电路与模拟电子技术 第12章 直流稳压电源

教学目标与要求, 掌握二极管整流电路，滤波电路及稳压二极管构 成的稳压电路的工作原理。, 熟练掌握整流电路，滤波电路的主要参数计算。, 了解集成稳压电源。,第十二章 直流稳压电源,12.1直流稳压电源的组成及其作用,12.1.1直流稳压电源的组成,交流电源经过变压器、整流、滤波和稳压四个环节，输出稳定的电源供直流负载应用。,12.1.2直流稳压电源的作用,整流电路,将在两个方向流动的交流电变换为只在一个方向流动的直流电。,变压器部分,将电力网交流电压变换为整流所需的交流电压，同时达到隔离交流电路与直流电路的作用。,去掉整流后的单向脉动直流电中的脉动成分，以便获得比较平滑的直流电。,滤波电路,利用稳压管或采用一些负反馈方式，可以使其电路结构自动调节不稳定因素，从而得到稳定电压。,稳压电路,12.2 整流电路,常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。,分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,整流原理： 利用二极管的单向导电性,12.1.1 单相半波整流电路,2.工作原理,u2正半周，VaVb，二极管VD导通；,3.工作波形,u2负半周，VaVb，二极管 VD1、 VD3 导通， VD2、 VD4 截止 。,3.工作波形,uD2uD4,1.电路结构,动画,u2负半周，VauC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。,u2 uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降， uo= uC 。,= uC,工作波形,二极管承受的最高反向电压,动画,同理，单相桥式整流电容（C型）滤波电路的工作原理如下：,电压上升时电容充电，将电能储存在电容器中。电压下降时电容器放电，将储存的电能送给负载。,如图所示，随着时间常数的增加，输出电压越来越平滑， uo的平均值也增加了。,二极管承受的最高反向电压？,思考,2.电容滤波电路的输出电压和输出电流的计算,(T 电源电压的周期),输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。,RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。,为了得到比较平直的输出电压,。,近似估算取：Uo = 1.0 U2 (半波） Uo = 1.2 U2（桥式）,近似估算取：Uo = 1.0 U2 (半波） Uo = 1.2 U2（桥式）,单相半波整流、滤波电路的输出电流平均值为,单相桥式整流、滤波电路的输出电流平均值为,解：,（1）整流二极管的平均电流,（2）滤波电容器的电容值,整流二极管承受的最高反向电压,滤波电容器的耐压值,因此,（3）负载电阻断路时的输出电压,（4）电容断路时的输出电压相当于单相桥式整流输出电压,12.3.2 电感滤波电路,1. 工作原理,对直流分量: XL = 0 相当于短路, 大部分整流电压降在RL上。 对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在XL上。,有电感滤波的整流电路,1. 电路结构,2. 滤波原理,对直流分量: XL=0 ，L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。,当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。,LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。,12.3.3 复式滤波电路,形LC滤波器,滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。,比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。,形RC滤波器,R 愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R 大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。,12.4.1 稳压管稳压电路,2. 工作原理,UO = UZ I = IO + IVZ,UO , IVZ,1. 电路,限流调压,稳压电路,12.4 稳压电路,UZ,由于某种原因使得输出电压降低时,同理,由于某种原因使得输出电压升高时，调节过程如下：,-来自整流滤波电路的输出。,电阻 和 为取样电路,A为比较放大器,比较放大器,12.4.2 串联反馈型稳压电路,1.电路结构,整流滤波电路输出,各部分功能及作用,UI来自整流滤波电路的输出，图中VT称作调整管,其作用是通过电路自动调整VT集电极发射极之间的电压UCE，使输出电压UO稳定。,R1和R2为取样电路，其作用是把输出电压的变化量通过R1和R2分压取出，然后送入比较放大器A的反向输入端，R3和稳压管VZ构成基准电压使放大器的同相端电位固定。,2.稳压过程,A为比较放大器，其作用是把取样电路取出的信号进行放大，以控制调整管IB的变化，进而调整UCE的值。,例如,稳压电路的稳压过程实质就是负反馈的自动调节过程。稳压过程如下：,如果外部因素(电网电压波动；负载变化)使UO有减小的趋势，则稳压电路内部的调节过程就使UO有增加的趋势。由于这两种趋势恰好相反，于是使UO基本维持不变。,同理，若外部因素使UO有增加的趋势，也会通过稳压电路内部的自动调节，使UO基本保持不变。,3.输出电压的大小及调节方法,为了调节方便，,在取样电路中串联一个电位计，如图,改变电位计滑动端的位置就可以方便地调节输出电压的大小。,12.4.2 串联开关型稳压电路,1.串联开关型稳压电路的电路结构,2.工作原理,-二极管承受反向电压而截止,（1）滤波过程,在电感L两端产生感应电动势，通过二极管对负载释放能量，同时电容C通过负载放电，使负载获得连续而稳定的能量。,因此，称为串联开关型稳压电路,（2）稳压过程,占空比q,若忽略调整管VT的饱和压降和二极管VD的正向压降,因此，积分得到,输出电压与占空比有关,例如：,12.5 集成稳压电源,12.5.1三端集成稳压器,1.三端集成稳压器的型号及主要参数,其常用的型号为：,固定输出正电压的集成稳压器：W78XX系列。固定输出负电压的集成稳压器：W79XX系列。电压可调，输出正电压的集成稳压器：W317、W117。电压可调，输出负电压的集成稳压器。W337、W137。,其中W78XX和W79XX系列型号中的“XX”是代表输出电压值。每一种系列的稳压器输出电流又有：100A（78LXX），0.5A(78MXX) 及1.5A( 78XX)。W78XX系列外形及电路符号分别如图12.17所示。,电路符号分别如图12.17所示。,集成稳压器主要参数有：,输出电压UO：表示集成稳压器可能输出稳定电压的范围。 最小电压差(UI-UO)min：为维持稳压所需要的UI与UO之差的最小值。 容许输入电压的最大值UIM。 容许最大输出电流值IOM。 容许最大功耗PCM。,电压调整率SJ：,输出电阻RO。,表示输入电压变化1V时，UO的相对变化率。,2三端集成稳压器的应用电路,固定输出电压 的稳压电路,输出正电压：W78XX，图（a）,输出负电压：W79XX，图（b）,减小输入电压的纹波，抵消由于输入引线较长而带来的电感效应，防止产生自激振荡。,减小由于负载电流突变而引起的抖动杂波。,的作用,的作用：,2) 具有正、负两路输出的稳压电路,可同时选择W78XX和W79XX两个稳压器,12.6 集成稳压电源应用实例,12.6.1 三端集成稳压器的扩展用法,是 两端的电压，也是稳压器的标称电压，,是稳压管的电压，根据所需输出电压的大小，选择合适的稳压管来满足要求,当所需要输出电压高于集成稳压器标称的输出电压时,提高输出电压的稳压电路,2.输出电压可调的稳压电路,当希望输出的电压可调时,电压调节范围为,3.输出电流可扩展的稳压电路,当需要输出电流比集成稳压器输出电流大时,可采用外接功率晶体管来扩展电流,在三极管发射结压降与二极管正向压降相等时，有下式成立：,即：,而,很小,所以,12.6.2 6-30V、500mA稳压电源电路,电源变压器T1的一次测电压是电网供电交流电压220V,二次测电压为整流所需的交流电压24V，电流500mA ，,VD1 - VD4为整流二极管，可选用反向峰值电压为50A，工作电流1A的硅二极管。,VT2作为放大器，可用小功率晶体管，,VZ可选用5V稳压二极管，以提供基准电压,既是VT1管的偏置