模擬電子技術(shù)章三

第7章直流電源

7.1直流電源的組成7.2單相整流電路7.3濾波電路7.4穩(wěn)壓電路 本章首先介紹單相半波、單相全波和單相橋式整流電路的工作原理，其次介紹電容和其他形式的濾波電路的性能，最后介紹集成穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路的工作原理。7.1直流電源的組成 幾乎所有的電子設備都需要穩(wěn)定的直流電源，通常都是由交流電網(wǎng)供電，因此需要把交流電變成穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電經(jīng)過整流變成脈動的直流電，然后通過濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電的儀器。它由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路3部分組成。①整流電路 整流電路的目的是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟瑢⒄摻惶娴恼医涣麟妷赫鞒蔀閱畏较虻拿}動電壓。這種單方向的脈動電壓有很大的脈動成分。②濾波電路 濾波電路的功能是將整流后的單向脈動電壓中的脈動成分盡可能地濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。它由電容、電感等儲能元件組成。③穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的功能是采取一些措施，當市電電壓或負載電流變化時，使輸出的直流電壓保持穩(wěn)定。7.2單相整流電路 整流電路的作用是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動電壓。整流電路中基本上都包含了電源變壓器，一方面是“變壓”（大多情況下是進行“降壓”，即將220V降為較低的交流電壓）；另一方面是“隔離”，把電子設備與電網(wǎng)隔開。在小功率直流電源中，經(jīng)常采用單相半波、單相全波和單相橋式整流電路。7.2.1單相半波整流電路 帶有純阻負載的單相半波整流電路如圖7.1（a）所示，這是一種最簡單的整流電路。它由變壓器T、整流二極管VD及負載RL3部分組成。二極管VD具有正向?qū)?、反向截止的開關(guān)作用，所以將交流電變成了脈動的直流電，稱為整流二極管；負載RL將電能轉(zhuǎn)換成其他能量。圖7.1單相半波整流電路1.工作原理及輸入輸出波形 電路中各處的波形如圖7.1（b）所示。由圖可知，利用二極管的單向?qū)ㄟ@一特性，使變壓器副邊的交流電壓轉(zhuǎn)換成為負載兩端的單向脈動電壓，從而達到整流的目的。由于這種電路只在交流電壓的半個周期內(nèi)才有電流流過負載，因此稱為單相半波整流電路。2.參數(shù)計算(1)負載上輸出的平均電壓U0

(2)整流二極管正向平均電流ID(3)整流二極管所承受的最大反向電壓UDRM

單相半波整流電路具有結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少的優(yōu)點。但是也存在著一些缺點：如輸出波形脈動大、直流的成分較低、變壓器只有半個周期導電，利用率低；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。因此，一般只在輸出電流較低，要求不太高的電路中運用。7.2.2單相全波整流 在半波整流電路的基礎上加以改進就得到了全波整流電路，它由變壓器、兩個整流二極管和負載組成。變壓器具有中心抽頭，因此，VD1、VD2在正半周和負半周內(nèi)輪流導電，并且兩者流過RL的電流保持同一方向，使得負載RL在正半周和負半周均有輸出電壓。1.工作原理和輸入輸出波形 全波整流的原理圖見圖7.3。2.參數(shù)計算(1)負載上輸出的平均電壓UO(2)整流二極管正向平均電流ID

(3)整流二極管所承受的最大反向電壓UDRM 全波整流電路也存在著明顯的缺點：二極管所承受的反向峰值電壓高，是半波整流電路的兩倍；全波整流電路必須采用具有中心抽頭的變壓器，并且每個線圈只有一半時間參與導電，因此變壓器的利用率也不高。7.2.3單相橋式整流電路 單相橋式整流電路如圖7.5(a)所示。圖中，4個整流二極管VD1～VD2接成電橋的形式，其中一個對角線接變壓器的次級，另一個對角線接負載電阻RL，但二者不能互換。故有橋式整流電路之稱。圖7.5(b)是它的簡化畫法。圖7.5橋式整流電路的其他畫法1.工作原理2.參數(shù)計算(1)負載上輸出的平均電壓U0(2)流過負載的平均電流IO(3)整流二極管所承受的最大反向電壓UDRM

橋式整流電路的優(yōu)點是輸出電壓高，電壓紋波小，管子所承受的最大反向電壓比較低，同時由于電源變壓器在正、負半周內(nèi)都有電流供給負載，電源變壓器的利用率高。因此，此電路在整流電路中有了較為廣泛的運用。缺點是二極管用得較多。7.3濾波電路 從前面的分析可知，無論何種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動成分。為了減少脈動，就需要采取一定的措施，即濾波。濾波的作用是一方面盡量降低輸出電壓中的脈動成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出電壓接近于理想的直流電壓。濾波電路處一般由電嫩抗元件組嘴成，如在樓負載電阻槽兩端并聯(lián)芬電容器C，或與負提載串聯(lián)電羞感器L，以及由遇電容器、祥電感器復脆合而成的根各種組合泥式濾波電是路。常見脾的結(jié)構(gòu)如帶圖7.7所示。圖7.7濾波電路招的基本形遵式因為電抗訊元件在電樓路中能儲騾存能量，拒并聯(lián)的電逐容器C在思電源供給責的電壓升詞高時，能勒把部分能范量儲存起幟來，當電游壓降低時去，能量就用釋放出來賄，因此負摟載得到的譜電壓比較擺平滑，即伐電容C具嚼有平波的仗作用；與網(wǎng)負載串聯(lián)恐的電感L丈，當電源新供給的電獻流增加時砌，它把能嫁量儲存起勻來，當電杯流減小時千，就將能眠量釋放出俯來，因此廣負載電流匪也較平滑濃，即電感轟L也有平醋波作用。濾波電哲路的形憂式多種喘多樣，瘦可分為造電容輸吹入式（河電容C接在最前未面，如圖7.7中的a、c）和電按感輸入挺式（電雹感L接在最躁前面，城如圖7.7中的b）。前一刃種濾波電端路常用于穴小功率的刃電源中，誘而后一種織濾波電路巧多用于較炸大功率電包源中。本紋節(jié)重點分對析小功率罪整流電源蜜中常用的忌電容濾波蘭電路，然店后簡要分淚析其他形翼式的濾波膝電路。7.3.婚1電容濾波仆電路為了便于槐說明電容暢濾波的工讓作原理，遠先來分析雷一下圖7.8沖(a)所示的賞橋式整晴流、電欄容濾波維電路。1.電容的濾鋼波作用圖7.8橋式整龍流、電信容濾波紹電路2.濾波電鬧容后電必路的特算點(1)提高了床輸出電世壓的直啟流成分(2)降低了輸閉出電壓的爹脈動成分(3)二極管導機通角度變霸小而導通獸時的最大構(gòu)電流變大(4)電容濾波饑電路的外票特性差7.3疾.2其他形式糕濾波電路1.找RC-彈Ⅱ型濾波洪電路在前一節(jié)句橋式整流微濾波電路廟的基礎上槽，再加上春一級RC濾波電擠路就構(gòu)踏成了如粥圖7.1她1所示的RC-Ⅱ型濾波電明路。圖7.1揀1RC杯Ⅱ型濾波電陷路2.電感濾羨波電路應、LC濾波電路率和LC-笛Ⅱ型濾波電覽路在橋式辱整流電丸路和負旋載電阻RL之間串爐入一個頂電感器L，如圖7.12所示。圖7.1志2電感濾波挖電路采用電煙感濾波雜以后，綁有延長殘整流管耀導電角驗的趨勢氏，因此殺電流的校波形比工較平滑艘，輸出筐特性好值。其缺盆點是由際于鐵芯面的存在科，笨重按，體積肯大，容薄易引起壩電磁干鄉(xiāng)豐擾。一辜般只適且用于低潑電壓、迷大電流長場合。泰此外，桃為了進久一步減勞少負載湊電壓中徹的紋波術(shù)，電感仆后面可池再接一叛電容而逮構(gòu)成L頑C濾波敘電路，懷如圖7群.13打所示。孤此電路咱在負載芝電流較坦大或較捆小時均賓有良好立的濾波紋作用，偉因此，回它對負由載的適濾應性比胳較強。圖7.1中3LC濾波電轉(zhuǎn)路若在LC濾波電路眠的輸入端拒再加上一京個電容，鳳就構(gòu)成了LC-洲Ⅱ濾波電路濫，如圖7.14所示。該緣瑞電路的特惕點是輸出婆電壓的脈秋動成分小仍，波形更純加平滑。協(xié)缺點是濾鳳波電路的株外特性較妨差，整流橡管的沖擊伸電流比較劈燕大。圖7.14叢LC-Ⅱ型濾波賞電路7.4穩(wěn)壓揚電路和理想的鋤直流電源際相比，整款流濾波電熄路的輸出誦電壓還有始一定的差纖距，問題恩是，當負皺載電流變搶化時，導剃致輸出直物流電壓的跟變化；以妥及當電壓瞇波動時，柜整流電路僚的輸出電皺壓也隨之擾相應地變夫化。因此港，就引出盆了穩(wěn)壓電辣路。所謂匙穩(wěn)壓電路愛，就是在希負載不變免而輸入電歉壓變化時甜，輸出電車壓不變；渠并且當輸監(jiān)入電壓不君變而負載呆改變時，銅輸出電壓統(tǒng)也不變的域電路。7.4.番1穩(wěn)壓電路孫及其主要俱技術(shù)指標1.主要技術(shù)原指標(1)內(nèi)阻（撕也稱輸少出電阻黎）R0(2)穩(wěn)壓系數(shù)Sr(3)電壓穩(wěn)賠定度SV2.硅穩(wěn)定崖管穩(wěn)定獵電路(1)電路組成路和工作原素理穩(wěn)壓管穩(wěn)纖壓電路如兼圖7.16所示。圖7.16硅穩(wěn)壓管緞穩(wěn)壓電路(2)各參數(shù)的多估算①內(nèi)阻R0②穩(wěn)壓系犁數(shù)Sr③限流電阻棒的選擇3.串聯(lián)型直伶流穩(wěn)壓電角路(1)電路組成村和工作原贈理串聯(lián)型直氧流穩(wěn)壓電涼路如圖7.2晚1所示。(2)輸出電壓蝦的調(diào)整范寨圍圖7.2恩1串聯(lián)型直熔流穩(wěn)壓電蒸路7.4.歪2集成穩(wěn)壓稠電路為了適應躍現(xiàn)代電子皮技術(shù)的發(fā)她展，穩(wěn)壓閑電路也迅彼速實現(xiàn)集啟成化。集犬成穩(wěn)壓器燙具有體積許小、重量間輕、抗干院擾能力強復、大規(guī)模氣生產(chǎn)、使部用經(jīng)濟等丙特點，越寨來越為大牢量電子設若備所使用沸。特別是伙具有輸入歇端、輸出債端和公共囑引出端的悔三端式穩(wěn)塵壓器，因叔為不需要涼外接元件聲，并且本筋身有限流剪、過壓和其過流保護徒電路，所遇以運用更限加安全可腎靠。三端隱集成穩(wěn)壓企器可分輸交出電壓固醬定和輸出肆電壓可調(diào)買兩種形式尖。本節(jié)以孤具有正電起壓輸出的78LX樓X系列為例罷介紹電路蓬的組成、耐工作原理軍、主要參番數(shù)以及它傅們的外形捉和應用電劣路。1.三端集終成穩(wěn)壓貢器的組煮成和工嗽作原理現(xiàn)結(jié)合一族個實例對崇三端集成紹穩(wěn)壓器的攏各部分電捧路作簡要臥說明。如懶圖7.22所示為孩一具有把正電壓資輸出的78LX鵲X系列三端聰集成穩(wěn)壓肚器。(1)啟動電路(2)基準電纖壓電路(3)取樣比較悶放大電路灣和調(diào)整電螞路圖7.22綁78L×略×型為輸出扇電壓固定越的三端集轎成穩(wěn)壓器直原理圖(4)保護電再路①限流保護鳥電路②過熱?？醋o電路2.三端集成旱穩(wěn)壓器外沈形及主要拼參數(shù)3.三端集焦成穩(wěn)壓候器的應刮用電路7.4.饅3開關(guān)型德穩(wěn)壓電謊路前面介候紹的串釀聯(lián)型直贏流穩(wěn)壓若電路和棵集成穩(wěn)礎壓器均咽屬于線參性穩(wěn)壓滿電路，所這是因真為調(diào)整另器工作校在放大斥區(qū)。當農(nóng)負載電棉流較大屑時，調(diào)萌整管的爐集電極獸損耗相歸當大，潤電源效積率較底波，一般埋為20%～40％，通常查還要配備牧龐大的散圓熱裝置。英采用開關(guān)扭式電路，堪就克服了唇上述缺點否。開關(guān)型趟穩(wěn)壓電路喜的串聯(lián)調(diào)踩整管工作鉤在開關(guān)狀當態(tài)，即調(diào)貌整管主要號工作在飽混和導通和載截止兩種筑狀態(tài)。根據(jù)開關(guān)逼穩(wěn)壓電源邁的控制方萍式不同，歉可分為脈軌沖寬度調(diào)居制型