电子技术基础ch10

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1、10 直流稳压电源电子系统中的电路使用直流电源，而电力供应提供的是交流电，因此需要采用专门的电路来进行电源的转换，称为直流稳压电源。直流稳压电源的组成部分如下图所示。110.1 小功率整流滤波电路10.1.1 整流电路1.半波整流电路如右图所示，电路简单，但效果较差。若电源变压器次级电压为则经过整流后的电压为2对于整流得到的脉动直流电压，可以作傅立叶展开：其中的直流分量，也就是正弦脉冲的平均值为而最低次谐波的幅度为为了度量直流电压的平滑程度，可以定义脉动系数S，即最低次谐波幅度与直流分量之比3对于半波整流电路，其脉动系数为流过二极管的平均电流 ID 等于负载电流的直流分量 Io，即而负半周时二

2、极管截止，所承受的反向最大电压为以上两个参数可以作为选择元件时的指标。42.桥式整流电路采用4个二极管构成，如图所示。桥式整流把交流电的正、负半周都变为脉动直流，效果要好于半波整流，其傅立叶展开为其直流分量和最低次谐波为5因此桥式整流电路输出电压的脉动系数为由于4个二极管在正负半周交替导通，每个二极管流过的平均电流为负载电流直流分量的一半：每个二极管在截止期间所承受的反向最大电压为610.1.2 滤波电路整流得到的直流电所包含的交流成分大，对许多电子系统会造成干扰、引入噪声，因此常常需要使用滤波电路来过滤掉其中的交流成分。常见的滤波电路如下图所示。其中最常见的就是电容滤波。7初始时电容电压为零

3、，经过几个周期的充电，电容上的电压可以达到接近于变压器次级电压的峰值，即此时，二极管仅在变压器次级电压高于电容电压时导通，对负载供电并对电容充电；其它时间二极管截止，电容放电对负载供电。8电容滤波具有以下特点：1.稳定后二极管的导通时间缩短，并且导通时流过的电流为幅度较大的脉冲电流；92.输出电压的直流分量提高，交流分量减小。放电时间常数对输出波形的影响较大，通常为了取得比较平滑的输出电压，取时间常数为式中T为交流电源的周期。103.随着输出电流的增加，输出电压的直流分量减小，交流分量增加，直流特性变差，脉动系数加大。当输出电流很大时，表明负载电阻很小，因此放电时间常数也变得很小，电容的滤波作

4、用也不太明显，此时电路状态接近于无滤波的纯电容负载情形。电容滤波电路的输出电压根据输出电流在0.9V2 1.4V2之间变化，通常在电源设计时取1.1V2 1.2V2。11电容滤波电路在设计时通常需要考虑滤波电容的容量和变压器的次级电压，其中滤波电容的容量按照来选取，变压器次级电压按照12电感滤波的特点是整流二极管的导通角较大，流过的整流电流较小，但为了取得较好的滤波效果需要使用电感量足够大的线圈，较为笨重并可能产生干扰。其它类型的如 型滤波电路，由于使用了电阻，使得输出电压随输出电流的增长而下降，因此较少采用。1310.2 稳压电路稳压电路在供电电压波动或负载电流变动的情况下会直流电源的输在供

5、电电压波动或负载电流变动的情况下会直流电源的输出电压会发生显著变化，通常为抑制这种变化在直流电源出电压会发生显著变化，通常为抑制这种变化在直流电源中设置稳压电路。中设置稳压电路。10.2.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路也称为并联稳压电路，也称为并联稳压电路，如图所示。其中主要包如图所示。其中主要包括稳压二极管和限流电括稳压二极管和限流电阻，并且稳压管与负载阻，并且稳压管与负载并联，因而得名。电路并联，因而得名。电路的输出电压等于稳压管的输出电压等于稳压管的的稳定电压。的的稳定电压。14输入电压增高时会引起输出电压增高，但由于稳压管处于输入电压增高时会引起输出电压增高，但由于稳压管处于击穿状态

6、，输出端电压略微的增加就会使稳压管的电流显击穿状态，输出端电压略微的增加就会使稳压管的电流显著加大，从而总电流增加，使得输入电压增加的部分几乎著加大，从而总电流增加，使得输入电压增加的部分几乎全部降落在电阻全部降落在电阻R上，从而稳定了输出电压。若输入电压上，从而稳定了输出电压。若输入电压降低，稳压管的电流也显著减小，总电流下降，电阻降低，稳压管的电流也显著减小，总电流下降，电阻R上上的压降也相应减小，输出电压基本无变化。的压降也相应减小，输出电压基本无变化。15如果负载电流增大，会使得输出电压瞬时略有下降，从而如果负载电流增大，会使得输出电压瞬时略有下降，从而稳压管的电流减小，进一步使总电流

7、很快恢复到先前的状稳压管的电流减小，进一步使总电流很快恢复到先前的状态，输出电压保持稳定；如负载电流减小，则稳压管击穿态，输出电压保持稳定；如负载电流减小，则稳压管击穿电流增大，总电流和输出电压变化很小。电流增大，总电流和输出电压变化很小。16并联稳压电路设计并联稳压电路设计1.稳压管的选择稳压管的选择通常稳压管的稳定电压和最大电流按照以下条件选取：通常稳压管的稳定电压和最大电流按照以下条件选取：2.输入电压输入电压3.限流电阻的选择限流电阻的选择限流电阻的选取，应考虑使稳压管上的电流保持在以下范围限流电阻的选取，应考虑使稳压管上的电流保持在以下范围而而17考虑当输入电压最低而负载电流最大时，

8、流过稳压管的电考虑当输入电压最低而负载电流最大时，流过稳压管的电流最小，因而有流最小，因而有另外一个极端，若输入电压最高而负载电流最小时，流过另外一个极端，若输入电压最高而负载电流最小时，流过稳压管的电流最大，可知稳压管的电流最大，可知结合以上两种情况，得到结合以上两种情况，得到1810.2.2 串联稳压电路串联稳压电路串联稳压电路中利用调整与负载串联的晶体管的导通状态串联稳压电路中利用调整与负载串联的晶体管的导通状态来稳定输出电压。其典型电路如下图所示，包括调整管、来稳定输出电压。其典型电路如下图所示，包括调整管、取样、比较放大和基准电压等部分。取样、比较放大和基准电压等部分。图中，图中，T

9、1为调整管，与负载串联，用于调节输出电压。为调整管，与负载串联，用于调节输出电压。R1R2用来对输出电压取样，其分压比也称为取样比。用来对输出电压取样，其分压比也称为取样比。19稳压管稳压管DZ和电阻和电阻R3提供基准电压；晶体管提供基准电压；晶体管T2和电阻和电阻Re构成构成比较放大电路，把输出电压的偏移量放大后传送到调整管比较放大电路，把输出电压的偏移量放大后传送到调整管T1的基极，调整输出电压。的基极，调整输出电压。根据电路可知根据电路可知20若输入电压增加或负载电流减小，可引起输出电压和采样若输入电压增加或负载电流减小，可引起输出电压和采样电压增加；电压增加；T2的基极电压增加而发射极

10、电压不变，因此的基极电压增加而发射极电压不变，因此T2的电流增长、集电极电压下降，结果调整管的电流增长、集电极电压下降，结果调整管T1的导通程度的导通程度下降，其集电极下降，其集电极-发射极压降发射极压降VCE1增大，使输出电压基本增大，使输出电压基本维持在额定值上。维持在额定值上。21如果输入电压下降或负载电流增大，使得输出电压降低，如果输入电压下降或负载电流增大，使得输出电压降低，因而采样电压也下降，经因而采样电压也下降，经T2放大调整管放大调整管T1的基极电压升高，的基极电压升高，T1的导通程度加深，集电极的导通程度加深，集电极-发射极压降发射极压降VCE1下降，基本可下降，基本可以弥补

11、输出电压的降低，使其保持在额定值上。以弥补输出电压的降低，使其保持在额定值上。22总结以上两种情况，当输出电压发生变动时，电路将比较总结以上两种情况，当输出电压发生变动时，电路将比较其偏离额定电压的误差信号并加以放大，然后控制调整管其偏离额定电压的误差信号并加以放大，然后控制调整管的导通状态，改变调整管的压降以抵消输出电压的变动，的导通状态，改变调整管的压降以抵消输出电压的变动，达到稳定输出电压的目的。达到稳定输出电压的目的。23稳压电源的质量指标稳压电源的质量指标稳压电源的指标分为特性指标和质量指标。特性指标包括稳压电源的指标分为特性指标和质量指标。特性指标包括输出电压、输出电流等，反映的是稳压电源的输出特性；输出电压、输出电流等，反映的是稳压电源的输出特性；质量指标包括稳压系数、输出电阻和温度系数，反映的是质量指标包括稳压系数、输出电阻和温度系数，反映的是稳压电源的性能优劣。稳压电源的性能优劣。稳压电源的输出电压受输出电压、输出电流和温度的影响，稳压电源的输出电压受输出电压、输出电流和温度的影响，其变化量可以表示为其变化量可以表示为式中式中3个系数：电压调节系数个系数：电压调节系数SV，输出电阻输出电阻Ro，温度系数温度系数ST，分别反映了输入电压、输出电流和温度对输出电压的分别反映了输入电压、输出电流和温度对输出电压的影响。影响。24