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1、第七章直流稳压电源 张建秋 电子工程系 模拟电子学基础 2010/12/2 2 经过前面的学习，我们已经基本经过前面的学习，我们已经基本 掌握了模拟电子学的入门知识，本章掌握了模拟电子学的入门知识，本章 的内容就是如何运用这些知识去分析、的内容就是如何运用这些知识去分析、 掌握实际应用电路中最重要的组成部掌握实际应用电路中最重要的组成部 分之一分之一电源电源 这一章，我们将做什么？ 直流稳压电源 电源的重要性 直流稳压电源的基本结构 整流电路 滤波电路 稳压电路 模拟电子学基础 2010/12/2 3 电源的重要性 电子电路和设备中一般需要稳定的直流 电源供电，有时甚至需要多个不同的稳 定电压
2、，电源的质量直接影响电路设备 的可靠性 模拟电子学基础 2010/12/2 4 电源输出的典型波形 模拟电子学基础 2010/12/2 5 直流稳压电源的基本结构直流稳压电源的基本结构 模拟电子学基础 2010/12/2 6 将交流电网电压转换为直流电压，为电子电 路提供直流工作电源。 整流电路 整流电路的类型 半波整流 全波整流 桥式整流 倍压整流 模拟电子学基础 2010/12/2 7 + + + - - - +- + + 单相桥式整流电路 工作原理 利用二极管的单向导电性分析 模拟电子学基础 2010/12/2 8 AC 220V, 50Hz市电 Tr a b v2 D1 D2 D4 D
3、3 RL VL iL iD1,D3 v1 iD2,D4 单相桥式整流电路 模拟电子学基础 2010/12/2 9 2 2V 0 2 2V 2 v L v L v 2 0.9V 2 0.9 L VV= t t t 0 0 234 1D i 3D i 1D i 3D i 2D i 4D i 2D i 4D i 1 D 3 D 2 D 4 D 1 D 3 D 2 D 4 D AC 220V, 50Hz市电 Tr a b v2 D1 D2 D4 D3 RL VL iL iD1,D3 v1 iD2,D4 AC 220V, 50Hz市电 Tr + v2 D1D4 RL VL iL v1 - 负载上的直流电
4、压和直流电流 负载上的电压和电流 脉动系数、纹波系数 模拟电子学基础 2010/12/2 10 222 0 2 12 2 2sin0. 0. d9 9 L L L LL VttVVV V I R V R = = = 22 2L r L 0.483 VV K V = 1 0.67 O M L V S V = 整流元件参数的计算 平均整流电流 最大反向电压 保证二极管安全工作并考虑10%的余量 模拟电子学基础 2010/12/2 11 1324 2 L L 1 0.45 2 DDDD V III R II= 2 2 RM VV= 2 2 1.11.1 2 L F L I I V R = 2 1.1
5、 2 F VV= 例1 已知变压器副边电压有效值，负 载电阻，试问： 桥式整流输出电压与电流平均值各多少？ 电网电压波动范围为，二极管的最大整 流平均电流与最高反向工作电压至少 选取多少？ 模拟电子学基础 2010/12/2 12 2 30VV= 100 L R = 10% F I F V 2 0.927 ,27/1000.27 LL VV IAV = 2 0.15 ,1.11.142 52 2 . L FF I VVIAV= 桥式整流电路实现正负电源 模拟电子学基础 2010/12/2 13 AC 220V, 50Hz市电 Tr a b v2 v1 滤波电路 为了进一步滤除纹波 电压需要用到
6、滤波电路， 一般用电抗元件组成 常见的滤波电路 C型滤波电路 倒L型滤波电路 型滤波电路 模拟电子学基础 2010/12/2 14 + + + 电容滤波电路 电容滤波 电路 模拟电子学基础 2010/12/2 15 0 0 0 t t t L R 未接入 L R 接入 2, , LC v v v 2 2V 22s 2invVt= C放电C充电 CL vv= 1 3 D D 导 电 4 2 D D 导 电 1 3 D D 导 电 2 4 D D 导 电 a b c d e 234 1 t 2 t / 2T r v L i D i D i L L L v i R = AC 220V, 50Hz市电
7、 Tr a b v2 D1 D2 D4 D3 RL VL iL iD1,D3 v1 iD2,D4 电容滤波电路的特点 二极管导通角，流过二极管的瞬时 电流比较大； 负载直流平均电压升高越大， 越高； 直流电压随着负载电流的增加而减少， 当 模拟电子学基础 2010/12/2 16 + + = = 串联型稳压电路 稳压管稳压电路缺点 电流输出电流较小； 输出电压不可调 串联型稳压电路 以稳压管电路为基础； 结合晶体管电流放大作用，增大负载电流 引入深度负反馈，稳定电压； 改变反馈参数，调节输出电压； 模拟电子学基础 2010/12/2 24 串联型稳压电路的框图 模拟电子学基础 2010/12/
8、2 25 电路结构和工作原理 模拟电子学基础 2010/12/2 26 R Z D REF V F V A B V 1 R 2 R p R L R O V I V 基准电压比较放大调整管取样 运放处于深度 负反馈，根据 虚短虚开： 2 12 REFO VV R R R = + 工作原理 最大负载电流： 电路结构特点 调整管与负载串联串联型稳压电源 调整管工作在线性区线性稳压电源 模拟电子学基础 2010/12/2 27 )()1 LmaxZmaxZ III=+ 例 (1) 设变压器二次电压的有效值V220 V， 求VI？说明电路中T1、R1、DZ2的作用； 模拟电子学基础 2010/12/2
9、28 分析 整流电路的输出 ，取1.2， 启动电路 当电路接通后T1的发射极初始电位为零， DZ2提供的电压使得T1导通，T1的发射极电 位上升，当后级正常工作后发射极电位为 参考电压。 模拟电子学基础 2010/12/2 29 22 (1.11.2)1.224 II VVVVV= 例 (2) 当VZ16 V，VBE0.7 V，电位器RP箭 头在中间位置，不接负载电阻RL时，试计 算A、B、C、D、E点的电位和VCE3的值； 模拟电子学基础 2010/12/2 30 计算 各点电位 模拟电子学基础 2010/12/2 31 1 3 24 6 213.4 2 1 1 2 AI BO CDZ EO
10、BE CEAO VVV VV VVV V V VV V V VVVV = = = =+= = 例 (3) 计算输出电压的调节范围； 模拟电子学基础 2010/12/2 32 918, OminOmax VV VV= 例 (4) 当VO12 V, RL150，R2510时， 计算调整管T3的功耗PC3。 模拟电子学基础 2010/12/2 33 计算 负载电流，取样电路电流和参考电压电 路电流分别为： T3的电流和功耗 模拟电子学基础 2010/12/2 34 3 2 OO L L3p4 OZ1 2 80mA,13.3mA 11.7mA R R VV II RRRR VV I R = + = 3
11、23333 105,1.26 CLRRCCEC IIIImA PWIV=+= 集成串联稳压器件 从外形上开主要有三个引脚，输入端、 输出端和公共端，固又称三端稳压器件 按照输出电压是否可调可以分为： 固定式稳压电路7800、7900系列等 可调式稳压电路LM317、LM117等 模拟电子学基础 2010/12/2 35 常见三端稳压器件外形和框图 （a）金属封装外形图 （b）塑料封装外形图（c）方框图 模拟电子学基础 2010/12/2 36 固定式三端稳压器件典型应用 模拟电子学基础 2010/12/2 37 可调式三端稳压器件应用 模拟电子学基础 2010/12/2 38 开关型稳压电路
12、线性稳压电源的主要缺点是调整管工作在放大 区，负载电流较大时调整管集电极的损耗很大 ，电源效率很低，只有40%60%，因此还要考 虑散热； 开关型稳压电源的特点： 调整管工作在饱和与截止状态，电源效率高， 75%95%； 无需散热，体积小，重量轻； 输出电压纹波较大； 模拟电子学基础 2010/12/2 39 开关型稳压电源的种类 串联（降压）型开关稳压电源 并联（升压）型开关稳压电源 推挽自激式变换型开关稳压电源 模拟电子学基础 2010/12/2 40 串联型开关稳压电源的原理 模拟电子学基础 2010/12/2 41 + A C 基准电压 三角波 发生器 比较放大器 比较器 REF V
13、A v B v T v I V D L R C L 1 R 2 R F v 取样LC滤波T D 开关管 二极管 控制电路 T 串联型开关稳压电源的波形 输出电压平均值 占空比 模拟电子学基础 2010/12/2 42 A v , ATB vvv I V t t 0 D V L I t O V t on t off t T + A C 基准电压 三角波 发生器 比较放大器 比较器 REF V A v B v T v I V D L R C L 1 R 2 R F v 取样LC滤波T D 开关管 二极管 控制电路 T ()() onon OID o CESI ff t tt VVVV TTT V=
14、+ on q t T = 串联型开关稳压电源的特点 开关转换周期(T)不变，调节占空比可以 调节输出电压，又称脉宽调制(PWM)降 压型(VO 0 0 t t t t + I V D L R C L L v+ + L i D v+ T i C i O i + O v DS v T on t off t 并联型开关稳压电源的特点 与串联型开关稳压电源相同，效率高、 电压可调； 输出电压可以比输入电压高； 模拟电子学基础 2010/12/2 46 直流变换型电源 直流变换型电源能够将一种直流电压转 换为各种不同的直流电压，主要包括直 流变换器和整流、滤波及稳压电路等； 直流变换器将直流转变为交流，
15、电路型 式很多： 自激式和它激式； 单管、推挽和桥式； PWM和PFM； 模拟电子学基础 2010/12/2 47 推挽式自激变换型稳压电路 模拟电子学基础 2010/12/2 48 稳压 电路 I V + 1 R 2 R + + 1 T 2 T 1 N 2 N 1b N 2b N L N L v O v 2 C 3 C + 1 C Tr + + + + + 电路波形 模拟电子学基础 2010/12/2 49 1CE v 0 2C i t L v t 1on t 1off t 1C i 0 2CE v 0 s 0 0 0 t t t t 2on t 2off t s 稳压 电路 I V + 1
16、 R 2 R + + 1 T 2 T 1 N 2 N 1b N 2b N L N L v O v 2 C 3 C + 1 C Tr + + + + + 变换型开关稳压电源的特点 效率高、体积小和重量轻等开关电源的 共同特点； 把不稳定的直流高压变换为稳定的直流 低压； 把不稳定的直流低压变为稳定的直流高 压，或倒换极性； 模拟电子学基础 2010/12/2 50 电源的噪声抑制和滤波 实用技术I 开关电源的特点 优点: 高效率，低功耗，体积小，重量轻。 缺点：显著的输出噪声。这些噪声有着很 宽的带宽，包括传导噪声、辐射噪声、未 知的电场和磁场，输出电压噪声是短周期 的瞬态电压或尖峰脉冲。 对于开关电源的滤波非常必要
