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1、9.1 整流与滤波电路,第九章 直流稳压电源,9.2 串联式稳压电路,9.3 集成串联式稳压电路,9.4 集成开关式稳压电路,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u3。,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,直流稳压电源的组成和功能,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,9.1 整流与滤波电路,1.半波整流电路,二极管导通，uL=u2,二极管截止, uL=0,u2 0 时:,u20时:,一. 单相整流电路,主要参数：,IL= UL
2、/RL =0.45 u2 / RL,（2）输出电流平均值Io ：,（1）输出电压平均值UL：,（3）流过二极管的平均电流：,ID = IL,（4）二极管承受的最高反向电压：,2.全波整流电路,原理：,变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2,当u2正半周时， D1导通，D2截止。,当u2负半周时， D2导通，D1截止。,全波整流电压波形,IL= UL /RL =0.9 u2 / RL,主要参数：,（2）输出电流平均值IL ：,（1）输出电压平均值UL：,（3）流过二极管的平均电流：,ID = IL/2,（4）二极管承受的最高反向电压：,3. 桥式整流电路,（1）组成：由四个二极管组成桥路,
3、u2正半周时:,D1 、D3导通， D2、D4截止,（2）工作原理：,u2负半周时：,D2、D4 导通， D1 、D3截止,输出电压平均值：UL=0.9u2,输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL,流过二极管的平均电流：ID=IL/2,（3）主要参数：,脉动系数1:,用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得:,集成硅整流桥：,1. 电容滤波,二、滤波电路,滤波原理:,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
4、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。,（1）空载（RL=）时：,uc=uL,u2 uC时： 二极管导通，C充电,u2 uC时： 二极管截止，C放电。 由于RL=，无放电回路，所以uC保持。,（2）接入RL（且RLC较大）时,u2 uC时： 二极管导通，C充电,u2 uC时： 二极管截止，C放电。,二极管中 的电流,uc= uL,近似估算: UL=1.2U2,(b) 流过二极管瞬时电流很大,整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大,电容滤波电路的特点：,(a) UL与RLC的 关系：,RLC 愈大 C放电愈慢 UL(平均值)愈大,输出波形随负载电阻 RL 或 C 的
5、变化而改变。,如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多。,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。,(c) 输出特性(外特性),2. 电感滤波电路,电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感L。,输出电压平均值: UL=0.9U2,对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上,3. 其它滤波电路,为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。,LC滤波电路,RC型滤波电路,9.2 串联式稳压电路,稳压电路的作用:,一. 稳压电路的主要性能
6、指标,常用以下参数来说明稳压电源的质量：,1、稳压系数,2、输出电阻,3、温度系数,输出电压：,二. 稳压管稳压电路,1. 稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。,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。,稳压原理：,(1) 当输入电压变化时,由图知：,(2)当负载电流变化时,稳压过程：,2、限流电阻的计算,（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值。即,（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即,所以：,三. 串联式稳压
7、电源,稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （2）输出电压不可调,改进： （1）提高带负载能力在输出端加一射极输出器,UO=UZ-0.7V,改进： （2）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数,UO=AUFUZ-0.7V,为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。,由四部分组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。,1. 串联型稳压电源的构成,2.工作原理,（1）输入电压变化时,实质：电压负反馈,（2）负载电流变化时,3.输出电压的计算,可见，调节R1或R2可以改变输出电压。,用负反馈的理论计算：,举例： 分立元件组成的串联式稳压电
8、源,稳压原理,当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时,动画演示,(3) 输出电压的调节范围,因为：,所以：,将参数代入，可求出输出电压的调节范围。,EWB演示稳压电源,9.3 集成串联式稳压电路,一. 带隙基准电压源,电阻R2上的压降：,所以，输出的基准压：,当 时,温度系数为0。,特点：温度特性好。,二. 三端固定式集成稳压器,调整管,过压保护,过热 保护,启动电路,取样电路,基准电压源,过流保护,放大比较环节,电路组成及工作原理：,1. 启动电路,由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和R 18组成。上电后，R 4、D Z1先导通，使得T12和T13导通，随后
9、T8和T9也导通，整个电路进入正常工作状态。这时R 1上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。,2. 基准电压源,由T1T7管和电阻R1R3组成的带隙基准电压源。,根据前面对带隙基准电压源的分析可知：,T7管的集电极电位：,因此，有：,整理可得：,3. 放大比较环节：,由T3和T4管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。T3和T4管既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压UF叠加在基准电压上。输出电压：,4. 调整环节：,由T16和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电路的输出，其发射极通过R 11接负载电阻R L，可以输出
10、较大的电流。,5. 保护电路：, 过流保护电路由R11和T15组成。 调整管安全区保护电路由R13，DZ2和T15组成。 过热保护电路由DZ1、R7和T14组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，R7的压降也增大，而U BE14却减小，使得T14管导通。其集电极电流IC14使得T16管的基极电流分流，从而限制了T16和T17管的电流，芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。,集成稳压电源,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。,1端: 输入端 2端
11、: 公共端 3端: 输出端,W7800系列稳压器,1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端,W7900系列稳压器,分类:,型号后XX两位数字 代表输出电压值,W78系列(输出正电压) W79系列(输出负电压),输出电压额定电压值有:,5V、9V、12V 、18V、 24V等 。,常用的集成三端稳压器的外形及类型,类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V,1端: 输入端 2
12、端: 公共端 3端: 输出端,1. 基本使用方法,+20V,+15V,注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。,二. 三端固定式集成稳压器的使用,C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。,输出为固定电压的电路,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！,2. 输出正负电压,输出正负电压的电路,3. 输出电压可调,由：,可得：,UXX : 为W78XX固定输出电压 UO = UXX + UZ,提高输出电压的电路,4.扩大输出电流,T 1是扩大输出电流的大功率BJT，T 2管是T1的保护管。 当输出电流较小，R 2上的压降也较
13、小，T1、T2管都不导通。 IO= I,当输出电流大于三端稳压器的输出电流时，使R 2上的压降变大，T 1导通。 I O=I+IC1,1.三端可调式稳压器W117的内部结构：,三. 三端可调式集成稳压器,电阻R 1和R 2为外接电阻，忽略基准源电流，则有：,电容C 1 ：防止自激。 电容C 2：减小电阻R 2上的电压波动。 D1、 D2：保护二极管。,三. W117的基本应用电路,串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。 缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有2040；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。,9. 4 集成开关式稳压电路
14、,为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态开关式稳压电路,T开关管；LC滤波环节； D续流二极管， R1、R 2取样电阻； 误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成开关管的脉宽调制控制环节。,1 .脉宽调制式开关稳压电路结构,当S为高电平时，T饱和。uEU I。电感L储存能量。二极管D反向截止。,2 .工作原理,当S为低电平时，T截止。iE0。L产生反电势，并通过RL、D构成的回路释放能量。由于反电势的存在，D处于导通状态。uE0。,BJT的工作周期T为：,占空比为：,则输出电压的平均值为：,即：,稳压原理：,EWB演示 开关式稳压电源,1整流电路（利用二极管的单向导电性） 半波整流：UL=0. 45U2 全波整流：UL=0.9U2 桥式整流：UL=0.9U2 2滤波电路 电容滤波（桥式整流）： UL=1.2U2 电感滤波： UL=0.9U2 3稳压电路 稳压管稳压电路：UO=UZ 串联式稳压电路： （1）电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程） （2）输出电压调节范围 4集成稳压器 三端固定式集成稳压器（W7800、W7900）及其使用 三端可调式集成稳压器 5 开关式稳压器,本章小结,
