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1、第十九章 直流稳压电源 返回 哈尔滨工业大学 电工学教研室 19 1 19 1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能 19 519 5 集成稳压电源集成稳压电源 19 319 3 滤波电路滤波电路 19 219 2 整流电路整流电路 19 4 19 4 稳压电路稳压电路 返回 目 录 直流稳压电源的作用 从交流电源变换成平滑而稳定的直流电 直流稳压电源广泛应用于 1 工农业生产中 2 国防军事中 3 科学实验中 4 日常生活中 返回 19 1 19 1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能 一 组成 直流稳压电源由变压器 整流电路 滤波电路和稳压电路四 部分构成 返回
2、电源变压器 将交流电网电压u1变为合适的交流 电压u2 整流电路 将交流电压u2变为脉动的直流电压uR 滤波电路 将脉动直流电压uR转变为较平滑的直 流电压uF 稳压电路 清除电网波动及负载变化的影响 保持 输出直流电压U0的稳定 19 1 19 1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能 二 功能 返回 以下主要介绍小功率电源中常用的前三种电路 19 2 19 2 单相整流电路单相整流电路 整流电路的任务 利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直 流电压 整流电路的种类 整流电路有单相半波 全波 桥式和倍压整流 三相 半波 三相桥式全波整流等多种电路 为分析简单起见 我们把二
3、极管当作理想元件理想元件处理 即二极管的正向导通电阻为零 反向电阻为无穷大 返回 19 2 1 19 2 1 单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理 电路组成 当 u2 0 时 二极管导通 如果忽略二极管正向压降 则 uo u2 导通 iD io uo RL 返回 19 2 1 19 2 1 单相半波整流电路的工作原理单相半波整流电路的工作原理 电路组成 当 u20 时 二极管 D1 D3 导通 返回 单相桥式全波整流电路工作原理 当 u20 D1导通 D2截止 输出uo为全波整流 波形 当u2 0 D2导通 D1截止 返回 单相全波整流电路输出电压波形 单相全波整流电路输出电压
4、平均值 单相全波整流电路输出电流平均值 返回 单相全波整流电路二极管上承受的最高反向 电压 单相全波整流电路中二极管的平均电流和 输出电流 返回 思考 思考 单相桥式全波整流 与 单相全波整流异同异同 单相桥式 全波整流 单相全波 整流 变压器 二极管反 向电压 输出电 压波形 整流元 件数量 二极管平 均电流 输出电压 平均值 无中心 抽头 4 全波 有中心 抽头 2 全波 实际中单相桥式整流应用较多 返回 单相桥式整流电路中的整流电桥可由四 个整流二极管组成 也可直接用集成的整流整流 桥块桥块代替 整流桥块整流桥块 二极管桥二极管桥 选择整流元件的主要指标 选择整流元件的主要指标 1 1
5、平均整流电流平均整流电流 2 2 反向耐压反向耐压 返回 整流桥实物整流桥实物 照片照片 返回 返回 19 3 19 3 滤波电路滤波电路 滤波的基本概念 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直 流 其中既有直流成分又有交流成份 滤波电路就 是利用储能元件电容两端的电压 或通过电感中的 电流 不能突变的特性 将电容与负载RL并联 或将 电感与负载RL串联 滤掉整流电路输出电压中的 交流成份 保留其直流成份 达到平滑输出电压波 形的目的 这一过程称为滤波滤波 返回 19 3 1 19 3 1 电容滤波电路电容滤波电路 一 滤波电路 1 单相半波整流电容滤波电路 返回 2 单相桥式整流电容滤波电路
6、 一 滤波电路 返回 半波整流滤波电路 C 100UF 波形图 整流二极管中 的电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 470UF 波形图 整流二极管中的 冲击电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 1000UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 3300UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 半波整流滤波电路 C 6800UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 全波整流滤波电路 C 100UF 波形图 输出电压 二极管冲击电流 返回 全波整流滤波电路 C 470UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 全波整流滤波电
7、路 C 1000UF 波形图 二极管冲击电流 滤波输出电压 返回 全波整流滤波电路 C 3300UF 波形图 滤波输出电压 整流二极管中 的冲击电流 返回 全波整流滤波电路 C 6800UF 波形图 整流二极管中 的冲击电流 滤波输出电压 返回 一般取 T为电源电压的周期 近似估算 U0 1 2U2 2 流过二极管瞬时电流很大 RLC越大 U0越高 负载电流的平均值越大 整流管导 电时间越短 iD的峰值电流越大 一般选管时 取 二 电容滤波电路的特点 1 输出电压U0与时间常数RLC有关 RLC愈大 电容器放电愈慢 U0 平均值 愈大 返回 输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变 U0和S也随
8、 之改变 如 RL愈小 Io越大 Uo下降多 S增大 3 输出特性 外特性 1 4U2 0 9U2 Uo 0 Io 电阻负载 有电容滤波 电阻负载 无电容滤波 返回 结论 1 并联电容滤波后 输出电压直流成份 即输出电压 平均值 提高了 脉动成份降低了 即输出波形平滑 通过以上半波 全波整流电容滤波电路 的波形图和分析可以看出 3 输出电压随输出电流 负载电流 增大而下降较快 输出特性较软 4 滤波电容愈大 滤波效果愈好 但整流二极管的导 通时间愈短 其中的电流冲击也愈大 2 电容放电时间常数RLC愈大 放电愈慢 输出电压愈 高 脉动愈小 滤波效果愈好 电容滤波电路适用于输出电压较高 负载电流
9、 较小且负载变动不大的场合 返回 19 3 219 3 2 电感滤波电感滤波 在桥式整流电路与负载间串入一电感L 就构成了电感 滤波电路 一 电感滤波电路结构 返回 二 电感滤波原理 对直流分量 f 0 XL 0 L相当于短路 电压大部分降在RL 上 U0 0 9U2 当忽略电感线圈的直流电阻时 输出平均电压约为 对谐波分量 f 越高 XL越大 电压大部分降在XL上 因 此 在输出端得到比较平滑的直流电压 三 电感滤波的特点 整流管导电角较大 峰值电流很小 输出特性比较平坦 适用于低电压大电流 RL较小 的场合 缺点是电感铁芯笨重 体积大 易引起电磁干扰 返回 19 3 3 19 3 3 LC
10、LC型型 型型滤波滤波 为了进一步改善滤波特性 可采取多级滤波的办法 如 在电容滤波后再接一级RC滤波电路 或在电感滤波后面再接 一电容 从而构成LC型或RC LC 型滤波电路 其性能 及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似 L C 型滤波电路结构 返回 RC 型滤波电路结构 RC 型滤波电路特点 R愈大 C2愈大 滤波效果愈好 但R太大 将使直 流压降增加 主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很 小的场合 返回 LC 型滤波电路结构 LC 型滤波电路特点 滤波效果比LC滤波器更好 但整流二极管中的冲 击电流较大 电感线圈体积大而笨重 成本高 返回 19 4 19 4 稳压电路稳压电路
11、稳压管 稳压电路 开关型 稳压电路 线性 稳压电路 常用稳压电路 小功率设备 在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路 线 性稳压电路和开关型稳压电路等 其中稳压管稳压电路最 简单 但是带负载能力差 一般只提供基准电压 不作为 电源使用 开关型稳压电源效率较高 目前用的也比较多 但因学时有限 这里不做介绍 以下主要讨论线性稳压 电路 返回 稳压电路的主要性能指标 1 稳压系数 S 稳压系数S用来反映电网电压波动对稳压电路的影响 定义为当 负载固定时 输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比 2 输出电阻Ro 输出电阻Ro用来反映稳压电路受负载变化的影响 定义为当输入 电压固定时输出电
12、压变化量与输出电流变化量之比 它实际上就是电 源戴维南等效电路的内阻 稳压电路的主要作用 为负载提供不随电源电压波动和负载波动影响的稳 定的输出电压 返回 19 4 1 19 4 1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路 一 电路结构 返回 二 工作原理 在稳压管的稳压区 电流变化较大时 稳压管两端电压变化较小 1 电网电压波动 2 负载波动 通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的 返回 三 稳压管稳压电路特点 优点 电路简单 元件少 缺点 稳压效果不太好 输出电压不可调 四 稳压管选择办法 五 限流电阻 R 的选择原则 1 2 返回 19 4 2 19 4 2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳
13、压电路 串联反馈式稳压电路由四个主要部分组成 1 基准电压环节 2 比较放大环节 3 取样环节 4 调整环节 一 电路结构的一般形式 返回 调整元件T与负载串联 通过全部负载电流 比较放大 器可以是单管放大电路或集成运算放大器 调整元件可以 是单个功率管 复合管或用几个功率管并联 基准电压可 由稳压管稳压电路组成 取样电路取出输出电压UO的一部 分和基准电压相比较 因调整管与负载接成射极输出器形式 为深度串联电 压负反馈 故称之为串联反馈式稳压电路 二 电路的组成 返回 一 一种实际的晶体管串联反馈式稳压电源 二 稳压原理 UoUfUBE2 Uf UZ UC2 Uo 当Ui增加或输出电流减小使
14、Uo升高时 返回 三 输出电压的确定和调节范围 4 调整管rce愈大越好 rce小则 Ui引起的 Uo大 四 影响稳压特性的主要因素 1 比较放大部分的AV和电压反馈系数F 愈大越好 2 基准电压愈稳定越好 3 放大部分的电源愈稳定越好 调节RP可改变Uo达到 调压的目的 稳压实质 通过负反馈使输出电压稳定 稳压实质 通过负反馈使输出电压稳定 返回 在运放理想条件下 AV ri 五 选用增益高的集成运放作为放大环节的串联反馈式稳压 电源 返回 六 存在的缺点 串联反馈式稳压电源外围元件较多 另 外 调整管工作在线性放大区 当负载电流 较大时 其损耗 P UCE Io 大 电源的效率 为 Po
15、Pi UoIo UiIi 较低 为了提高效率 可采用开关型稳压电源 返回 19 5 19 5 集成稳压电源集成稳压电源 19 5 1 集成稳压电源简介 三端集成稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内 电路内部附有短路和过热保护环节 随着半导体工艺的发展 现在已生产并广泛应用的 单片集成稳压电源 具有体积小 可靠性高 使用灵活 价格低廉等优点 最简单的集成稳压电源只有输入 输 出和公共引出端 故称之为三端集成稳压器三端集成稳压器 本节主要介绍常用的7800 7900系列固定输出式三 端集成稳压器组件及其应用 其内部也是串联型晶体管 稳压电路 根据输出端电压是否可调可分为固定输出式和可变输 出式两类
16、 返回 分类 正稳压 7800系列 负稳压 37系列 正稳压 17系列 负稳压 7900系列 三端集成稳压器 固定式可调式 注意 7800 7900系列型号后两位数字XX 代表输出电压值 返回 三端集成稳压器实物照片 返回 三端集成稳压器管脚排列 78系列 输出正正电压 79系列 输出负负电压 7805 5V 7806 6V 7808 8V 7809 9V 7810 10V 7812 12V 7815 15V 7818 18V 7824 24V 7905 5V 7906 6V 7908 8V 7909 9V 7910 10V 7912 12V 7915 15V 7918 18V 7924 24V 输 入 输 出 公 共 端 输 入 输 出 公 共 端 返回 一 输出为固定正电压的电路 19 5 2 应用电路 输出为固定正压时7800系列稳压器的基本接线图 如图所示 注意 输入与输出端之间的电压差不得低于3V 返回 二 输出正 负电压的电路 返回 UXX 为78XX固定输出电压 则 Uo UXX UZ 三 提高输出电压的电路 返回 运算放大器作为电压跟随器使用 它的电源借助于稳压 器的输
