《模拟电子线路ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电子线路ppt课件（46页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、模拟电子线路AnalogCircuits南通职业大学电子工程系:杨碧石第第 十十 章章 直直 流流 稳稳 压压 电电 源源 直直流流稳稳压压电电源源作作为为直直流流能能量量的的提提供供者者，在在各各种种电电子子设设备备中中，有有着着极极其其重重要要的的位位置置，它它的的性性能能良良好好与与否否直直接接影影响响整整个个电电子子产产品品的的精精度度、稳稳定定性性和和可可靠靠性性。随随着着电电子子技技术术的的日日益益开开展展的的电电源源技技术术也也得得到到了了很很大大的的开开展展，它它从从过过去去一一个个不不太太复复杂杂的的电电子子线线路路变变为为今今天天具具有有较较强强功功能能的的模模块块。实实现
2、现电电源源稳稳定定的的方方式式，由由传传统统的的线线性性稳稳压压开开展展到到今今天天的的开开关关式式稳稳压压，电电源源技技术术正正从从过过去去附附属属于于其其它它电电子子设设备备形形状状，逐逐渐渐演演化为一个电子学科的独立的分支。化为一个电子学科的独立的分支。 10.1 直流直流稳压电源的根本源的根本组成成 直直流流稳压电源源由由电源源变压器器、整整流流器器、滤波波器器、稳压器等部分器等部分组成，其成，其组成框成框图如下如下图。电源变压器整 流器滤 波器稳 压器维护UI220VUO图直流稳压电源的组成框图1、电源变压器:将电网提供的交流电(220V/380V)变换为符合整流电路需求的电压。同时
3、还可以起到直流电源与电网的隔离作用。2、整流电路：作用是利用单导游电性能的整流元件,将正、负交替的正弦交流电压整流成为单向的脉动电压，这种单向脉动电压包含着很大的脉动成分(含有许多谐波分量)，所以还不符合普通电子设备的供电要求。3、滤波电路：由CL等储能元件组成，它的作用是尽能够地将单向脉动电压中脉冲成分滤掉(用来滤除单向脉动电压中的谐波分量)从而得到比较平滑的直流电压。4、稳压电路：虽然经过整流滤波后电压接近于直流电压，但是其电压值的稳定性很差，它受温度、负载、电网电压动摇等要素的影响很大，因此，还必需有稳压电路，以维持输出直流电压的根本稳定。 10.2 10.2 单相整流电路单相整流电路
4、一单相半波整流电路一单相半波整流电路rectifierrectifier 整整流流是是稳稳压压电电源源的的一一个个重重要要组组成成部部分分，它它的的主主要要作作用用是是进进展展波波形形变变换换即即将将交交流信号变成直流信号。流信号变成直流信号。 1 1、半半波波整整流流half half wave wave rectifierrectifier电路组成电路组成 半半波波整整流流电电路路如如下下图图。为为分分析析方便起见，可设二极管为理想的。方便起见，可设二极管为理想的。图半波整流电路2、电路任务原理：设变压器次级电压U2=U2msint=U2sint，其中U2m为其幅值，U2为有效值。当U2变
5、化的正半周期时，二极管D受正向电压偏置而导通，UL=U2；当U2变化的负半周期时，二极管D处于反向偏置形状而截止，UL=0。U2和UL的波形如下图，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是半波波形，输出电压与输入电压的幅值根本相等。由实际分析可得，输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为UL0=U2m/=U2 0.45 U2图半波整流电路的波形tU2oULto显然，输出电压中除了直流成分外，还含有丰富的交流成分基波调和波这里可通称为谐波，这些谐波的总和称为纹波，它叠加与直流分量之上。常用纹波系数来表示直流输出电压中相对纹波电压的大小，即式中，式中，ULUL为谐波电压总有效值，其值应为谐波电
6、压总有效值，其值应为为 经过计算可得，1.21。由结果可见，半波整流电路的输出电压纹波较大。半波整流电路中的二极管平安任务条件为：a二极管的最大整流电流必需大于实践流过二极管平均电流，即IFID0=UL0/RL=0.45U2/RLb二极管的最大反向任务电压UR必需大于二极管实践所接受的最大反向峰值电压URM，即 URURM = U2 全波桥式整流电路全波桥式整流电路简化画法该电路任务原理：参见图，设变压器次级电压该电路任务原理：参见图，设变压器次级电压 U2=U2msin U2=U2msint= U2sint= U2sint t 其中U2m为其幅值，U2为有效值。在电压U2的正半周期时，二极管
7、D1、D3因受正向偏压而导通，D2、D4因接受反向电压而截止；在电压U2的负半周期时，二极管因受D2、D4正向偏压而导通，D1、D3因接受反向电压而截止。U2和UL的波形如下图，显然，输入电压是双极性，而输出电压是单极性，且是全波波形，输出电压与输入电压的幅值根本相等。 由实际分析可得，输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为UL0=2U2m/= U20.9U2其纹波系数其纹波系数为为式中，UL为谐波只需偶次谐波电压总有效值，其值应为经过计算可得0.48。由结果可见，全波整流电路的输出电压纹波比半波整流电路小得多，但依然较大，故需用滤波电路来滤除纹波电压。全波整流电路中的二极管平安任务条件为：
8、a二极管的最大整流电流必需大于实践流过二极管平均电。由于4个二极管是两两轮番导通的，因此有IFID0=0.5UL0/RL=0.45U2/RLb二极管的最大反向任务电压UR必需大于二极管实践所接受的最大反向峰值电压URM，即URURM=U2 10.3 10.3 滤波电路滤波电路filter circuitfilter circuit 虽然全波整流的纹波系数较之半波整虽然全波整流的纹波系数较之半波整流有很大改善，但还不能直接给负载供电，流有很大改善，但还不能直接给负载供电，需采用滤波电路进一步减小纹波。滤波通需采用滤波电路进一步减小纹波。滤波通常是利用电容或电感的能量存储作用来实常是利用电容或电感
9、的能量存储作用来实现的。滤波电路种类很多，下面引见几种现的。滤波电路种类很多，下面引见几种常用的滤波电路。常用的滤波电路。 一、电容滤波电路一、电容滤波电路capacitance capacitance filterfilter 1 1、电容滤波电路组成、电容滤波电路组成 电容滤波电路如下图，由于市电交流电容滤波电路如下图，由于市电交流电频率较低电频率较低50HZ50HZ，图中电容，图中电容C C普通取值普通取值较大，约较大，约10001000F F以上。以上。图电容滤波电路2、电路任务原理：设U2=U2msint=U2sint，由于是全波整流，因此不论是在正半周期还是在负半周期，电源电压U2
10、一方面向RL供电，另一方面对电容C进展充电，由于充电时间常数很小二极管导通电阻和变压器内阻很小，所以，很快充溢电荷，使电容两端电压UC根本接近U2m，而电容上的电压是不会突变的。现假设某一时辰U2的正半周期由零开场上升，由于此时电容上电压UC根本接近U2m，因此U2UC，D1、D2、D3、D4管均截止，电容C经过RL放电，由于放电时常数d=RLC很大RL较大时，因此放电速度很慢，UC下降很少。与此同时，U2仍按U2sint的规律上升，一旦 当 U2 UC时 ， D1、 D3导 通 ，U2D3CD1对 C充 电 。 然 后 ， U2又 按U2sint的规律下降，当U2UC时，二极管均截止，故C又
11、经RL放电。不难了解，在U2的负半周期也会出现与上述根本一样的结果。这样在U2的不断作用下，电容上的电压不断进展充放电，周而复始，从而得到一近似于锯齿波的电压UL=UC，使负载电压的纹波大为减小。由以上分析可知，电容滤波电路有如下特点：aRLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，普通取RLC(35)式中，T为交流电源电压的周期。bRL越小输出电压越小。假设C值一定，当RL，即空载时有UL0=U21.4U2当C=0，即无电容时有UL00.9U2UL0(1.11.2)U2总之，电容滤波适用于负载电压较高、负载变化不大的场所二、电感滤波indu
12、ctancefilter1、组成电感滤波电路如下图，由于市电交流电频率较低50HZ，图中电感L普通取值较大，约几H以上。图电感滤波电路：2 2、任务原理、任务原理 电电感感滤滤波波电电路路是是利利用用电电感感的的储储能能来来减减小小输输出出电电压压纹纹波波的的。当当电电感感中中电电流流增增大大时时，自自电电感感电电动动势势的的方方向向与与原原理理电电流流方方向向相相反反，自自感感电电动动势势妨妨碍碍了了电电位位的的添添加加同同时时也也将将能能量量储储存存起起来来，使使电电流流的的变变化化减减小小；反反之之当当电电感感中中电电流流减减少少时时，自自感感电电动动势势的的作作用用妨妨碍碍电电流流的的
13、减减少少，同同时时释释放放能能量量，使使电电流流变变化化减减小小，因因此此，电电流流的的变变化化小小，电电压压的的纹纹波波得到抑制。得到抑制。 关于电感滤波电路的几点结论：aL越大、RL越小，输出电压纹波越小。b忽略电感内阻，UL0=0.9U2实际值。c电感滤波适用于低电压、大电流的场所。d工频电感体积大，分量重，价钱高，损耗大，电磁辐射强，因此普通少用。此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一电容而构成倒L型滤波电路或采用型滤波电路，分别如下图。 10.4稳压稳压Voltage regulator电路电路滤波后的输出电压即使纹波很小，也依然存在稳定性的问题。这是由于当负载RL变
14、化或电网电压动摇时，输出电压的整体也要随之改动，因此，绝大多数直流电源都必需采用稳压电路进展稳压。一、硅稳压管稳压电路简单稳压管稳压电路如下图。电路中，R为限流电阻，DZ为稳压二极管。图所示为稳压二极管的伏安特性曲线。图稳压管稳压电路图稳压管特性稳压管稳压的原理实践上是利用稳压管在反向击穿时电流可在较大范围内变动但击穿电压却根本不变的特点而实现的。当输入电压变化时，输入电流将随之变化，稳压管中的电流也将随之同步变化，结果输出电压根本不变；当负载电阻变化时，输出电流将随之变化，但稳压管中的电流却随之作反向变化，结果仍是输出电压根本不变。显然，稳压管反向击穿特性曲线越峻峭，稳压特性越好。通常用rz
15、表示其反向击穿后的微变等效电阻，rz约几左右。 A：RL不变，电网电压升高使UI升高。 当因电网电压升高而使UI上升时，输出电压U0应随之升高，但稳压管两端反向电压的微小增量，会引起Iz急剧添加，从而使IR加大，那么在R上的压降也增大，因此抵消了U0的升高，使输出电压根本坚持不变。 UIU0UZIZIRURU0B:电网电压不变，UI不变，负载电阻RL变小时。 RLI0IRU0IZIRURU0 下面讨论R的取值范围。参见图，设为保证稳压作用的所需的流过稳压二极管的最小电流为Izmin，为防止电流过大从而呵斥损坏所允许的流过稳压二极管的最大电流为Izmax，即要求IzminIzIzmax。当UI最
16、大和RL开路时，流过稳压二极管的电流最大，此时应有当UI最小不小于Uz和RL最小不允许短路时，流过稳压二极管的电流最小，此时应有即二、主要性能目的1、稳压系数Sr在负载电阻不变时，输出电压的相对变化量与输入电压相对变化量之比称之为稳压系数。2、内阻R0在输入电压不变时，输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。称为稳压电路的内阻。用R0表示。3、纹波电压U在额定任务电流的情况下，输出电压中交流分量总和的有效值称为纹波电压U。对于一个高性能的稳压电路来说，上面所述的三项目的，都是越小越好。10.5串联反响式稳压电路seriesvoltageregulator一、串联反响式稳压电路的任务原理稳压管稳
17、压电路虽然线路简单，运用方便，但在运用时存在两方面的问题：一是电网电压和负载电流变化较大时，电路将失去稳压作用，顺应范围小；二是稳压值只能由稳压管的型号决议，不能延续可调，稳压精度不高，输出电流也不大，很难满足对电压精度要求高的负载的需求。为处理这一问题，往往采用串联反响式稳压电路。如图是串联反响式稳压电路的普通构造图，图中UI是整流滤波电路的输出电压，T为调整管，A为比较放大电路，UREF为基准电压，它由稳压管DZ与限流电阻R串联所构成的简单稳压电路获得，R1与R2组成反响网络，是用来反映输出电压变化的取样环节。这种稳压电路的主回路是起调整作用的三极管T与负载串联，故称为串联式稳压电路。串联
18、式稳压电路A值得留意的是，调整管T的调整作用是依托UF和UREF之间的偏向来实现的，必需有偏向才干调整。假设UO绝对不变，调整管的UCE也绝对不变，那么电路也就不能起调整作用。所以UO不能够到达绝对稳定，只能是根本稳定。因此，图所示的系统是一个闭环有差调整系统。由以上分析可知，当反响越深时，调整作用越强，输出电压UO也越稳定，电路的稳压系数Sr和输出电阻Ro也越小。该当指出的是，基准电压UREF是稳压电路的一个重要组成部分，它直接影响稳压电路的性能。为此要求基准电压输出电阻小，温度稳定性好，噪声低。 10.6 10.6 三端集成三端集成稳压器器 目目前前，电子子设备中中常常运运用用输出出电压固
19、固定定的的集集成成稳压器器。由由于于它它只只需需输入入、输出出和和公公共共引引出出端端，故故称称之之为三三端端式式稳压器器简称三端称三端稳压器。三端式器。三端式稳压器器电路如下路如下图。图三端式稳压器电路图三端式稳压器电路1输出出电压固定的三端集成固定的三端集成稳压器器 现以以具具有有正正电压输出出的的78L系系列列为例例引引见三三端端式式稳压器器的的任任务原原理理。78系系列列输出出电压为正正电压，输出出电流流可可达达1A，如如78L系系列列和和78M系系列列的的输出出电流流分分别为0.1A和和0.5A。它它们的的输出出电压分分别为5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24V等等7档档
20、，和和78系系列列对应的的有有79系系列列，它它输出出为负电压，如如79M12表表示示输出出电压为12V和和输出出电流流为0.5A。图典型78直流稳压电源原理图如下图为以78系列为中心组成的典型直流稳压电路，正常任务时，稳压器的输入、输出电压差为23V。电路中接如电容C2、C3用来实现频率补偿，防止稳压器产生高频自激振荡和抑制电路引入高频干扰，C4是电解电容，以减小稳压电源输出端由输入电源引入的低频干扰。D5是维护二极管，当输入端短路时，给输出电容器C3一个放电通路，防止C3两端电压作用于调整管的be结，呵斥调整管be结击穿而损坏。2输出出电压可可调的三端式集成的三端式集成稳压器器 前前述述的
21、的78和和79系系列列为输出出电压固固定定的的三三端端稳压器器。但但有有些些场所所要要求求扩展展输出出电压的的调理理范范围，故故运运用用它它很很不不方方便便。现引引见一一种种很很少少元元件件就就能能任任务的的三三端端可可调式式集集成成稳压器器，它它的的三三个个接接线分分别称称为输入端入端UI、输出端出端UO和和调整端整端adj。图可调式三端稳压器电路图可调式三端集成稳压器构造图LM317的UREF=1.2V，Iadj=50A，由于调整管电流IadjuT时，uB为高电平，T饱和导通，输入电压uI经T加到二极管D的两端，电压uE等于UI忽略管T和饱和压降，此时二极管D接受反向电压而截止，负载中有电
22、流iD流过，电感L储存能量，同时向电容器C充电。输出电压uO略有添加。当uAuT时，uB为低电平，T由导通变为截止，滤波电感产生自感电势极性如下图，使二极管D导通，于是电感中储存的能量经过D向负载RL继续有电流经过，因此常称D为续流二极管。此时电压uE等于UD二极管正向压降。由此可见，虽然调整管处于开关任务形状，但由于二极管D的续流作用和L、C的滤波作用，输出电压是比较平稳的。图画出了电流iL、电压uT、uA、uB、uE(uD)和uO的波形。图中ton是调整管T的导通时间，toff是调整管T的截止时间，T=ton+toff是开关转换周期。显然，在忽略滤波电感L的直流压降的情况下，输出电压的平均
23、值为式中q=ton/T称为脉冲波形的占空比。由式可见，对于一定的UI值，经过调理占空比即可调理输出电压UO。故称脉宽调制PWM式开关稳压电源。在闭环情况下，电路能自动地调整输出电压。设在某一正常任务形状时，输出电压为某一预定值Uset，反响电压UF=FuUset=UREF，比较放大器输出电压uA为零，比较器C输出脉冲电压uB的占空比q=50%，uT、uB、uE的波形如图a所示。同理，UI下降时，UO也下降，UFUREF，uA为正值，UB的占空比q50%，输出电压UO上升到预定值。总之，当UI或负载RL变化使UO变化时，可自动调整脉冲波形的占空比使输出电压维持恒定。为了提高开关稳压电源的效率，开
24、关调整管应选取饱和压降UCES及穿透电流ICEO均小的功率三极管，而且为减小管耗，通常要求开关转换时间ts0.01T，开关调整管普通选用fT10fkfk=1/T，称为开关频率的高频功率三极管；续流二极管D的选择也要思索导通、截止和转换三部分的损耗，所以选用正向压降小，反向电流小及存储时间短的开关二极管，普通选用肖特基二极管。输出端的滤波电容运用高频电解电容。开关稳压电源的控制电路普通用“电压-脉冲宽度调制器简称脉宽调制器。目前产品种类很多，典型产品有CW3420/CW3520、CW296和X63等。开关频率fk的选择对开关稳压器的性能影响也很大。fk越高，需求运用的L、C值越小。这样，系统的尺寸和分量将会减小，本钱将随之降低。另一方面，开关频率的添加将使开关调整管单位时间转换的次数添加，使开关调整管的功耗添加，而效率将降低。目前，随着开关三极管、电容、电感资料及工艺性能的改良，fk可提高到15kHz500kHz以上。实践的开关式稳压电源电路通常还有过流、过压等维护电路，并备辅助电源为控制电路提供低压电源等。
