模拟电子技术PPT电子课件教案第8章直流稳压电源

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1、模拟电子技术模拟电子技术第八章第八章 直流稳压电源直流稳压电源主要内容8.1直流稳压电源概述 8.2 整 流 电 路 8.3滤波电路 8.4稳压电路 电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。 整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。 滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u4。 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,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳定。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电

2、路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo8.1直流稳压电源概述直流稳压电源概述8.2 整整 流流 电电 路路一、半波整流电路一、半波整流电路二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止, uL=0+io+u2 0 时时:u20时时:u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD8.2.1 半波、全波整流电路半波、全波整流电路主要参数：主要参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）输出电流平均值）输出电流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL

3、 ）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u （3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMURM=22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL LAVLAVDRUII2)()(45. 0(5)半波整流电路输出电压的脉动系数 57. 122222UUS220 V1212R2+Luuu2L1DD2二、全波整流电路二、全波整流电路+原理：原理：+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u

4、2正半周时，正半周时， D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLRuL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRILuD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID

5、= IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 8.2.2 桥式整流电路桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时： D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2ttuL输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.9u2输出电流平均值输出电流

6、平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-脉动系数脉动系数1:用傅氏级数对桥式整流的输出用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttuuL uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值LLACLLACUUUUS11 67. 032223242211 uuUUSLLAC集成硅整流桥：集成硅整

7、流桥：u2uL+ +- +8.3.1电容滤波电路电容滤波电路8.3滤波电路滤波电路+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C（1）空载（）空载（RL=）时：）时：u2tuLtuc=uL+41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。由于由于RL=，无放电回，无放电回路，所以路，所以uC保持。保持。22uuuCL （2）接入接入RL（且（且RLC较大）时较大）时u2tiDtu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C

8、放电。放电。二极管中二极管中的电流的电流uc= uL+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc近似估算近似估算: UL=1.2U2(2) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(1) UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 较大较大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)TCRL)105( u2tiDtuc= uL(3)脉动系数 TCRTCRTUUCRTSLLOOL4)41 (4max

9、max(4)电容滤波电路的输出特性和滤波特性)(AVLU)(AVLI)(AVLI(a) 输出特性 (b) 滤波特性+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL8.3.2电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值输出电压平均值: UL=0.9U2对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降

10、在RL上上8.3.3其他滤波电路其他滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。(a) LC型滤波电路 (b) LC型滤波电路 (c) RC型滤波电路各种滤波电路的比较各种滤波电路的比较 稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压8.4稳压电路稳压电路稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标常用以下参数来说明稳压电源的质量：常用以下参数来说明稳压电源的质量：1、稳压系数、稳压系数00IIOOO / TIUUUU 2、输

11、出电阻、输出电阻00OOoI TUIUR3、温度系数、温度系数00OOI IUTTUS输出电压：输出电压：)(OIOTIUfU， 8.4.1稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。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。的电压变化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax稳压原理：稳压原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURI

12、IZIRU i由图知：由图知：(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI2、限流电阻的计算、限流电阻的计算（1 1）当）当输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二时，流过稳压二极管的电流最小。此时极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算出，由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值。即。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI （2 2）当）当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流

13、最小时，流过稳压二极时，流过稳压二极管的电流最大。此时管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由此可计算出，由此可计算出稳压电稳压电阻的最小值阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：所以：8.4.2串联型稳压电路串联型稳压电路稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路的缺点：（1 1）带负载能力差）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调改进：改进：（ 1 1 ） 提 高 带 负 载 能） 提 高 带 负 载 能力力在输出端加一射在输出端加一射极输出器极输出器UO=UZ

14、-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo改进：改进：（2 2）使输出电压可调）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数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为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRR由四部分组成：由四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。1. 1. 串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成+DzzUR+AR2UURRf1-+

15、L+oT-+-iU基 准 电 压调 整 管取 样 电 路放 大 比 较 环 节2.2.工作原理工作原理（1 1）输入电压变化时）输入电压变化时实质：实质：电压负反馈电压负反馈QvCE/ViC/mAQ+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1UiUfUoUoUo1UCE（2 2）负载电流变化时）负载电流变化时+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1ILUo1UoUCEUoUf3.3.输出电压的计算输出电压的计算REF221REFREFufO1=URRRUFUAUV 可见，调节可见，调节R1或或R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。用负反馈的理论计算：用负反馈的

16、理论计算：212ofV=RRRUUF +o1+DzUR2REF+UUo-f-T-R+L1Ri+AUUR例题：例题： 分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU基准电压取样电路调整管放大比较环节稳压原理稳压原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3 （UB2 ）Uo当当 Ui 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCL

17、EVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU(3) 输出电压的调节范围输出电压的调节范围VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUOP434BE3ZURRRRUU 因为：因为：4P43BE3ZO)(RRRRUUU 所以：所以：将参数代入，可将参数代入，可求出输出电压的调节范围。求出输出电压的调节范围。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEV

18、CC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUV77.34 .322022024)(4p43BE3ZOmin RRRRUUUV8.94.322033022024)(4p43BE3ZOmax RRRRUUU8.4.3集成稳压器及其应用电路集成稳压器及其应用电路(a) W7800金属封装外形图 (b) W7800 塑料封装外形图(c)W7800方框图 (d) W117外形图和方框图一、三端稳压器的外形和方框图一、三端稳压器的外形和方框图二、二、W7800三端稳压器三端稳压器类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳

19、定正电压 W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+12V W7815 输出输出+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压 W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V1端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端123原理图原理图原理框图主要参数 ：三、三、W7800三端稳压器的应用三端稳压器的应用1. 输出为固定电压的电路Ci、Co的作用：的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。瞬态响应。2. 输出正、负

20、电压的电路输出正、负电压的电路两只二极管起保护作用，正常工作时均处于截止状态。若W7900的输入端未接入输入电压，W7800的输出电压将通过负载电阻接到W7900的输出端，使D2导通，从而将W7900的输出端钳位在0.7V左右，保护其不至于损坏；同理，D1可在W7800的输入端未接入输入电压时保护其不至于损坏。3. 输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路212)1 (RIURRUWOO输出电压可调的实用稳压电路输出电压可调的实用稳压电路 :OOOURRRRUURRRRR1321323214. 扩大输出电流的稳压电路扩大输出电流的稳压电路)(1 (maxmaxROLIII四、四、W117三

21、端稳压器三端稳压器1. 原理框图REF211OOURRRUU121REFORRRUU电阻电阻R 1和和R 2为外接电阻，忽略基准源电流，则有：为外接电阻，忽略基准源电流，则有：2. 主要参数主要参数五、五、W117三端稳压器的应用三端稳压器的应用1. 基准电压源电路2. 典型应用电路典型应用电路VRRUO25. 1)1 (213. 程序控制稳压电路程序控制稳压电路电路组成等效电路8.4.4开关型稳压电路开关型稳压电路串联式稳压电路的串联式稳压电路的优点优点：结构简单，稳压性能好，：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。技术成熟，应用广泛。缺点：缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，它

22、的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有输出效率低，只有2040；输出电压总是小；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。于输入电压，两者极性也只能是相同的。 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态止）状态开关式稳压电路开关式稳压电路 ，电源效率可提高电源效率可提高到到70% 95%左右左右 T开关管；开关管；LC滤波环节；滤波环节；D续流二极管，续流二极管， R1、R 2取样电阻；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。开

23、关管的脉宽调制控制环节。+12RTU-oL+电 压 比 较 器+A误 差 放 大 器基 准电 源三 角 波发 生 器DUF2RR1CL+-REFUAuT+-uEuiLSu-+iU一、开关型稳压电路的工作原理一、开关型稳压电路的工作原理1.串联开关型稳压电源的结构 当当S为高电平时，为高电平时，T饱和。饱和。uEU I。电。电感感L储存能量。二储存能量。二极管极管D反向截止。反向截止。2 .工作原理工作原理uA uT uStuEUIttiLtuouSuAuT-UDILUot1t2t3T1T2 当当S为低电平为低电平时，时，T截止。截止。iE0。L产生反电势，并产生反电势，并通过通过RL、D构成的

24、构成的回路释放能量。由回路释放能量。由于反电势的存在，于反电势的存在，D处于导通状态。处于导通状态。uE0。BJT的工作周期的工作周期T为：为： 21TTT占空比为：占空比为： TTq1 则输出电压的平均值为：则输出电压的平均值为： 3221tEEOdd1ttttutuTU II1OqUUTTU 即：即： )(-)-(2CESI1DUTTUUTT 稳压原理：稳压原理： UoqUoUAUF3. 集成开关型稳压器的应用集成开关型稳压器的应用 脉宽调制式开关稳压电路脉宽调制式开关稳压电路并联型开关稳压电路并联型开关稳压电路 (1) 调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高； (2) 调整

25、管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器； (3) 可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值； (4) 在许多场合可以省去电源变压器； (5) 由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体积可大大减小。开关型稳压电路特点：开关型稳压电路特点：1整流电路（利用二极管的单向导电性）整流电路（利用二极管的单向导电性） 半波整流：半波整流：UL=0. 45U2 全波整流：全波整流：UL=0.9U2 桥式整流：桥式整流：UL=0.9U22滤波电路滤波电路 电容滤波（桥式整流）：电容滤波（桥式整流）： UL=1.2U2 电感滤波：电感滤波： UL=0.9U23稳压电路稳压电路 稳压管稳压电路：稳压管稳压电路：UO=UZ 串联式稳压电路：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）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）输出电压调节范围4集成稳压器集成稳压器 三端固定式集成稳压器（三端固定式集成稳压器（W7800、W7900）及其使用）及其使用 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器W117/W217/W317(W137/W237/W337) 为可调式稳压器为可调式稳压器 5 开关式稳压器开关式稳压器本章小结本章小结