CLCπ型濾波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合。在負(fù)載較輕時(shí)，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRCπ型濾波電路，同樣可以獲得脈動(dòng)很小的輸出電壓。但電阻對(duì)交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。5.2.3復(fù)合濾波電路LC、CLCπ型濾波電路適用于負(fù)265.3直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路稱為直流穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電路按調(diào)整器件的工作狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路兩大類。前者使用起來簡(jiǎn)單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大；后者體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關(guān)電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。5.3直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的275.3.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理：輸入電壓Ui波動(dòng)時(shí)會(huì)引起輸出電壓Uo波動(dòng)。如Ui升高將引起隨之升高，導(dǎo)致穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅速增大，從而使Uo基本上保持不變。反之，當(dāng)Ui減小時(shí)，UR相應(yīng)減小，仍可保持Uo基本不變。當(dāng)負(fù)載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時(shí)，同樣會(huì)引起IZ的相應(yīng)變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當(dāng)Io增大時(shí)，I和UR均會(huì)隨之增大使得Uo下降，這將導(dǎo)致IZ急劇減小，使I仍維持原有數(shù)值保持UR不變，使得Uo得到穩(wěn)定。5.3.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理：從而使Uo基本上保持285.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路5.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路29（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓UF，送到比較放大環(huán)節(jié)。（2）基準(zhǔn)電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。（3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準(zhǔn)電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成，Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。1、電路的組成及各部分的作用（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸302、電路工作原理當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時(shí)，取樣電壓UF相應(yīng)增大，使V2管的基極電流IB2和集電極電流IC2隨之增加，V2管的集電極電位UC2下降，因此Vl管的基極電流IB1下降，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本穩(wěn)定。同理，當(dāng)Ui或Io變化使Uo降低時(shí)，調(diào)整過程相反，UCE1將減小使Uo保持基本不變。從上述調(diào)整過程可以看出，該電路是依靠電壓負(fù)反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。2、電路工作原理當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓313、電路的輸出電壓如UZ=6V，R1=R2=RP=100Ω，則Ra+Rb=R1+R2+RP=300Ω，Rb最大為200Ω，最小為100Ω。由此可知輸出電壓Uo在9~18V范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。3、電路的輸出電壓如UZ=6V，R1=R2=RP=100Ω，324、采用集成運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路其電路組成部分、工作原理及輸出電壓的計(jì)算與前述電路完全相同，唯一不同之處是放大環(huán)節(jié)采用集成運(yùn)算放大器而不是晶體管。4、采用集成運(yùn)算放大器的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路其電路組成部分、工作原335.3.3集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件甚至全部元件制作在一塊硅基片上的集成電路，因而具有體積小、使用方便、工作可靠等特點(diǎn)。集成穩(wěn)壓器的種類很多，作為小功率的直流穩(wěn)壓電源，應(yīng)用最為普遍的是3端式串聯(lián)型集成穩(wěn)壓器。3端式是指穩(wěn)壓器僅有輸入端、輸出端和公共端3個(gè)接線端子。如W78××和W79××系列穩(wěn)壓器。W78××系列輸出正電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，若要獲得負(fù)輸出電壓選W79××系列即可。例如W7805輸出+5V電壓，W7905則輸出－5V電壓。這類３端穩(wěn)壓器在加裝散熱器的情況下，輸出電流可達(dá)1.5～2.2A，最高輸入電壓為35V，最小輸入、輸出電壓差為2～3V，輸出電壓變化率為0.1％～0.2％。5.3.3集成穩(wěn)壓器集成穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓電路的主要元件341、外形和管腳排列1、外形和管腳排列352、典型應(yīng)用電路（1）基本電路。2、典型應(yīng)用電路（1）基本電路。36（2）提高輸出電壓的電路。輸出電壓Uo=U××+UZ（2）提高輸出電壓的電路。輸出電壓Uo=U××+UZ37（3）擴(kuò)大輸出電流的電路。（3）擴(kuò)大輸出電流的電路。38（4）能同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路。（4）能同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路。39電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)40第5章直流穩(wěn)壓電源橋式整流電路及電容濾波電路的輸出電壓與變壓器副邊電壓的關(guān)系。橋式整流電路、電容濾波電路及串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的組成和工作原理。3端集成穩(wěn)壓器的使用方法。學(xué)習(xí)要點(diǎn)第5章直流穩(wěn)壓電源橋式整流電路及電容濾波電路的輸出電壓415.1整流電路5.2濾波電路5.3直流穩(wěn)壓電路第5章直流穩(wěn)壓電源5.1整流電路第5章直流穩(wěn)壓電源425.1整流電路直流穩(wěn)壓電源的組成：5.1整流電路直流穩(wěn)壓電源的組成：43利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動(dòng)直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式整流電路。5.1整流電路利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向445.1.1單相半波整流電路5.1.1單相半波整流電路45當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即io=id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u2，輸出電壓uo的波形與u2相同。當(dāng)u2為正半周時(shí)，二極管D承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流流過46當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u2全部加在二極管D上。當(dāng)u2為負(fù)半周時(shí)，二極管D承受反向電壓而截止。此時(shí)負(fù)載上無電47第5章直流穩(wěn)壓源課件48第5章直流穩(wěn)壓源課件495.1.2單相橋式整流電路5.1.2單相橋式整流電路50u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：a→D1→RL→D3→b。u2為正半周時(shí)，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管D1、D3承受正51u2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時(shí)電流的路徑為：b→D2→RL→D4→a。u2為負(fù)半周時(shí)，b點(diǎn)電位高于a點(diǎn)電位，二極管D2、D4承受正52第5章直流穩(wěn)壓源課件53第5章直流穩(wěn)壓源課件54第5章直流穩(wěn)壓源課件55第5章直流穩(wěn)壓源課件56第5章直流穩(wěn)壓源課件575.2濾波電路整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動(dòng)較大，在某些應(yīng)用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動(dòng)直流電源。但許多電子設(shè)備需要平穩(wěn)的直流電源。這種電源中的整流電路后面還需加濾波電路將交流成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲(chǔ)功能來實(shí)現(xiàn)的。5.2濾波電路整流電路可以將交流電轉(zhuǎn)換為直流電，但脈動(dòng)585.2.1電容濾波電路5.2.1電容濾波電路59第5章直流穩(wěn)壓源課件60單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動(dòng)較大，說明它的帶負(fù)載能力較差，只適用于負(fù)載較輕且變化不大的場(chǎng)合。單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。從圖中可見61第5章直流穩(wěn)壓源課件62第5章直流穩(wěn)壓源課件635.2.2電感濾波電路電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。它的缺點(diǎn)是制做復(fù)雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。5.2.2電感濾波電路電感濾波適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合645.2.3復(fù)合濾波電路LC、CLCπ型濾波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合。在負(fù)載較輕時(shí)，經(jīng)常采用電阻替代笨重的電感，構(gòu)成CRCπ型濾波電路，同樣可以獲得脈動(dòng)很小的輸出電壓。但電阻對(duì)交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合。5.2.3復(fù)合濾波電路LC、CLCπ型濾波電路適用于負(fù)655.3直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路稱為直流穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電路按調(diào)整器件的工作狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路兩大類。前者使用起來簡(jiǎn)單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大；后者體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關(guān)電源已得到越來越廣泛的應(yīng)用。5.3直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的665.3.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理：輸入電壓Ui波動(dòng)時(shí)會(huì)引起輸出電壓Uo波動(dòng)。如Ui升高將引起隨之升高，導(dǎo)致穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅速增大，從而使Uo基本上保持不變。反之，當(dāng)Ui減小時(shí)，UR相應(yīng)減小，仍可保持Uo基本不變。當(dāng)負(fù)載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時(shí)，同樣會(huì)引起IZ的相應(yīng)變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當(dāng)Io增大時(shí)，I和UR均會(huì)隨之增大使得Uo下降，這將導(dǎo)致IZ急劇減小，使I仍維持原有數(shù)值保持UR不變，使得Uo得到穩(wěn)定。5.3.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理：從而使Uo基本上保持675.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路5.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路68（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓UF，送到比較放大環(huán)節(jié)。（2）基準(zhǔn)電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。（3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準(zhǔn)電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成，Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。1、電路的組成及各部分的作用（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成，它將輸692、電路工作原理當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時(shí)，取樣電壓UF相應(yīng)增大，使V2管的基極電流IB2和集電極電流IC2隨之增加，V2管的集電極電位UC2下降，因此Vl管的基極電流IB1下降，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本穩(wěn)定。同理，當(dāng)Ui或Io變化使Uo降低時(shí)，調(diào)整過程相反，UCE1將減小使Uo保持基本不變。從上述調(diào)整過程可以看出，該電路是依靠電壓負(fù)反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。2、電路工作原理當(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓703、電路的輸出電壓如UZ=6V，R1=R2=RP=100Ω，則Ra+Rb=R1+R2+RP=300Ω，Rb最大為200Ω，