模拟电路基础：第九章 功率电路 （第28讲）

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1、1第九章第九章 功率电路功率电路 二、二、线性直流稳压电路线性直流稳压电路 （一）（一）直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能 （二）（二）单相整流电路单相整流电路 （三）（三）滤波电路滤波电路 （四）（四）倍压整流电路的工作原理倍压整流电路的工作原理 （五）（五）稳压电路稳压电路 （六）（六）集成稳压电源集成稳压电源2 电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u u1 1变为合适的交变为合适的交流电压流电压u u2 2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路

2、整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u u2 2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u u3 3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u u3 3转转变为平滑的直流变为平滑的直流电压电压u u4 4。稳稳压电路压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保保持输出电压持输出电压u uo o的稳定。的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能3稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单，电路最简单，但是带

3、负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。（五）（五）稳压电路稳压电路41 1、串联反馈式稳压电路、串联反馈式稳压电路(1)(1)电路结构的一般形式电路结构的一般形式1 1）串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（化量扩大（1+1+）倍。）倍。TUORL+UZUIiRiZiL实际上是射极输出实际上是射极输出器，器，U U

4、o o=U UZ Z-U UBEBE 。但。但带负载的能力比稳带负载的能力比稳压管强。压管强。BZRii,0iBELiii)1(5TUORL+UZUIiRiZiL串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点：两个主要缺点：(a)(a)稳压效果不好。稳压效果不好。Uo=UZ UBE(b)(b)输出电压不可调。输出电压不可调。改进的方法：改进的方法：在稳压电路中引入带电压负在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。反馈的放大环节。6串联式稳压电路由串联式稳压电路由基准电压基准电压、比较放大比较放大、取样取样电路电路和和调整元件调整元件四部分组成。四部分组成。T+_UIUO比较

5、放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+2 2）具有放大环节的串联型稳压电路）具有放大环节的串联型稳压电路7T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+调整元件调整元件T T：与负载串联，通过全部负载电流。可以与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：比较放大器：可以是可以是单管放大电路单管放大电路，差动放大电路差动放大电路，集成运算放大器集成运算放大器。基准电压：基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出可由稳压管稳压电路组成。

6、取样电路取出输出电压输出电压U UO O的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。8T+_UIUO比较放大比较放大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+因调整管与负载接成射极输出器形式，因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为为深度串联电压负反馈，故称之为串串联反馈式稳压电路。联反馈式稳压电路。910一种实际的串联式稳压电源一种实际的串联式稳压电源(2)(2)稳压原理稳压原理UoUB2UBE2(=UB2-UZ）UC2Uo当当 U UI I 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 U Uo o升高时升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1

7、RWR2RLUO+_+_UIUB211(3)(3)输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围 22221BEZWWOUURRRRRU R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2 2221minBEZWWOUURRRRRU 2221maxBEZWOUURRRRU 12(4)(4)影响稳压特性的主要因素影响稳压特性的主要因素 2 2）流过稳压管的电压随流过稳压管的电压随 U UI I 波动，使波动，使U UZ Z 不稳定不稳定，降低了稳压精度。，降低了稳压精度。1 1）电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：）电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：U UI IV VC

8、 C2 2 U Uo o R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB23 3）温度变化时，温度变化时，T T2 2组成的放大电路产生零点组成的放大电路产生零点漂移，输出电压的稳定度变差。漂移，输出电压的稳定度变差。13(5)(5)改进措施改进措施在运放理想条件下在运放理想条件下:ZZ32321oUF1U)RRRRR(U 1)1)选用差动放大器或运放构成的放大器代替选用差动放大器或运放构成的放大器代替T T2 2管管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。142)2)采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)。3)

9、3)用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。4)4)调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB215*(6)6)过流保护过流保护 为避免使用中因某种原因输出短路或过载为避免使用中因某种原因输出短路或过载致使调整管流过很大的电流，使之烧坏故需致使调整管流过很大的电流，使之烧坏故需有快速保护措施。常见保护电路有有快速保护措施。常见保护电路有T1RT1IL限流型：限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调整当调整管的电流超过额定值时，对调整管的基极电流进行分流

10、，使发射极电流不至于管的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。过大。当当IL不超过额定值时，不超过额定值时，T1截止；截止；当当IL超过额定值时，超过额定值时，T1导通，其集电极从导通，其集电极从T1的基极分流。的基极分流。R为一小电阻，用于检测负载电流。为一小电阻，用于检测负载电流。16(7)(7)串联反馈式稳压电路缺点串联反馈式稳压电路缺点损耗损耗 (P P=U UCE CE I IL L)大大电源的效率电源的效率 (=P Po o/P Pi i=U Uo oI IL L/U Ui iI Ii i)较低较低为了提高效率，可采用开关型稳压电源。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。调整管工

11、作在线性放大区，当负载电流较大时调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:172、稳压电路的主要性能指标、稳压电路的主要性能指标(1)(1)稳压系数稳压系数 S S 稳压系数稳压系数S S反映电网电压波动时对稳压电路的影反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。量与输入电压的相对变化量之比。IIooUUUUS(2)(2)输出电阻输出电阻R Ro o 输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出定义为当输入电压固

12、定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。电路的内阻。18 例例9.2.1 9.2.1 图示电路要求输出电压图示电路要求输出电压U UO O=(10-15)V=(10-15)V，负载电流，负载电流I IO O=(0-=(0-100)mA100)mA。已选定基准电压的稳压管为。已选定基准电压的稳压管为2CW12CW1，其，其U UZ Z=7V=7V，I Izminzmin=5mA=5mA，Izmax=33mAIzmax=33mA。初步确定调整管选用。初步确定调整管选用3DD2C3DD2C，其主要参数：，其主要参数：I

13、ICMCM=0.5A=0.5A，U U(BR)CEO(BR)CEO=45V=45V，P PCWCW=3W=3W。假设采样电路总的阻值选定为假设采样电路总的阻值选定为2K2K左右，则左右，则R R1 1、R R2 2和和R R3 3三个电阻三个电阻分别为多大。分别为多大。估算电源变压器副边电压的有效值估算电源变压器副边电压的有效值U U2 2(考虑电源有考虑电源有10%10%的波动的波动)。估算基准稳压管的限流电阻估算基准稳压管的限流电阻R R的阻值；的阻值；验算稳压电路中的调整管是否安全。验算稳压电路中的调整管是否安全。19 假设采样电路总的阻值选定为假设采样电路总的阻值选定为2K2K左右，则

14、左右，则R R1 1、R R2 2和和R R3 3三个电阻三个电阻分别为多大。分别为多大。解：解：Z3321maxOURRRRUK93.07152UURRRRZmaxO3213取取R R3 3=910=910，利用：，利用：Z32321minOURRRRRUK4.17102UURRRRRZminO32132K49.091.04.1R220取取R R2 2=500=500，则：，则：VURRRRRUZO78.9791.05.091.05.056.032321minKR59.05.091.021(取取R R1 1=560)=560)VURRRRUZO15.15791.091.050.056.033

15、21max21 估算电源变压器副边电压的有效值估算电源变压器副边电压的有效值U U2 2(考虑电源有考虑电源有10%10%的波动的波动)。解解：V)2318()83(UUmaxOI取取U UI I=23V=23V，则，则U U2 2为：为：V212.1231.12.1U1.1UI222 估算基准稳压管的限流电阻估算基准稳压管的限流电阻R R的阻值。的阻值。解解：RUUIZIZ取取R=2KR=2K RUUI,RUUIZaxImmaxZZinImminZKR136.3572.1219.0KR628.03372.1211.123 验算稳压电路中的调整管是否安全。验算稳压电路中的调整管是否安全。解解：

16、mAIIIROCM10891.05.056.015.15100maxmaxV3.322121.1U21.1U2CEO)BR(WIUUPCOCM94.1108.0)78.92132.1()2.11.1(maxmin224随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应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，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，故称之为三端集源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压器。本节主要介绍常用的

17、本节主要介绍常用的W7800(LM7800)W7800(LM7800)系列系列三端集三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。(六六)集成稳压电源集成稳压电源251 1端端:输入端输入端2 2端端:公共端公共端3 3端端:输出端输出端LM78xx系列稳压器外形系列稳压器外形1231 1端端:公共端公共端2 2端端:输入端输入端3 3端端:输出端输出端LM79xx系列稳压

18、器外形系列稳压器外形12326注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、8V、9V、12V、18V、24V等等。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压LM78XX负稳压负稳压LM79XX 1 1、集成、集成稳压电源的分类稳压电源的分类272 2、输出正负电压的电路、输出正负电压的电路正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路LM78XXLM78XXCIUI+_UO132+_CILM79XXLM79XX13COCO2UO28COLM78XXLM78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZU U

19、XX XX:为为LM78XXLM78XX固定输出电压固定输出电压 U UO O=U UXX XX+U UZ Z3、提高输出电压的电路、提高输出电压的电路294、输出电压可调式电路、输出电压可调式电路 用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用是用LM7805LM7805组成的组成的7 730V30V可调式稳压电源。可调式稳压电源。其中其中C CI I是为了抵消输入引线感抗，消除自激。是为了抵消输入引线感抗，消除自激。C CO O是为了消除集成稳压器的输出高频噪声。是为了消除集成稳压器的输出高频噪声。LM7805132R1CICoUI76234UoR2F

20、0070.33 33V10k0.1 30ooURRRUUU2121(UXX=5V)运算放大器作为电压跟随器使用运算放大器作为电压跟随器使用,它的电源就借助于稳它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 ,输出输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。132R1CICoUI76234UoR2F0070.33 33V10k0.1 LM7805)1(12RRUUXXoXXooUUU1Uo131P316-317P316-317：1 1、题、题9.109.10 2 2、题、题9.149.14习题习题32第二十八讲 结束模拟电子电路基础模拟电子电路基础叶桦叶桦四牌楼校区：自动化学院四牌楼校区：自动化学院 中心楼中心楼208室室Email:13601588921