模拟电路与数字电路(第2版)课件集：第7章 直流稳压电源.ppt

几乎所有的电子电路工作时都需要直流 电源提供能量.便携式低功率系统可以使用 电池,但对于大功率电子设备,使用电池的费 用太高,所以都采用直流电源供电. 第7章 直流稳压电源 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 7.1 直流稳压电源的基本组成 7.2 整流电路 7.2.1 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 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 ID = IL URM= 2 2u （4）二极管承受的最高反向电压： IL 7.2.2 单相全波整流电路 + + + + 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 =0.8 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： 7.2.3 桥式全波整流电路 （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=0.8u2 输出电流平均值:IL= UL/RL =0.8 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 + +- + 7.3.1 电容滤波 7.3 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 (b) 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： (a) 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 纯电阻负载时，I2=1.52IL 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合 起来使用。 1.LC滤波电路 2.RC型滤波电路 7.3.2 其他滤波电路 7.4 稳压电路 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 7.4.1 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： 7.4.2 晶体管串联型稳压电路 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。 Uo + UI RL T1 +UCE 并联型稳压电路 调整管与负载并联 串联型稳压电路 调整管与负载串联 串联型稳压电路的工作原理 + UI 取 样 电 路 调整管 比较放 大电路 基准电压 UZ UF 一、结构和稳压原理 稳压的实质： UCE 的自动调节使输出电压恒定 二、输出电压的调节范围 + Uo + UI R2 RL R1 R1 UF UZ R2 RP 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。 *7.4.3 晶体管开关型稳压电路 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱 和、截止）状态开关型稳压电路 一、 串联型开关稳压电路 开关稳压电源的基本工作原理 调整管 取样 电路 开关调整管控制 组成框图 滤波 + UI + Uo RL T1 AC 基准 电压 三角波 发生器 R1 R2 V2 L C + UREF uF uA uT uB uE iL IO 频率固定 的三角波 误差放大 续流 工作波形 O O O O UO t t t O t t uT uA uB uE iL uo IO toff ton UI 脉宽调制式 (PWM) 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。 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 CW7800 系列(正电源) CW7900 系列(负电源) 5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V 78、79 系列的型号命名 输出电流 78L / 79L 输出电流 100 mA 78M / 9M 输出电流 500 mA 78 / 79 输出电流 1.5 A 输出电压 7.4.4 集成稳压电路 一. 三端固定式集成稳压器的命名 例如： CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 A CW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 A CW78L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A 封装 CW7805 1 2 3 UIUO GND CW7905 1 2 3 UIUOGND 符号 CW7800 入出 21 3 CW7900 1 3 入 2 出 塑料封装 金属封装 +20V +15V 注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上 。 二. 三端固定式集成稳压器的使用 C1、C2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 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 2滤波电路 电容滤波（桥式整流）