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1、第8章 直流稳压电路,教学提示： 直流稳压电源是电子设备不可缺少的一部分，其性能的优劣会直接影响到电子设备的工作与稳定。直流稳压电源涉及前面所学习到的元器件和放大电路原理。本章是一个小综合的章节。 教学目标： (1)掌握整流电路的工作原理； (2)了解滤波电路的作用； (3)了解并联型稳压电路的工作过程； (4)掌握串联型稳压电路的工作原理； (5)掌握基本的三端稳压器的使用；,主要内容 8.1 整流电路 8.2 滤波电路 8.3 直流稳压电路 8.4 三端集成稳压器,稳压电源电路的结构如图8.1. (1).电源变换器：将电网中的交流电压变换成符合整流 要求的交流电压。 (2).整流电路：将交
2、流电压转换成单向脉动电压。 (3).滤波电路：减小脉动电压中波动的成分。 (4).稳压电路：对滤波后的不稳定直流电压 进一步的 “稳压”， 向电子设备提供稳定的电压。,8.1 整 流 电 路 整流电路的主要任务: 利用单向导电元件将输入的交流电压 变换成单向脉动电压。常见有半波、 全波和桥式整流。 8.1.1单相半波整流 如图8.2(a):由整流变压器B、 整流二极管和电阻负载RL三个 部分组成。 工作原理:,图 8.2,1.变压器初级加交流电压u，在次级绕组中电压ui为ui =Uisint 2.当ui在正半周时，二极管导通，正半波电流iO流过负载电阻，得到正半周半波电压。 UOm =Ui 3
3、.当ui在负半周时，二极管截止，负载电阻上没有电流流过，uO=0，如图8.2(b)所示。 关系式: 在负载电阻上所得到的大小变化、单方向的， 即单相脉动电压。其最大值为 UOm = 1.414 Ui(8-1) 半波电压的平均值为 (8-2) 即UO =0.45 Ui 半波整流电路的电流平均值IO =0.45Ui/RL(8-3) 负半周时整流二极管截止， 它所承受最大反向电压为 1.414 Ui.,8.1.2 单相全波整流 1.全波整流电路: 图8.3 由两个半波整流电路组成。变压器的中心触头把次级分成上下两个半绕组，每个半绕组的电压均为: ui =Ui sint 正半周:上半绕组的电压ui使V
4、1导通,V2截止， iO流RL，RL上得到上正下负的半波电压。 负半周:下半绕组的电压ui,使V2导通， V1截止。iO流过RL，得到上正下负的半波电压。 在一个周期内两个二极管轮流导通在负载电阻RL上得到的两个半周期的正波形,如图8.4所示。 整流二极管在截止时的反向电压的最大值，是变压器半绕组的最大电压Ui。所以在选择整流二极管的耐压时应满足: URMUi,2.桥式全波整流电路 图8.5(a),四个二极管接成电桥形式。 ui正半周:B次级极性上正下负，使V1和V3导通，V2和V4截止， RL上得到是上正下负的半波电压，图(b). ui负半周:B次级极性上负下正，使V2和V4导通，V1和V3
5、截止， RL上仍然得到是上正下负的半波电压，图(c). 在一个周期里RL得到电压两个半周期的正波形.,图 8.5,单相桥式全波整流中，负载电阻RL上电压平均值为 (8-4) 负载电阻RL上电流平均值 IO = 0.9Ui / RL 流过每个整流二极管的正向电流 Id = IO / 2. 桥式全波整流中，每个整流二极管在截止时所承受的 反向电压的最大值仍然是 : 1.414 Ui,8.2 滤 波 电 路,整流电路输出的是单向脉动的电压,要加接滤波器，以改善脉动程度。 滤波器一般由电抗元件组成。由于电容和电感元件具有储能作用，在电源电压(流)增加时，能把部分能量储存起来，在电源电压(流)下降时把能
6、量释放出来，使负载电流比较平滑。 滤波器一般的结构如下图8.9所示。,图 8.9,8.2.1 电容滤波器(C滤波器) 如图8.9(a) 在u的正半周时V1和V3导通，向RL提供电流的同时，向电容C充电，电容上电压为uC上升. 当u电压过最大值后开始下降，当降至uuC时，V1和V3被反偏置而截止，电容向负载电阻RL放电。 电容放电一直持续到负半周期(2)中交流电源电压u大过电容上电压值时，V2和V4开始导通，交流电源电压又向电容开始新的一轮充电。负载上得到如图8.9(b)所示的平滑的波形。,图 8.9,电容向负载电阻RL放电的时间常数越大，输出电压的脉动也就越小。一般要求 RLC(35)T/2或
7、C(35)T/2RL (8-5) 式中的T为电源u的周期。 电容滤波桥式整流电路输出电压: 空载下时，电容无放电回路，UC = UO =1.4U。 当接有RL，而不加电容C，即桥式整流电路， 由式(8-4)知 UO = 0.9U。 在桥式整流电路的内阻不太大(几欧)和放电常数满足 式(8-5)时，电容滤波的桥式整流电路的输出电压UO为: UO = (1.11.2)U,【例题8.2】图8.9(a)桥式整流电路，使用电网50Hz，220V供电。 要求输出电压UO为24V，输出电流IO为1A。 试选择整流管和滤波电容。 【解】据(8-6)式，选取UO =1.2U 得 U = UO /1.2 = 24
8、/1.2 = 20(V) 应选择二极管 : If I0/2 = 0.5(A) 和 VRM 1.41U=1.4120=28.2(V) 据(8-5)式，选取C=5T/2 RL RL = UO /I0 =20/1 =24() T =1/50=0.02(S) C =5T/2 RL =(50.020/(224) = 0.0021 F 选取标称值 C = 2200F 选择整流管的参数If =1A，URM =50V。,8.2.2 电感电容滤波器(LC滤波器) 图8.10电路. 当流过L的电流增加时，L中产生的感应电动势阻碍电流的增大，同时将部分的电能转换成磁能储存起来。 当流过L的电流减小时，L中产生感应电
9、动势，阻碍电流的减小，同时将储存在线圈中磁能转换成电能释放出来。使负载电流平滑，输出电压的脉动进一步减小。 频率越高，电感量越大，即L比负载越大，滤波效果越好。但会使线圈电阻增加，引起输出电压的下降。L一般选取在几亨到几十亨，采用铁芯来提高电感量。,图8.10,8.3 直流稳压电路,输出电压不稳定: 输入交流电压经过整流滤波后，仍存在波动。 输入电压波动和负载电流的变化，会造成输出电压的变化。 因此，必须采取稳定措施，直流稳压电路就是在整流滤波电路后实现稳压作用。 直流稳压电路分类: 按稳压的工作方式分成 : 线性直流稳压电路 开关直流稳压电路。 按电压调整器件与输出电压的连接方式分成: 串联
10、直流稳压电路 并联直流稳压电路。,8.3.1 稳压管稳压电路 图8.11。稳压管D与RL相并联，R是稳压管的限流电阻，用来确定稳压管的工作电流。 (1). RL一定，若U1上升时, D起到稳定输出电压的作用。 U1UOIZIRURUO (2). U1一定，RL加大时: D起到稳定输出电压的作用。 RLIOIRURUOIZIRURUO,图8.11,稳压管电压稳定，需满足稳压管动态的 工作电流范围，即: IZmin 和 IZmax， 如图8.12所示。 因此,要合理选择稳压管的限流电阻R。 设: U1的变化为U1min U1max， IZ 和 RL间的关系，应满足: 即限流电阻R的选择应满足: (
11、8-7) 在工程上对输入电压u1可按U1=2UO 进行估算。,8.3.2 串联型稳压电路 1.基本工作原理. (1)简单稳压电路: 图8.13电路. 当Ui升高时，UO上升。D的稳定电压UZ不变，T的UBE = UZ-UO变小，则IB减小，导致T的UCE增大，使UO(=Ui-UCE)减小，UO得以稳定。 稳压电路的稳压是: 将输出电压与一个基准电压进行比较， 出现变化的电压用来调整三极管的管 压降，使输出电压保持稳定。 通常称三极管为调整管。 调整管工作在线性的放大区， 把这种稳压电路称为线性稳压电路。 由于调整管是和负载相串联， 稳压电路称为串联稳压电路,图 8.13,如果将上述将UO和UZ
12、比较后变化差进行放大，再去控制T的基极，那么稳压电路的稳压性能将更会进一步提高。 (2)串联稳压电路图8.14所示电路: 若有UO的下降，经R1和R2分压，T2管UB下降，而UZ不变，T2管的UBE2减小，IB2减小，IC2减小，使得UC2升高，即T1管的UB1升高，T1管的UBE1加大，使得IB1增大，UCE1减小，UO= (Ui- UCE1)上升，抑制了UO的下降。,图8.14,(3)稳压电路由四个部分组成。 1)取样部分 由电阻R1和R2组成. 把UO的变化取出，反馈到T2的基极上。反馈电压为 (8-8) 2)基准部分 由限流电阻R3和稳压管D组成. UZ为稳压电路的电压基准。 3)比较
13、放大部分 由T2和R4组成(R1、R2也是其偏置电路电阻)。 UBE2=Uf-Uz，经T2放大，在其负载上产生压降，改变电位UC2，即改变电位UB1。 4)调整部分 核心部件是调整三极管T1，R4也是其偏置电阻。 电位UB1的变化经T1的放大以自动稳定输出电压。,(4)串联稳压电路的方框图: 图8.15。由图中可看出，稳压电路实际上是一种反馈控制电路，它利用了负反馈原理达到稳定输出电压的目的。,(5)串联稳压电路估算： 1)输出电压由基准电压和取样电阻的分压确定。 因为: UB2 =UZ+UBE 忽略UBE时，(式8-8)可得: 2)基准电压 : 3)流过取样电阻的电流 : I1 IO/10；
14、 4)调整管的工作压降:UCE(35)V,2.使用运算放大器的稳压电源 图8.15所示电路中，运算放大器接成比较放大电路。 基准电压UZ接到运放同相端。 取样电压加在运算放大器的反相端。,8.4 三端集成稳压器 8.4.1 固定输出式三端稳压器 1.外形和典型应用电路 常见的固定输出式三端稳压器有正电压输出的CW78和负电压输出的CW79 ,其外形和管脚功能如下图8.17所示。,2. 78和79系列三端稳压器的典型应用电路图。 下图8.18的中(a)和(b)， 图中的两个电容用来实现频率补偿，以防止稳压器可能产生的高频自激振荡并抑制由输入电路引入的高频干扰。,3.正负电压输出电路 图8.21所
15、示，采用7812和7912三端稳压器。,8.4.2 可调输出式三端稳压器 常见的有:CW317(正可调)和CW337(负可调)，CW350,CW338，外型与管脚如图8.22(b)所示。输出范围在1.25V37V。 图8.23所示为CW317典型电路。在输入电压允许的情况下，通过调整电位器RP，可得到1.25V37V的连续可调的输出电压。,图 8.22,图 8.23,8.6 本 章 小 结 (1)直流稳压电源由四个部分组成: 电源变换器、整流电路、滤波电路和稳压电路 (2)电源变换器将交流电网中的交流电压变换为符合整流要求的交流电. (3)整流电路将交流电压转换成单向脉动电压。 (4)电容滤波将起到减小整流输出电压脉动的作用。 (5)直流稳压电源有两种：线性调整电源和开关调整电源。 串联稳压电路由四个部分组成：(1)取样部分；(2)基准部分；(3)比较放大部分；(4)调整部分。 串联稳压电源常由集成稳压电路组成。,
