第7章 直流穩(wěn)壓電源-lm

第7章直流穩(wěn)壓電源12電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓u0的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能3穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)輸出電壓范圍：輸出電壓連續(xù)可調(diào)的范圍額定負(fù)載電流：長(zhǎng)時(shí)間工作允許輸出的最大電流穩(wěn)定程度：抗電網(wǎng)不穩(wěn)定度Sr，表明穩(wěn)壓電源抗拒電網(wǎng)電壓變化的能力電源內(nèi)阻：衡量直流電源適應(yīng)負(fù)載電流變化能力的指標(biāo)，內(nèi)阻越小，輸出電壓愈穩(wěn)定紋波電壓：輸出的直流電壓中所含的交流成分，通常以有效值或峰峰值表示4整流電路的任務(wù)：把交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷髅}動(dòng)的電壓。整流濾波電路常見(jiàn)的小功率整流電路，有單相半波、全波、橋式和倍壓整流等。為分析簡(jiǎn)單起見(jiàn)，把二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。單相整流電路567.1.1單相半波整流電路u2>0:導(dǎo)通i0u1u2aTbDRLu0忽略二極管正向壓降：u0=u2uiuoi0=u0/RL7u2<0時(shí)，二極管截止,輸出電流為0。截止u0=0u1u2aTbDRLu0i0uiuoi0=08vo(4)輸出電壓平均值（Vo）：(1)輸出電壓波形：v1v2aTbDRLvoiL(3)二極管上承受的最高電壓：(2)二極管上的平均電流：ID=ILuD

20tUDRM97.1.2

單向全波整流電路+–+–+–+–變壓器副邊中心抽頭，感應(yīng)出兩個(gè)相等的電壓u2當(dāng)u2正半周時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止。當(dāng)u2負(fù)半周時(shí)，D2導(dǎo)通，D1截止。10全波整流電壓波形u2uLuD1

t

2340uD211uL

20tIL=UL/RL=0.9U2

/RL

（2）輸出電流平均值IL：（1）輸出電壓平均值UL：IL12uD

20t（3）流過(guò)二極管的平均電流：ID

=IL/2（4）二極管承受的最高反向電壓：137.1.3單相橋式整流電路橋式整流電路+-v2正半周時(shí)電流通路v1v2TD4D2D1D3RLvo1.工作原理14橋式整流電路-+v0v1v2TD4D2D1D3RLv2負(fù)半周時(shí)電流通路15v2>0時(shí)D1,D3導(dǎo)通D2,D4截止電流通路:A

D1

RL

D3

Bv2<0時(shí)D2,D4導(dǎo)通D1,D3截止電流通路:B

D2

RL

D4

A輸出是脈動(dòng)的直流電壓！v2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形vD4,vD2vD3,vD1vov2D4D2D1D3RLvoAB16幾種常見(jiàn)的硅整流橋外形：+AC-~+~-~+-~u2uL+

–

17負(fù)載電壓U0的平均值:負(fù)載上的(平均)電流:每個(gè)二極管只有半周導(dǎo)通。流過(guò)每只整流二極管的平均電流ID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：uo(io)18電源變壓器:將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路u1u2u3u4uo整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路整流電路:將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。濾波電路:將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。穩(wěn)壓電路:清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓u0的穩(wěn)定。直流穩(wěn)壓電源的組成和功能197.2濾波電路交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流)不能突變的特性,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)到平滑輸出電壓波形的目的。20電容器電容器，顧名思義，是‘裝電的容器’21u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入時(shí)u2t設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1充電結(jié)束忽略整流電路內(nèi)阻u0t沒(méi)有電容時(shí)的輸出波形1.電容濾波(以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析)22v2tvot只有整流電路輸出電壓大于vo時(shí)，才有充電電流iD

。因此整流電路的輸出電流是脈沖波。整流電路的輸出電流iDav1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–iD可見(jiàn)，采用電容濾波時(shí)，整流管的導(dǎo)通角較小。23u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且RLC較大）時(shí)u2tuot電容通過(guò)RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時(shí)，二極管截止，整流電路不為電容充電，uo會(huì)逐漸下降。24近似估算:UL=1.2U2(b)流過(guò)二極管瞬時(shí)電流很大整流管導(dǎo)電時(shí)間越短

iD的峰值電流越大電容濾波電路的特點(diǎn)：(a)UL與RLC的

關(guān)系：RLC愈大

C放電愈慢

UL(平均值)愈大RLC較大一般?。?T:電源電壓的周期)u2tuc=uL結(jié)論：電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。251)電感濾波電路結(jié)構(gòu):

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。電感濾波電路v2v1RLLvo26電感器(Inductor)是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來(lái)的元件。電感器，它只阻止電流的變化。如果電感器在沒(méi)有電流通過(guò)的狀態(tài)下，有電流通過(guò)，則它阻止電流流過(guò)它；如果電感器在有電流通過(guò)的狀態(tài)下，電路斷開(kāi)，則它將試圖維持電流不變。272.電感濾波電路電路結(jié)構(gòu):在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感L。

UL=0.9U2諧波分量:

f越高，XL越大,電壓大部分降在電感上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。直流分量:

XL=0相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為：28電感濾波的特點(diǎn)整流管導(dǎo)電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小)的場(chǎng)合。缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。u2u1RLLuo293.其它濾波電路為進(jìn)一步改善濾波特性，采取多級(jí)濾波。LC濾波電路RCπ型濾波電路307.3直流穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電路的作用:交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波有波紋的直流電壓穩(wěn)壓直流電壓317.3.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓原理——利用穩(wěn)壓管的反向擊穿特性。

由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會(huì)引起較小的電壓變化。++++UDziLRz-oU-++RUIZILI32(1)當(dāng)輸入電壓變化時(shí)UiUZUoUoURIIZ++++UDziLRz-oU-++RUIZILI33(2)當(dāng)負(fù)載電壓變化時(shí)穩(wěn)壓過(guò)程：

++++UDziLRz-oU-++RUIZILI

IL↑→I↑→UR↑→UZ↓（UO↓）→IZ↓→I↓→UR↓→UO↑34穩(wěn)壓電阻的計(jì)算穩(wěn)壓性能與動(dòng)態(tài)電阻、穩(wěn)壓電阻R有關(guān)穩(wěn)壓管的動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓電阻R越大，穩(wěn)壓性能越好。穩(wěn)壓電阻R

的作用電壓調(diào)節(jié)、限流35穩(wěn)壓電阻的計(jì)算如下：

Izmin：當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)

Izmax：當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)(1)(2)VoIZDZRILRLIR+-VR+-+-VI36穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路優(yōu)點(diǎn) 電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便缺點(diǎn) 輸出電壓不可調(diào)穩(wěn)壓精度低37§7.4

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

38串聯(lián)式穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的缺點(diǎn)：（1）帶負(fù)載能力差（2）輸出電壓不可調(diào)改進(jìn)：（1）提高帶負(fù)載能力——在輸出端加一射極輸出器UO=UZ-0.7V負(fù)載電流的變化量可以比穩(wěn)壓管工作電流的變化量擴(kuò)大（1+

）倍。39改進(jìn)：（2）使輸出電壓可調(diào)——在射極輸出器前加一帶有負(fù)反饋的放大器。調(diào)節(jié)反饋系數(shù)即可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)UO=AUFUZ-0.7V為了進(jìn)一步穩(wěn)定輸出電壓，將反饋元件接到輸出端。

40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。T+_VIVO比較放大基

準(zhǔn)取

樣VRFVO+_C2RL調(diào)整元件+–+–2.具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路41T+_VIVO比較放大基

準(zhǔn)取

樣VRFVO+_C2RL調(diào)整元件+–+–調(diào)整元件T：與負(fù)載串聯(lián)，通過(guò)全部負(fù)載電流?？梢允菃蝹€(gè)功率管，復(fù)合管或用幾個(gè)功率管并聯(lián)。比較放大器：可以是單管放大電路，差動(dòng)放大電路，集成運(yùn)算放大器。基準(zhǔn)電壓：可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成。取樣電路:取出輸出電壓VO的一部分和基準(zhǔn)電壓相比較。42典型實(shí)際電路——電壓負(fù)反饋

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖A-+43由四部分組成：基準(zhǔn)電壓、調(diào)整管、取樣電路、放大比較環(huán)節(jié)。1.串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的構(gòu)成442.工作原理（1）輸入電壓變化時(shí)實(shí)質(zhì)：電壓負(fù)反饋UiUfUoUoUo1UCE45（2）負(fù)載電流變化時(shí)ILUo1UoUCEUoUf463、輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB2()22221BEZWWOVVRRRRRV++++=()2221maxBEZWOVVRRRRV+++=()2221minBEZWWOVVRRRRRV++++=47四

、影響穩(wěn)壓特性的主要因素

2.流過(guò)穩(wěn)壓管的電壓隨

VI波動(dòng)，使VZ不穩(wěn)定，降低了穩(wěn)壓精度。1.電路對(duì)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)抑制能力較差。R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB23.溫度變化時(shí)，T2組成的放大電路產(chǎn)生零點(diǎn)漂移，時(shí)輸出電壓的穩(wěn)定度變差。48§7.4

集成穩(wěn)壓電源隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小，可靠性高，使用靈活，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端，故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。本節(jié)主要介紹常用的W7800系列三端集成穩(wěn)壓器，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通功率管的外殼內(nèi)，電路內(nèi)部附有短路和過(guò)熱保護(hù)環(huán)節(jié)。491端:輸入端2端:公共端3端:輸出端W7800系列穩(wěn)壓器外形1231端:公共端2端:輸入端3端:輸出端W7900系列穩(wěn)壓器外形12350注：型號(hào)后XX兩位數(shù)字代表輸出電壓值輸出電壓額定電壓值有:5V、9V、12V、18V、

24V等

。三端集成穩(wěn)壓器固定式可調(diào)式正穩(wěn)壓W78XX負(fù)穩(wěn)壓W79XX1)集成穩(wěn)壓電源的分類511.輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器（正電壓78

、負(fù)電壓79

）恒流源基準(zhǔn)電壓電路調(diào)整電路比較放大減流保護(hù)過(guò)熱保護(hù)啟動(dòng)電路取樣電路52

一、輸出為固定電壓的電路2)應(yīng)用電路輸出為固定正壓時(shí)的接法如圖所示。注意：輸入與輸出端之間的電壓不得低于3V！+_W7800系列穩(wěn)壓器

基本接線圖CoW7800CIVI+_Vo1320.1~1

F1μF53輸出負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路54二

、輸出正負(fù)電壓的電路正負(fù)電壓同時(shí)輸出電路W78XXCIVI+_VO132+_CIW79XX13COCO2VO55COW78XXCIVI+_+_VO132VXXVZRDZVXX:為W78XX固定輸出電壓

VO=VXX+VZ三、提高輸出電壓的電路56四、輸出電壓可調(diào)式電路用三端穩(wěn)壓器也可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，下圖是用W7805組成的7－30V可調(diào)式穩(wěn)壓電源。W7805132R1CICoVI76234VoR2F0070.33

33V10k0.1μA+-57(VXX=5V)運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器使用,它的電源就借助于穩(wěn)壓器的輸入直流電壓。由于運(yùn)放的輸入阻抗很高,輸出阻抗很低，可以克服穩(wěn)壓器受輸出電流變化的影響。Vo1ooVRRRVVV2121+===+-XXooVVV+=1)1(12RRVVXXo+×=W7805132R1CICoVI76234VoR2F0070.33

33V10k0.1μA+-58三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器圖8.10三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器591．整流電路（利用二極管的單向?qū)щ娦裕?/p>