《电路与模拟电子技术原理 教学课件 ppt 作者 胡世昌 第11章1线性电源》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路与模拟电子技术原理 教学课件 ppt 作者 胡世昌 第11章1线性电源（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、16:36:03,1,电路与模拟电子技术 原理,第十一章 直流稳压电源,16:36:03,2,第11章 直流稳压电源,11.1 整流-滤波电源 11.2 线性稳压电源 11.3 开关稳压电源 11.4 电容变压电路 11.5 无变压器直流变压电路的设计思路分析,16:36:03,3,11.1 整流-滤波电源,11.1.1 整流：交流电变单向电 11.1.2 滤波：脉动电变直流电 11.1.3 整流-滤波电源的组成,16:36:03,4,直流稳压电源的功能,直流稳压电源的作用是把交流电网电压变为稳定的直流电压。 需要怎样的电路，才能把交流电变为直流电？,16:36:03,5,11.1.1 整流：
2、交流电变单向电,把交流电变为直流电的思路很简单：让图11-1中的负载RL与具有单向导电特性的器件相串联，则RL上就只能得到一个方向的电流，这样的电路称为整流电路。 凡是具有单向导电性的器件，均可用作整流器件，例如二极管,16:36:03,6,1二极管半波整流,输入正弦电压ui时，输出端只能得到输入电压的正半周。 输出端只得到输入波形的一半,16:36:03,7,2二极管全波整流（桥式）,四个二极管被接成桥式电路，它可以把电源的正负半周都输出到负载上面，这就把电源利用率提高了一倍,16:36:03,8,桥式整流电路,桥式整流电路中的负载电流轮流使用两对二极管中的一对。 在输入交流电的一个周期中，
3、负载电阻都能够获得电流，而每对二极管的导通时间却仅为半个周期，所以桥式整流电路中流过负载的电流为流过二极管电流的2倍。,16:36:03,9,桥式整流电路的其他画法,16:36:03,10,3脉动直流电,方向虽然不变，幅度却仍然做周期性的变化 不论是半波整流还是全波整流电路，所输出的都是单向脉动电。,16:36:03,11,11.1.2 滤波：脉动电变直流电,要减小整流输出的波动，可以从两个角度考虑， 一是抑制电压的波动，自然也就抑制了电流的波动； 二是抑制电流的波动，自然也就抑制了电压的波动。 电容元件与负载电阻并联，就可以抑制负载电压的波动。 电感元件与负载电阻串联，就可以抑制负载电流的波
4、动。,16:36:03,12,5自激振荡：正弦波振荡器的实质,整流输出单向电中的脉动成分也叫纹波（Ripple），实际上就是在直流成分中所夹杂的交流成分。纹波越大，说明整流输出中的交流成分越多。 要想让整流输出平滑起来，就必须过滤掉整流输出中的交流成分，所以上述实现整流输出波形平滑的电路也称为滤波电路。,16:36:03,13,10.1.2 正弦波振荡器的组成,在整流电路输出端并联电容器，即构成电容滤波电路； 在整流电路输出端串联电感器，即构成电感滤波电路,16:36:03,14,1滤波原理,以电容滤波为例 放电时间常数RLC的值越大，电容C放电越慢，负载RL上所得到的输出电压越平滑，电容滤波
5、的效果越好。,16:36:03,15,2复合滤波电路,同时利用电容器抑制电压波动，和电感器抑制电流波动,16:36:03,16,RC滤波电路,由于电感体积较大，常用电阻代替 电容滤波电路用得最为广泛。,16:36:03,17,11.1.3 整流-滤波电源的组成,整流输出的单向脉动电，经过滤波电路过滤之后，已经变得很平滑了，只要滤波电路的放电时间常数足够大，输出电压中的纹波电压就可以做到足够小，输出波形已经足够平滑，基本可以认为是直流电了。,16:36:03,18,全波整流、电容滤波电路的输出,全波整流、电容滤波电路正常工作时，滤波电路的输出电压在0.9Ui1.4Ui之间。 空载（负载开路，即R
6、L）时最大 重载（RLC0 ）时最小,16:36:03,19,全波整流、电容滤波电路的参数,滤波电路的放电时间常数不能太小，通常取 其中T为电网周期，并用下式来估算输出电压的平均值,16:36:03,20,添加降压变压器,如果把整流电路直接接到220V、50Hz的单相交流电上，在滤波电路的输出端将获得264V的直流电压，这个电压显然太高了，必须把它降下来。,16:36:03,21,整流-滤波电源的组成框图,根据Uo计算U2，再根据U1和U2的比值确定变压器的匝数比。,16:36:03,22,整流-滤波电源不稳定,整流-滤波电源结构简单，它所输出的直流电压已经可以作为诸如直流电机等设备的电源了。
7、 但是，它依然不稳定， 所谓稳定，指的是当使用环境发生变化时，设备的性能不变。,16:36:03,23,整流-滤波电源不稳定（续）,直流稳压电源的使用环境，主要指的是作为输入的电网电压，和作为输出的负载。 整流-滤波电源对电网电压的波动完全没有抵抗能力，其输出电压随着电网电压的波动而波动； 同样，当负载变化时，滤波电路的放电时间常数随之改变，这必然导致滤波电路的输出电压随负载大小的改变而改变。,16:36:03,24,整流-滤波电源不稳定（续）,整流-滤波电源无法获得稳定的直流电压，其输出电压随电网电压和负载的变化而改变。 对于很多半导体器件来说，这样的电源无法保证其正常使用， 所以必须寻找能
8、够稳定输出电压的方案，使其不受电网电压和负载改变的影响。,16:36:03,25,第11章 直流稳压电源,11.1 整流-滤波电源 11.2 线性稳压电源 11.3 开关稳压电源 11.4 电容变压电路 11.5 无变压器直流变压电路的设计思路分析,16:36:03,26,11.2 线性稳压电源,已知哪些能获得稳定电压的方案？ 稳压二极管 电压负反馈,16:36:03,27,11.2 线性稳压电源,11.2.1 并联稳压管稳压电路 11.2.2 负反馈并联稳压电路 11.2.3 串联调整管稳压电路 11.2.4 线性稳压电源的组成,16:36:03,28,11.2.1 并联稳压管稳压电路,稳压
9、管在是通过改变自身电流来维持两端电压不变的，从这个意义上说，稳压管Dz相当于一个可变电阻，电压不变电流改变相当于改变了其自身的阻值。,16:36:03,29,11.2.2 负反馈并联稳压电路,并联稳压管稳压电路只能获得与稳压管击穿电压Uz相等的输出电压，这限制了它的应用。 单纯依靠稳压管显然不能满足实际需要，为了获得更多等级的直流电压，应考虑能否利用负反馈放大电路来实现直流稳压的要求。,16:36:03,30,思考的起点：负反馈,首先画出负反馈框图如图11-12(a)所示，我们需要使用这种思路去实现一个能够输出稳定直流电压的电路,16:36:03,31,解决方案：确定输出,要稳定直流输出电压U
10、o，所以应该引入直流电压负反馈；,16:36:03,32,解决方案：确定输入,要稳定负反馈网络的输出电压Uo，就必须保证负反馈网络的输入信号XREF也是稳定的， 由于稳压管的反向击穿电压Uz很稳定，所以可以把稳压管的稳定电压Uz作为负反馈网络的输入信号，即令XREFUz，,16:36:03,33,解决方案：确定输入（续）,由此可以得到如图11-10(b)所示的输入电路，所以XREF应该是参考电压UREF。,16:36:03,34,解决方案：确定整体反馈类型,整个负反馈网络的输出是电压信号，输入也是电压信号，所以应该采用电压串联负反馈。 我们需要构建一个以稳压管的Uz作为输入的电压串联负反馈放大
11、电路。,16:36:03,35,负反馈并联稳压电路,16:36:03,36,计算负反馈并联稳压电路的输出,利用深度负反馈条件下的 “虚短虚断法”或“反馈系数法”均可计算输出电压Uo的值。 （请自行推导，作为负反馈的应用） （教材已给出完整过程）,16:36:03,37,负反馈并联稳压电路的缺点,图11-13(a)所示的集成运算放大器并联稳压电路中，负载电流来自运算放大器的输出端，而运放的输出电流能力是有限的； 图11-13(b)的晶体管并联稳压电路中，向负载输出电流必须经过集电极电阻R4，电流太大时，R4的压降将降低负载上的输出电压。 所以，负反馈并联稳压电路虽然实现了基准电压的放大，但是其带
12、负载能力不足。,16:36:03,38,11.2.3 串联调整管稳压电路,为增强并联稳压电路的带负载能力，可以把基准电压放大之后的电压kUz，送到电压跟随器的输入端，利用晶体管的电流放大能力向负载提供更大的电流。,16:36:03,39,串联调整管稳压电路（续）,16:36:03,40,串联调整管稳压电路（续）,16:36:03,41,串联调整管稳压电路（续）,作为电压跟随器，晶体管T2在保留并联稳压电路电压放大能力的同时，还大大增加了输出电流的能力，所以电路的带负载能力也得到了增强。 这说明，串联调整管稳压电路既能输出稳定电压、又能输出足够的电流。,16:36:03,42,串联集成稳压器,把
13、串联调整管稳压电路集成到一起，就构成了串联集成稳压器。 在小功率直流电源中使用的三端集成稳压器，其输入端口和输出端口公用了一个端子，所以对外只有输入端、输出端、公共端三个接线端子。 W78XX系列输出正电压 W79XX系列输出负电压，,16:36:03,43,11.2.4 线性稳压电源的组成,在整流-滤波电源的基础上，增加串联调整管稳压环节，就得到了一个完整的直流稳压电源， 由于其中调整管工作于线性放大状态，所以称为线性稳压电源 该电路能够把交流电变为直流电，所以也叫做交流-直流变换器（AC-DC converter）,16:36:03,44,线性稳压电压的组成和各点波形,16:36:03,4
14、5,线性稳压电源的缺点：笨重,为增前原、副边绕组的耦合性能，工频变压器的绕组匝数很多，铁芯也很大，所以串联稳压源中所使用的变压器都比较重。,16:36:03,46,线性稳压电源的调整能力有限,同时，串联稳压电路所用的调整管T3，相当于在负载电阻上串联了一个可变电阻。,16:36:03,47,线性稳压电源的调整能力有限（续）,线性稳压电源的调整能力依赖于调整管等效电阻RT3的改变，如果输入电压的波动太大，将超过调整管的调整能力。,16:36:03,48,线性稳压电源的损耗大,由于RT3实际上是调整管T3集电极与发射极之间的电阻Rce， 对于一个工作在线性放大区的晶体管而言，无论如何Rce也不会太小，所以RT3的阻值也不可能太小。 当负载电流流过与之串联的调整管T3时，将在其等效电阻RT3上损失一部分能量，所以长时间工作的串联稳压电源往往会发热，这增加电源电路自身的损耗。,16:36:03,49,线性稳压电源优缺点总结,线性稳压电源有着结构简单、元件少、纹波小的优点，也存在笨重、损耗大、稳压能力小的缺点。 对输入的交流电源来说，线性稳压电源的典型转换效率为50%左右，典型的输入电压允许波动范围是10%。,
