直流稳压电源98836

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1、第第 1 章章 直直流流稳稳压压电电源源 1.1 概概述述 电子设备一般都需要稳定的直流电源供电。直流电可以由直流发电机产生， 也可以来 自于干电池、蓄电池等其他直流能源，但在大多数情况下，是采用把交流电（市电）转变 为直流电的直流稳压电源。常用电子仪器或设备的功率一般小于 1kW，采用单相小功率 直流稳压电源供电就可以满足要求，其原理框图如图 1-1 所示，它由电源变压器、整流、 滤波和稳压电路四部分组成。电网供给的交流电压 u1（220V，50HZ）经电源变压器降压 后，得到符合电路需要的交流电压 u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化 的脉动电压 u3，再用滤波器滤去其交流分

2、量，就可得到比较平直的直流电压 uI。但这样的 直流输出电压， 还会随交流电网电压的波动或负载的变化而变化。 在对直流供电要求较高 的场合，还需要使用稳压电路，以保证在电网电压或负载在一定范围变化时，都能输出稳 定的直流电压 uO。 电源 变压器整流 电路滤波 电路稳压 电路交流 输入直流 输出220V 50HzOu2tu3OtOu1tuIOtuOOt电源 变压器整流 电路滤波 电路稳压 电路交流 输入直流 输出220V 50Hz电源 变压器整流 电路滤波 电路稳压 电路交流 输入直流 输出220V 50HzOu2tOu2tu3OtOu1tOu1tuIOtuIOtuOOtuOOt图 1-1 单

3、相小功率直流稳压电源原理框图 对需要大功率直流电源的工业设备， 则采用三相直流稳压电源。其工作原理与单相直 流稳压电源相似，只是其输入是来自电网的三相交流电压，降压需要三相变压器，要采用 三相整流电路。 在直流稳压电源中，降压、整流、滤波这三个环节的电路一般都比较固定，但稳压环 节采用的电路形式较多，典型的有稳压管稳压、串联型稳压、集成块稳压、开关型稳压， 如图 1-2 所示。稳压管稳压电路是最简单的一种，但它只能用在输出直流电压固定且负载 电流较小的场合，在电子电路中，应用更为广泛的是串联型稳压和开关型稳压电路。这两 者来比较， 串联型稳压器的调整管工作在线性放大区，通过管子的电流和管子两端

4、的电压 都较大，因此管子功耗大，稳压电源的效率低（uC时，二极管 VD1、VD3导通，u2经二极管 VD1、VD3一方面向负载 RL提供电流，另一方面向电容器 C 充电，uC随着交流电压 u2 升高到接近最大值22U，输出电压 uO的波形如图 1-8 的 bc 段所示。注意：在某些教材或教学参考书中，忽略了电容 C 的充电时间常数 d，则输出电压 uO=u2。 接下来，u2按正弦规律下降，当 u2 IZmax， 则稳压管可能会因过热而损坏。 1.3.3 稳稳压压电电路路元元件件的的选选择择 稳压电路输出电压的数值直接由稳压管的参数 UZ确定。选择稳压管时，一般 OImaxOmaxOZ3235

5、. 1UUIIUUZ 限流电阻的确定则由多方面因素决定。要使稳压管正常工作， 则流过稳压管的电流必须在 IZminIZmax之间。如果负载电流的变化范围为 IOminIOmax，电源电压波动使滤波输出电压 UI在 UIminUImax之间变化，则当 IO=IOmax，UI =UImin时稳压管中流过的电流最小，但要求大于 IZmin，即 ZminOmaxZImin ZIIRUUI 当 IO=IOmin，UI =UImax时稳压管中流过的电流最大，但要求小于 IZmax，即 ZmaxOminZImax ZIIRUUI 因此，限流电阻的取值范围为 OmaxZminZIminOminZmaxZIma

6、x IIUURIIUU 如果此范围不存在， 则说明稳压管稳压电路不能满足要求，需要选用其他型号的稳压 管（增大最大稳压电流） ，或采用其它类型的稳压电路。 稳压管稳压电路结构简单，但缺点也很明显，即：（1）IZ的调节范围仅仅几十 mA， 当电网电压不变时，IZ大大限制了负载电流 IO的变化范围；（2）输出电压 UOUZ，因此 受到稳压管性能的影响，输出电压的稳定性不高，而且电压变化范围窄。 例例 1-2 直流稳压电源电路如图 1-14 所示，已知V30IU，稳压管(2CW18)ZD的稳定电压V10ZU，最小稳定电流mA5ZminI，最大稳定电流mA20ZmaxI，负载电阻 k2LR。求当 UI

7、变化%10时，限流电阻 R 的取值范围？ 解解 输出电压V10ZOUU 负载电流 mA5mA210LO ORUI 当 UI变化%10时， V33ImaxU V231033OImaxRUUU mA25mA)520(OZmaxRIII k92. 02523RR IUR 当 UI变化%10时， V27inImU V171027OIminRUUU mA10mA)55(OZminRIII k7 . 11017RR IUR 故电阻R的取值范围是：k7 . 1.92k0R 1.3.4 稳稳压压管管稳稳压压的的恒恒压压源源 图 1-14 的稳压电源其输出电压基本上由稳压管的稳定电压决定，大小固定，在使用 中很

8、不方便。图 1-17 是由稳压管稳压电路和运算放大器组成的恒压源，改变 RF值可以调 节输出电压的变化范围，并引入电压负反馈使输出电压更稳定。 a） b） 图 1-17 稳压管稳压的恒压源 a）反相输入 b）同相输入 由图 1-17a 可得 Z 1F OURRU 由图 1-17b 可得 Z 1F O)1 (URRU 图 1-17 电路中，输入电压 UI和集成运放的工作电源均由稳压环节之前的整流滤波电 路提供脉动直流电压。图中省略了变压、整流、滤波环节。 习习 题题 1-1 如图 1-29 所示为一实际电源电路，问： （1）该电源包含几种供电方式？分别描述其电路组成； （2）变压器二次绕组 N3

9、的电压有效值为多少伏？（3）电容 C2的功能；（4）接入电池时，是否考虑极性的判断？ 图 1-29 习题 1-1 图 1-2 单相桥式整流电容滤波电路如图 1-30 所示，变压器副边 u2=202sint V，RLC=(35)T/2。求（1）负载电流 IO， 每个二极管的平均电流 ID，二极管承受的反向峰值 电压 UDRM； （2）当 VD1管发生短路时的负载电流 IO，VD4管的电流 IVD4； （3）当 VD1管 发生虚焊断路时的负载电流 IO，VD4管的电流 IVD4。 图 1-30 习题 1-2 图 1-3 单相桥式整流电容滤波电路输出 UO=30V，IO=150mA，电源频率 f=5

10、0HZ。请选 择整流二极管和滤波电容；并与单相半波整流电容滤波电路相比较, 二极管承受的最高反 向电压是否相同？ 1-4 有一单相桥式整流电容滤波电路，已知其变压器二次绕组电压 U2=20V，现在分 别测得直流输出电压为 28V、24V、20V、18V、9V，试判断说明每种电压所示的工作状1-5 电路如图 1-31 所示，负载两端电压 UO=5V，流过稳压管的电流 IZ=10mA，限流电阻 R=0.7k， 负载电阻 RL=500。 求： （1） 电压IU及变压器二次侧电压有效值 U2 。 （2）流过整流二极管的平均电流 ID及二极管所承受的反向峰值电压 UDRM。 图 1-31 习题 1-5

11、图 1-6 电路如图 1-32 所示， 已知 UI =27V， 稳压管的稳定电压 UZ=9V， 稳定电流为 5mA， 最大稳定电流为 26mA，限流电阻 R=0.6k，负载电阻 RL=1k，求： （1）IO、IZ的值； （2） 如果负载开路，稳压管能否正常工作？为什么？ （3）如果电源电压不变，该稳压电路允 许负载电阻变动的范围是多少？ 图 1-32 习题 1-6 图 1-7 集成运算放大器构成的串联型稳压电路如图 1-33 所示，问： （1）在该电路中，若测得 UI=30V，试求变压器二次测电压有效值 U2； （2）在 UI=30V，UZ=6V，R1=2k，R2=1k，R3=1k的条件下，求

12、输出电压 UO的 调节范围； （3）在（2）的条件下，若 RL的变化范围为 100300，限流电阻 R=400，则三 极管 V 在什么时刻功耗最大？其值是多少？ 图 1-33 习题 1-7 图 1-8 如图 1-34 所示电路为串联型晶体管稳压电路。问： （1）从负反馈角度看，哪个是 输入量？V1、V2各起什么作用？（2）若 UI=24V，晶体管 UBE0.7V，RW=300，稳压管 稳压值 UZ=5.3V，R3=R4=300，试计算输出电压 UO的可调范围。 （3）试求变压器二次绕 组的电压有效值 U2。 （4）若要使 UO值增加，取样电阻 RW滑动头应上移还是下移？ 图 1-34 习题 1

13、-8 图 1-9 直流稳压电源如图 1-35 所示。 （1）说明电路的整流电路、滤波电路、调整管、 基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成； （2）标出集成运放 的同相输入端和反相输入端； （3）写出输出电压的表达式。 图 1-35 习题 1-9 图 1-10 利用 W7805 固定输出集成稳压器, 通过外接电路来改变输出电压值，电路如1-36 图所示, 试验证关系)1)(534121 ORR RRRU 并按图中所给数据计算输出电压UO的范围。 图 1-36 习题 1-10 图 1-11 某仪器要求有两路电源，其对地电压分别为+15V 和-15V，两路的电流均小于 500m

14、A，要求：画出整个电路的原理图，并标出变压器二次绕组的电压值和选用器件的型 号。 1-12 分别说明在下面三种情况下，应选什么型号的集成稳压器。 （1）UO=+12V，RL 最小值约为 15。 （2）UO=+6V，最大负载电流为 300mA。 （3）UO=15V，输出电流范 围是 1080mA。 1-13 图 1-37a、b 分别为三端固定式集成稳压器与集成运放构成的输出电压扩展电路 及恒流源电路。 试分别写出图 1-37a 的输出电压 UO和图 1-37b 的输出电流值 IO的表达式。 a） b） 图 1-37 习题 1-13 图 1-14 电路如图 1-38 所示，问：集成运放工作在什么工作区？在该电路中起着什么作 用？R3的作用是什么？并计算输出电压的变化范围。 图 1-38 习题 1-14 图 1-15 电路如图 1-39 所示，已知 R1=1k；R2=3k；RP=2k。求输出电压 UO的输出 范围是多少？ 图 1-39 习题 1-15 图 1-16 试分别求出图 1-40 中各电路输出电压的表达式。 图 1-40 习题 1-16 图