《模拟电子技术第10章直流稳压电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子技术第10章直流稳压电源（61页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子技术,第十章 直流稳压电源,模拟电路部分,第十章 直流稳压电源,10.1 小功率整流滤波电路10.2 串联反馈式稳压电路,电源变压器: 将交流电网电压v1变为合适的交流电压v2。,整流电路: 将交流电压v2变为脉动的直流电压v3。,概述,滤波电路: 将脉动直流电压v3转变为平滑的直流电压v4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压vo的稳定。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,整流电路的任务：把交流电压转变为脉动的直流电压。,常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向
2、电阻为无穷大。,10.1.1 单相整流电路,10.1小功率整流滤波电路,1 单相半波整流(half wave rectifier )电路的工作原理,v2 0 时，二极管导通。,忽略二极管正向压降： vL=v2,v20 时,D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A D1RLD3B,v20 时,D2,D4导通D1,D3截止电流通路:B D2RLD4A,输出是脉动的直流电压！,桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,vD3,vD1,桥式整流电路的主要参数,1. 整流输出电压平均值（VL）,负载上的(平均)电流IL:,一、负载上的直流电压与脉动系数,整流输出电压的平均值VL和输出电压的脉动系数S是衡量
3、整流电路性能的两个主要指标。,2. 脉动系数和纹波系数,用傅氏级数对桥式整流的输出 vL 分解后可得:,平均电流(ID)与反向峰值电压(VRM)是选择整流管的主要依据。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,二、二极管平均电流与反向峰值电压,在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。,例：,在桥式整流电路中，已知变压器副边电压有效值V2=30V，负载电阻RL=100，求：,（1）输出电压与输出电流平均值各是多少？,解:,输出电压平均值,输出电流平均值,二极管的最大整流平均电流ID应满足,二极管的最高反向电压VRM应满足,（2）当电
4、网电压波动范围为10%，二极管的最大整流平均电流ID与最高反向工作电压VRM至少应选取多少？,解:,（3）若整流桥中的二极管D1开路或短路，分别产生什么现象？,若D1开路，则电路仅能实现半波整流；若D1短路，则在v2的负半周将变压器的副边电压全部加在D2上，D2将因电流过大而烧坏，且D2烧坏后，可能会烧坏变压器。,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流电压,脉动直流电压,平滑直流电压,原理：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, 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。,10.1.2 滤波电路,
5、1 电容滤波电路,以单相桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,（1）RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,（2） RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，vL会逐渐下降。,只有整流电路输出电压大于vL时，二极管才有电流iD 。因此二极管电流是脉冲波。,二极管的电流 iD,可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。,电容充电时，电容电压小于v2。,RLC越小，输出电压越低。,（3）RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻),(2) 流过二极管瞬时电
6、流很大。,RLC 越大 VL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,故一般选管时，取,二、电容滤波电路的特点,(1) 输出电压 VL与放电时间常数 RLC 有关。,RLC 愈大 电容器放电愈慢 VL(平均值)愈大,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, VL 和S 也随之改变。,如: RL 愈小( IL 越大), VL下降多, S 增大。,结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。,(3) 输出特性(外特性),2 电感滤波,电路结构: 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、滤波原理,对直流分量: X
7、L=0 相当于短路,电压大部分降在RL上。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。,VL=0.9V2,当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：,二、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。,例,单相桥式整流、电容滤波电路如前图所示。已知220V交流电源频率f=50Hz，要求直流电压VL=30V，负载电流IL=50mA。求变压器副边电压v2的有效值，选择整流二极管及滤波电容器。,解： （1）变压器副边电压的有效值,取VL=1.
8、2V2,（2）选择整流二极管,（3）选择滤波电容,考虑电网波动10%，电容器承受的最高电压为,选则标称值为68F/50V的电解电容,二倍压整流电路,v2的正半周时：D1导通，D2截止，理想情况下，电容C1的电压充到：,v2的负半周时：D2导通，D1截止，理想情况下，电容C2的电压充到：,负载上的电压：,倍压整流电路的工作原理,10.2.1 稳压电路的主要性能指标,一、稳压系数 ,稳压系数反映电网电压波动时对稳压电路的影响。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。,10.2 串联反馈式稳压电路,对于任何稳压电路均可以用稳压系数和输出电阻Ro来描述其稳定性：,稳压系数较
9、小的稳压电路，它的纹波电压一般也较小,二、输出电阻Ro,输出电阻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。,三、温度系数 ST,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),以下主要讨论线性稳压电路。,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。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,利用稳压二极管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。,1. 稳压原理,硅稳压二极管稳压电路Zener voltage
10、regulator,当因电网电压升高而使VI时， 会引起下列变化：,VI,VO,IZ,IR,当因负载电阻减小而使IL时， 会引起下列变化：,IL,IR,VR,VO,IR,VR,VO,串联式直流稳压电路的基本形式,实际上是射极输出器，Vo=VZVBE 。但带负载的能力比稳压管强。,串联式稳压电路,该电路与一般共集电极放大电路的区别：其工作电压源VI不稳定，“输入信号”为稳定电压VZ，并要求输出电压VO在VI变化或负载电阻RL变化时基本不变。,负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+）倍。,稳压原理,VI,VO,VE,VBE,要想使调整管起到调整作用，必须使之工作在放大状态，因此其管
11、压降应大于饱和管压降，即,两个主要缺点：,(1) 稳压效果不好。,Vo=VZ VBE,(2) 输出电压不可调。,改进的方法：在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。,串联反馈式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,10.2.2 串联反馈式稳压电路,调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。,比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。,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VO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。,串联
12、反馈式稳压电路工作原理,1.电路结构,1输入电压变化时,实质：电压串联负反馈,2负载电流变化时,2.工作原理,VI,VO,Vf,VO,IL, VO, Vf,VO,调节Rw可以改变输出电压,根据“虚短”,VfVR,3.输出电压的调节范围,4、串联反馈式稳压电路缺点,损耗 (P=VCE IL) 大电源的效率 ( =Po/Pi=VoIL/ViIi) 较低,为了提高效率，可采用开关型稳压电源。,调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:,例：如图，典型的串联型稳压电源的电路图。若已知VZ=16V，三极管T饱和时VCES=2V，试求：（1）输出电压的范围；（2）整流滤波后的电压VI和变压器次级电压V2；
13、（3）调整管的管压降范围。,解 （1）当电位器RW的滑动端调到上端时,当电位器RW的滑动端调到下端时,输出电压的范围：2080V,根据桥式整流电容滤波的输入和输出关系，要求满足VI1.2V2,(2) 求VI和V2,调整管的压降变化范围在2V62V之间,(3) 求T的管压降范围,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。本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电
14、路内部附有短路和过热保护环节。,10.2.3 三端集成稳压器,1端: 输入端2端: 公共端3端: 输出端,W7800系列稳压器外形,1端: 公共端2端: 输入端3端: 输出端,W7900系列稳压器外形,注：型号后XX两位数字代表输出电压值,输出电压额定电压值有:,5V、 6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V七个档次。,三端集成稳压器,集成稳压电源的分类,一、输出为固定电压的电路,10.2.4 三端集成稳压器的应用,输出为固定正压时的接法如图所示。,注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！,二 、输出正负电压的电路,VXX : 为W78XX固定输出电压 VO = VXX + UZ,三、提高输出电压的电路,四、输出电压可调式电路,用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的730V可调式稳压电源。,W7805,(VXX=5V),运算放大器作为电压跟随器使用, 它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 ,输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。,熟悉单相整流（半波和桥式）电路工作原理及参数计算；熟悉基本电容滤波电路工作原理及参数计算；理解稳压管稳压电路、串联型直流稳压电源和三端稳压器的组成、工作原理；熟练掌握输出电压调节范围的估算方法。,本章小结,
