电路中的反馈第8章ppt课件

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1、 在电子系统中，经常需求将电网的交流在电子系统中，经常需求将电网的交流电压转换为稳定的直流电压，为此要用整流、电压转换为稳定的直流电压，为此要用整流、滤波和稳压等环节来实现。直流稳压电源就滤波和稳压等环节来实现。直流稳压电源就是实现这种转换的电子设备。是实现这种转换的电子设备。 本章主要引见直流稳压本章主要引见直流稳压电源的组成与任务原理，介电源的组成与任务原理，介绍集成稳压器和开关型稳压绍集成稳压器和开关型稳压电路的原理及运用。电路的原理及运用。第第8 8章直流稳压电路章直流稳压电路本章学习要点本章学习要点 硅硅稳稳压压管管稳稳压压电电路路是是最最简简单单的的稳稳压压电电路路，用用于于稳稳定

2、定性性要要求求不不高高的的场场所所。它它经经过过稳稳压压管管的的电电流流调调理理作作用用及及限限流流电电阻的电压调理作用来坚持负载上的直流电压稳定。阻的电压调理作用来坚持负载上的直流电压稳定。 在在小小功功率率电电路路中中，常常采采用用串串联联型型反反响响式式稳稳压压电电源源。电电路引入负反响，使输出电压稳定且可调。路引入负反响，使输出电压稳定且可调。 集集成成稳稳压压器器运运用用广广泛泛，尤尤其其是是三三端端集集成成稳稳压压器器件件性性能能可可靠靠、运运用用方方便便。它它的的运运用用电电路路有有输输出出电电压压固固定定、输输出出电电压可调等根本方式。压可调等根本方式。 在在大大、中中功功率率

3、稳稳压压电电路路中中，为为减减小小调调整整管管的的功功耗耗，为为提高电源效率，常采用开关型稳压电路。提高电源效率，常采用开关型稳压电路。 学习指点学习指点 小小功功率率直直流流稳稳压压电电源源的的组组成成如如图图8-1所所示示，它它由由电电源源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成。变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等四部分组成。 图8-18.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成构造直流稳压电源的组成构造大功率管接外壳电源变压器桥式整流三端稳压器外接散热片滤波电容直流稳压电源的任务过程直流稳压电源的任务过程直流电压输出降低电压幅值全波直流滤除纹波1电电源源变变

4、压压器器：将将电电网网提提供供的的交交流流电电压压变变换换成成所所需需求的较低的交变电压。求的较低的交变电压。2整整流流电电路路：将将大大小小、方方向向变变化化的的正正弦弦交交流流电电变变换换成单向脉动的直流电。硅整流组合器件又称桥堆。成单向脉动的直流电。硅整流组合器件又称桥堆。3滤滤波波电电路路：为为滤滤除除经经整整流流后后的的输输出出电电压压中中包包含含有有较较大大的的谐谐波波分分量量这这些些谐谐波波分分量量总总称称为为纹纹波波必必需需采采用用滤波电路。滤波电路。4稳稳压压电电路路：稳稳压压电电路路的的作作用用是是采采取取某某些些措措施施，使使输输出出的的直直流流电电压压在在电电网网电电压

5、压、负负载载电电流流发发生生变变化化和和温温度度发生变化的时候保证输出直流电压的稳定。发生变化的时候保证输出直流电压的稳定。功功 能能 硅稳压管直流稳压电路是最简单的直流稳压电路任务原理：硅稳压管是一种用特殊工艺制造的面接触型半导体二极管，其伏安特性如图8-2所示。 8.2 直流稳压电路直流稳压电路2CW11硅稳压管硅稳压管反反向向击击穿穿电电压压 从从图图中中看看出出，当当反反向向电电压压加加到到一一定定数数值值时时，反反向向电电流流剧剧增增，发发生生反反向向击击穿穿景景象象。UZ表表示示反反向向击击穿穿电电压压，又又称称为为稳压管的稳定电压。稳压管的稳定电压。 硅稳压管任务在反向击穿形状硅

6、稳压管任务在反向击穿形状 从从图图中中可可以以看看到到，当当流流过过稳稳压压管管的的电电流流在在一一个个较较大大的的范范围围内内变变化化时时，稳稳压压管管两两端端的的电电压压几几乎乎不不变变。利利用用稳稳压压管管的的这这一一特特性性，将将稳稳压压管管与与负负载载并并联联，假假设设能能保保证证稳稳压压管管中中的的电电流流在在限限定定的的范范围围内内，那那么么负负载载电电压压就就能能在在一一定定程程度度上上得到稳定。得到稳定。 稳压管的任务形状稳压管的任务形状 一个由硅稳压管组成的稳压电路如图一个由硅稳压管组成的稳压电路如图8-3所示。其中所示。其中电阻电阻R起限流作用。由于负载电阻起限流作用。由

7、于负载电阻RL与作为调理元件的与作为调理元件的稳压管稳压管VDZ并联，又叫并联型稳压电路。并联，又叫并联型稳压电路。 图8-3硅稳压管组成的稳压电路硅稳压管组成的稳压电路稳压管稳压管限流电阻限流电阻R R 普普通通引引起起输出出电压变化化有有两两种种情情况况：一一是是负载变化化，另一是另一是电网网电压变化。化。 图8-3所所示示电路路的的稳压过程程如如下下：由由于于某某种种缘由由引引起起输出出电压UO稳压管管电流流IZI 限限流流电阻阻R上上的的电压UR 输出出电压UO UO接接近近原原有有值并并趋于于稳定定。其其稳定定机机理理是是经过稳压管管电流流IZ的的调理理作作用用，将将输入入电压UI的

8、的变化量降在化量降在电阻阻R上。上。 由由以以上上分分析析可可知知，稳压管管VDZ起起电流流调理理作作用用，限限流流电阻阻R又起又起电压调理作用。理作用。 当当输出出电压UO有有少少许变化化时，引引起起I Z产生生较大大的的变化，化，经过R上的上的压降降调理理输出出电压UO，使之根本恒定。，使之根本恒定。 稳压过程和原理稳压过程和原理 该当指出，稳压电路空载时，原有输出电该当指出，稳压电路空载时，原有输出电流流I0全部转移到稳压管支路，使全部转移到稳压管支路，使IZ大大添加。大大添加。故对输出电流故对输出电流I0变化的范围要加以限制，以保变化的范围要加以限制，以保证流过稳压管的电流既不超越证流

9、过稳压管的电流既不超越IZM又不小于稳又不小于稳压管的稳定任务电流压管的稳定任务电流IZ。IZM为稳压管的最大为稳压管的最大允许任务电流。允许任务电流。 稳压管的任务电流稳压管的任务电流 硅稳压管稳压电路参数的估算硅稳压管稳压电路参数的估算 (1稳压管的选型稳压管的选型2输入电压输入电压UI确实定确实定3限流电阻的计算限流电阻的计算 硅硅稳稳压压管管电电路路的的特特点点是是电电路路构构造造简简单单。但但由由于于其其输输出出电电压压不不能能调调理理，负负载载电电流流变变化化范范围围小小，稳稳定定性性差差，输输出出电电阻阻大大约约为为几几欧欧姆姆到到几几十十欧欧姆姆，因因此此，仅仅适适用用于于输输

10、出出电电压固定和要求不太高的场所。压固定和要求不太高的场所。 硅稳压管稳压电路参数硅稳压管稳压电路参数 串串联联型型稳稳压压电电路路是是目目前前较较为为通通用用的的稳稳压压电电路路类类型型。图图8-4a、 (b)分分别别给给出出了了带带有有放放大大环环节节的的串串联联型型稳稳压压电电路路的的电电原原理理图图和和方方框框图图。从从图图中中可可以以看看出出串串联联型型稳稳压压电电路路包包括括如如下下几几个个部部分分：取取样样电电路路、基基准准电电压压、比比较较放放大大电电路路、调整电路。调整电路。 图8-4串联型稳压电路串联型稳压电路调整环节调整环节大功率管大功率管比较放大比较放大稳压管提供基准电

11、压稳压管提供基准电压取样取样环节环节取取样样电电路路的的作作用用是是将将输输出出电电压压的的变变化化取取出出，在在电电路路中中取取样样环环节由节由1、2分压器组成。分压器组成。基准电压环节由电路中的基准电压环节由电路中的3、VDZ构成。构成。比较放大环节由比较放大环节由VT1单管直流放大器构成。单管直流放大器构成。调调整整环环节节由由调调整整管管VT2构构成成，其其基基极极电电压压由由比比较较放放大大环环节节的的输出控制。输出控制。 可可以以看看出出，串串联联型型稳稳压压电电路路的的任任务务原原理理是是将将输输出出电电压压的的变变化化经经过过取取样样电电路路反反映映出出来来，并并与与基基准准电

12、电压压进进展展比比较较，将将比比较较结结果果放放大大后后，送送到到调调整整管管去去控控制制输输出出电电压压，从从而而得得到到稳稳定定的输出电压。的输出电压。 各部分的作用与任务原理各部分的作用与任务原理 如图如图8-5所示为输出电压可调理的串联型稳压电路。所示为输出电压可调理的串联型稳压电路。 假假设设R1、R2固固定定，那那么么调调整整电电位位器器RW就就可可以以实实现现输输出电压的调理。出电压的调理。 图8-5典型电路的运用典型电路的运用改动改动RW可以可以实现输出电压实现输出电压的调理的调理 集集成成稳稳压压器器具具有有体体积积小小、可可靠靠性性高高以以及及温温度度特特性性好好等等优优点

13、点，而而且且运运用用灵灵敏敏、价价钱钱低低廉廉，广广泛泛运用于仪器、仪表以及其他各种电子设备中。运用于仪器、仪表以及其他各种电子设备中。8.3 三端集成稳压器三端集成稳压器 特特别别是是三三端端集集成成稳稳压压器器，集集成成芯芯片片只只引引出出三三个个端端子子，分分别别作作为为输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端，根根本本上上不不需需外外接接元元件件，而而且且内内部部有有限限流流维维护护、过过热热维维护护和和过过压压维维护护电电路路，运用更加平安方便。运用更加平安方便。 三端集成稳压器的组成框图如图三端集成稳压器的组成框图如图8-6所示所示 由由图图可可见见，三三端端集集成成稳稳压压器器

14、是是由由起起动动电电路路、基基准准电电源源、放大电路、调整管、采样电路、维护电路等部分组成。放大电路、调整管、采样电路、维护电路等部分组成。 图8-6三端集成稳压器的组成三端集成稳压器的组成 任任务务原原理理：当当电电网网电电压压动动摇摇和和负负载载变变化化使使输输出出电电压压变变化化时时，采采样样电电路路检检测测到到这这一一变变化化的的电电压压并并送送到到放放大大器器输输入入端端与与基基准准电电源源的的基基准准电电压压进进展展比比较较，比比较较后后的的误误差差电电压压经经过过放放大大电电路路放放大大后后输输出出去去控控制制调整管上的压降，从而使输出电压趋于稳定。调整管上的压降，从而使输出电压

15、趋于稳定。 各各电电路路的的作作用用：维维护护电电路路是是对对电电路路进进展展限限流流维维护护、过过热热维维护护和和过过压压维维护护；启启动动电电路路的的作作用用是是在在刚刚接接通通直直流流输输入入电电压压时时，使使调调整整管管、放放大大电电路路和和基基准准电电源源能能建建立立起起各各自自的的任任务务电电流流，而而当当稳稳压压电电路路正正常常任务后启动电路就断开了。任务后启动电路就断开了。 三端集成稳压器的任务原理三端集成稳压器的任务原理稳压器器芯芯片片属属于于模模拟集集成成电路路，它它只只需需输入入、输出出和和公公共共三三个个引引出出端端，无无需需外外接接其其它它元元件件即即可正常任可正常任

16、务。芯芯片片内内部部设有有过热维护、短短路路电流流限限流流维护和和调整管平安任整管平安任务区区维护电路。路。具具有有性性能能优良良的的电压调整整率率、电流流调整整率率和和纹波抑制比。波抑制比。最低最低输入入输出出电压差的典型差的典型值为2V。输出出电压的允的允许误差差为2%。 固定输出三端集成稳压器的特点固定输出三端集成稳压器的特点图8-7固定输出三端集成稳压器的典型运用固定输出三端集成稳压器的典型运用电容电容C1在三端集在三端集成稳压器远离滤波成稳压器远离滤波器时须加接，普通器时须加接，普通取值取值0.33F电容电容C2改善负载改善负载的瞬态呼应，普的瞬态呼应，普通取值通取值0.01F典型运

17、典型运用电路用电路三端稳压器实物三端稳压器实物三端稳压器管脚图三端稳压器管脚图 可可调调输输出出三三端端集集成成稳稳压压器器的的种种类类很很多多，运运用用非非常常广广泛。最常用的可调输出三端集成稳压器泛。最常用的可调输出三端集成稳压器LM317和和LM337。 LM317是是正正电电压压可可调调输输出出三三端端集集成成稳稳压压器器，可可以以在在+1.2V+35V输出电压范围内提供大于输出电压范围内提供大于.5A的输出电流。的输出电流。 该该稳稳压压器器的的电电压压调调整整率率和和负负载载调调整整率率都都优优于于规规范范的的固固定定输输出出三三端端集集成成稳稳压压器器，还还具具有有集集成成电电路

18、路独独特特的的全全过过载载维维护护功功能能。这这包包括括芯芯片片上上的的短短路路电电流流限限流流维维护护、热热过过载载维维护护和和调调整整管管平平安安任任务务区区维维护护。即即使使调调理理端端悬悬空空，一一切切的过载维护电路仍具有维护功能。的过载维护电路仍具有维护功能。 可调输出三端集成稳压器可调输出三端集成稳压器 LM317是是按按规规范范的的晶晶体体管管塑塑料料封封装装的的方方式式封封装装的的，其安装和运用都很方便。其安装和运用都很方便。如图如图8-8a 图图8-8(b)典型电路运用典型电路运用实物图实物图典型运用电路典型运用电路管脚图管脚图 输出出电压调整关系式整关系式为 UO = UR

19、EF1+R2/R1 式式中中，UREF普普通通取取值1.25V，R1普普通通取取值240，R2普普通通取取值4.7k。 典型电路运用典型电路运用电源电源输入输入电源电源输出输出调理调理R2R2改动改动输出电压输出电压维护二极管维护二极管维护二极管维护二极管 三三端端集集成成稳稳压压器器的的外外形形如如图图8-98-9所所示示，主主要要有有金金属属外外壳壳封封装装图图8-9(a)8-9(a)、(d)(d)和和塑塑料料封封装装图图8-9(b)8-9(b)、(c)(c)，图图8-9(b)8-9(b)的的上上面面还还带带有有一一铝铝散散热热片片。但但是是，不不同同的的封封装装和和不不同同的的系系列列其

20、其引引脚脚有有所所不不同同，运运用用中中必必需需留留意意。详详细细运运用用时时，应应以以技技术术手手册册为准。为准。 三端集成稳压器的封装和外形三端集成稳压器的封装和外形金属外壳封装金属外壳封装金属外壳封装金属外壳封装塑料封装塑料封装塑料封装塑料封装图图8-98-9散热片散热片 三三端端集集成成稳稳压压器器的的根根本本运运用用电电路路如如图图8-108-10所示，输出电压方式为固定输出。所示，输出电压方式为固定输出。 图8-10根本运用电路根本运用电路维护二极管维护二极管滤波电容滤波电容桥式整流桥式整流变压器变压器 如图如图8-11 是一个是一个LM317的实践运用电路。的实践运用电路。 为为

21、了了提提高高稳稳压压电电路路的的性性能能，电电路路中中还还采采取取了了扩扩流流和和过过流流、过过压压维维护护措措施施。大大功功率率三三极极管管3DD15D以以射射极极跟跟随随器器的的方方式式接接在在稳稳压压器器LM317的的输输出出端端，以以提提供供一一定定的的功功率率放放大大，从从而而提提高高稳稳压压电电路路的的输输出出电电流流和和输输出出功功率率，3DD15D必必需需外外接接散散热热片片。三三极极管管VT2、VT3和和取取样样电电阻阻R6构构成成过过流维护电路，流维护电路， 与与LM317并并联联的的二二极极管管VD5可可防防止止输输入入端端短短路路损损坏坏稳稳压压器器件件LM317，二二

22、极极管管VD6可可防防止止电电容容C3上上的的瞬瞬时时过过压压对对稳稳压压器器件件LM317的的影影响响。发发光光二二极极管管LED作作为为电电源源指指示示，其其支路的电阻支路的电阻R1起限流作用。起限流作用。 可调输出三端集成稳压器的运用电路可调输出三端集成稳压器的运用电路实践运用电路图图实践运用电路图图8-11过流维护过流维护扩流大功率管扩流大功率管取样电路取样电路 输出电压调理输出电压调理滤滤波波电电容容桥式整流桥式整流 图图8-12是是输输出出电电压压可可调调式式三三端端集集成成稳稳压压器器的的运运用用电电路路，该该电电路路可可以以输输出出正正、负负两两组组电电压压。这这类类稳稳压压器

23、器是是依依托托外外接接电电阻阻来来调调理理输输出出电电压压的的，为为保保证证输输出出电电压压的的精精度度和和稳稳定定性性，要要选选择择精精度度高高的的电电阻阻，同同时时电电阻阻要要紧紧靠靠稳稳压压器器，防防止止输输出出电电流流在在连连线线电电阻阻上上产产生生误误差差电电压。压。图8-12正、负可调输出稳压器的运用电路正、负可调输出稳压器的运用电路 开开关关电电源源的的调调整整管管任任务务在在开开关关形形状状，功功率率损损耗耗小小，效率高，可达效率高，可达70% 90%。 开开关关电电源源的的滤滤波波电电路路体体积积小小，这这是是由由于于开开关关频频率率通通常常为为几几十十千千赫赫兹兹以以上上，

24、因因此此滤滤波波电电容容的的容容量量大大大大减减小。小。 开开关关电电源源对对电电网网的的要要求求不不高高，这这是是由由于于开开关关电电源源的的输输出出电电压压主主要要与与调调整整管管导导通通和和截截止止时时间间的的比比例例有有关关，而输入直流电压幅度的变化对其影响很小。而输入直流电压幅度的变化对其影响很小。 开开关关电电源源的的控控制制电电路路比比较较复复杂杂，输输出出电电压压中中纹纹波波和噪声成份较大。和噪声成份较大。8.4 开关稳压电源开关稳压电源 一个串联式开关稳压电源的框图如图一个串联式开关稳压电源的框图如图8-138-13所示。它包所示。它包括开关调整管、滤波电路、脉冲调制电路、电

25、压比较放大括开关调整管、滤波电路、脉冲调制电路、电压比较放大器，基准电压和采样电路等组成部份。器，基准电压和采样电路等组成部份。 图图8-138-13开关稳压电源的构造开关稳压电源的构造 电路的稳压过程是这样的：当输入直流电压电路的稳压过程是这样的：当输入直流电压和负载电流变化而引起输出电压变化时，采样电和负载电流变化而引起输出电压变化时，采样电路将输出电压变化量的一部分送到比较放大电路，路将输出电压变化量的一部分送到比较放大电路，与基准电压进展比较并将两者的差值放大后送到与基准电压进展比较并将两者的差值放大后送到脉冲调制电路，使脉冲的占空比发生变化。此脉脉冲调制电路，使脉冲的占空比发生变化。

26、此脉冲信号作为开关调整管的输入信号，使开关调整冲信号作为开关调整管的输入信号，使开关调整管导通和截止时间的比例也随之发生变化，从而管导通和截止时间的比例也随之发生变化，从而使滤波以后输出电压的平均值根本坚持不变。使滤波以后输出电压的平均值根本坚持不变。 开关稳压电源的稳压过程开关稳压电源的稳压过程 图图8-14是是一一个个最最简简单单的的开开关关型型稳稳压压电电路路的的原原理理表表示示图图。此电路的控制是采用脉冲宽度调制式。此电路的控制是采用脉冲宽度调制式。图中二极管图中二极管V为续流二极管为续流二极管,运算放大器运算放大器A1作为比较放大作为比较放大电路。电路。 图图8-14开关稳压电源的原理开关稳压电源的原理采样采样电路电路LC滤滤波电路波电路脉冲宽度调制电路脉冲宽度调制电路基准电压基准电压UREF任务在开关形任务在开关形状的调整管状的调整管