模拟电子技术PPT电子课件教案-第8章_直流稳压电源.ppt

模拟电子技术 第八章 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: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2 。 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压 uo的稳定。 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 u1 u2u3u4 uo 8.1直流稳压电源概述 8.2 整 流 电 路 一、半波整流电路 二极管导通， ul=u2 二极管截止, ul=0 + io + u2 0 时: u20时: u2 ul ud t 23 40 8.2.1 半波、全波整流电路 主要参数： il= ul /rl =0.45 u2 / rl ul 20 t （2）输出电流平均值io ： il （1）输出电压平均值ul ： （3）流过二极管的平均电流： ud 20 t urm urm= 2 2u （4）二极管承受的最高反向电压： il (5)半波整流电路输出电压的脉动系数 二、全波整流电路 + + 原理： + + 变压器副边中 心抽头，感应 出两个相等的 电压u2 当u2正半周时， d1导通，d2截止。 当u2负半周时， d2导通，d1截止。 全波整流电压波形 u2 ul ud1 t 23 40 ud2 ul 20 t il= ul /rl =0.9 u2 / rl 主要参数： （2）输出电流平均值il ： （1）输出电压平均值ul ： il ud 20 t （3）流过二极管的平均电流： id = il/2 （4）二极管承受的最高反向电压： 8.2.2 桥式整流电路 （1）组成：由四个二极管组成桥路 u2正半周时: d1 、d3导通， d2、d4截止 + （2）工作原理： u2 ul - + u2负半周时： d2、d4 导通， d1 、d3截止 u2 ul 输出电压平均值：ul=0.9u2 输出电流平均值:il= ul/rl =0.9 u2 / rl 流过二极管的平均电流：id=il/2 u2 ul （3）主要参数 ： 二极管承受的最大反向电压： urm= 2 2u 脉动系数1: 用傅氏级数对桥式整流的输出 ul 分解后可得: ul 20 t 基波 基波峰值 输出电压平均值 集成硅整流桥： u2 ul + +- + 8.3.1电容滤波电路 8.3滤波电路 （1）空载（rl=）时： u2 t ul t uc=ul u2 uc时： 二极管导通，c充电 u2 uc时： 二极管截止，c放电 。 由于rl=，无放电回 路，所以uc保持。 （2）接入rl（且rlc较大）时 u2 t id t u2 uc时： 二极管导通，c充电 u2 uc时： 二极管截止，c放电 。 二极管中 的电流 uc= ul 近似估算: ul=1.2u2 (2) 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短 id的峰值电流越大 电容滤波电路的特点 ： (1) ul与rlc的 关系： rlc 愈大 c放电愈慢 ul(平均值)愈大 rlc 较大 一般取： (t:电源电压的周期) u2 t id t uc= ul (3)脉动系数 (4)电容滤波电路的输出特性和滤波特性 (a) 输出特性 (b) 滤波特性 8.3.2电感滤波电路 电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感l 。 输出电压平均值: ul=0.9u2 对谐波分量: f 越高，xl 越大,电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 对直流分量: xl=0 相当于短路,电压大部分降在rl上 8.3.3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 。 (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 稳压电路的作用: 交流 电压 脉动 直流电压 整流滤波 有波纹的 直流电压 稳压 直流 电压 8.4稳压电路 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： 1、稳压系数 2、输出电阻 3、温度系数 输出电压 ： 8.4.1稳压管稳压电路 1. 稳压原理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 的电压变化。 稳压原理： (1) 当输入电压变化时 ui uz uo uo ur iiz 由图知： (2)当负载电流变化时 稳压过程 ： iluo ur uo izir 2、限流电阻的计算 （1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二 极管的电流最小。此时iz不应小于izmin，由此可计算出 稳压电阻的最大值。即 （2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极 管的电流最大。此时iz不应超过izmax，由此可计算出稳压电 阻的最小值。即 所以： 8.4.2串联型稳压电路 稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （2）输出电压不可调 改进： （1）提高带负载能力 在输出端加一射极 输出器 uo=uz-0.7v 改进： （2）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈 的放大器。 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。 由四部分组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。 1. 串联型稳压电源的构成 2.工作原理 （1）输入电压变化时 实质：电压负反馈 ui uf uo uouo1 uce （2）负载电流变化时 iluo1 uo uce uo uf 3.输出电压的计算 可见，调节r1或r2可以改变输出电压。 用负反馈的理论计算： 例题： 分立元件组成的串联式稳压电源 稳压原理 uoub3ube3=（ub3-uz ） uc3 （ub2 ）uo 当 ui 增加或输出电流减小使 uo升高时 (3) 输出电压的调节范围 因为： 所以： 将参数代入，可求出输出电压的调节范围。 8.4.3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 二、w7800三端稳压器 类型：w7800系列 稳定正电压 w7805 输出+5v w7809 输出+9v w7812 输出+12v w7815 输出+15v w7900系列 稳定负电压 w7905 输出-5v w7909 输出-9v w7912 输出-12v w7915 输出-15v 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端 1 2 3 原理图 原理框图 主要参数 ： 三、w7800三端稳压器的应用 1. 输出为固定电压的电路 ci、co的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的 瞬态响应。 2. 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 输出电压可调的实用稳压电路 : 4. 扩大输出电流的稳压电路 四、w117三端稳压器 1. 原理框图 电阻r 1和r 2为外接电阻，忽略基准源电流，则有： 2. 主要参数 五、w117三端稳压器的应用 1. 基准电压源电路 2. 典型应用电路 3. 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 串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好 ，技术成熟，应用广泛。 缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大 ，输出效率低，只有2040；输出电压总是 小于输入电压，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 止）状态开关式稳压电路 ，电源效率可提高 到70%95%左右 t开关管；lc滤波环节； d续流二极管， r1、r 2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 开关管的脉宽调制控制环节。 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s为高电平时 ，t饱和。ueu i。 电感l储存能量。 二极管d反向截止 。 2 .工作原理 ua ut us t ue ui t t il t uo us ua ut -ud il uo t1t2t3 t1t2 当s为低电平 时，t截止。ie0 。l产生反电势， 并通过rl、d构成 的回路释放能量。 由于反电势的存在 ，d处于导通状态 。ue0。 bjt的工作周期t为： 占空比为： 则输出电压的平均值为： 即 ： 稳压原理： uo quo ua uf 3. 集成开关型稳压器的应用 脉宽调制式开关稳压电路 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： 1整流电路（利用二极管的单向导电性） 半波整流：ul=0. 45u2 全波整流：ul=0.9u2 桥式整流：ul=0.9u2