电子与电路第10章

第10章直流电源 电源变压器 交流电源 整流电路 滤波电路 稳压电路 负载 图10 1直流电源框图 10 1串联型线性调整式直流稳压电源 串联型线性调整式直流稳压电源 以下简称串联型稳压电源 的基本电路如图10 2所示 整流滤波 稳压 整流与滤波 D1 D4与C组成桥式整流 BridgeRectifier 电容滤波电路 其作用是把来自变压器副侧的交流电压变成直流电压 UREF T A R3 DZ R2 R1 RL UZ uA uE uB 稳压 虚线右半部分为稳压电路 其作用是为负载提供一个稳定的直流电压 D3 D2 D1 C u1 u2 D4 uE 10 1 1桥式整流电容滤波电路 在桥式整流电路基础上 为了减小输出电压的的脉动 在RL两端并联一个滤波电容C 这就构成了桥式整流 电容滤波电路如图10 3 a 所示 其输出电压波形如图10 3 b 所示 图中虚线为无电容时整流输出电压波形 采用电容滤波的基本思想 电容是一个储存电荷的元件 要改变电容两端的电压 就必须改变其上的电荷 而电荷的改变速度决定于电容充放电时间常数 充放电时间常数越大 电荷改变的速度就越慢 电容上的电压变化也就越慢 即交流分量就越小 工作过程 由图10 3 b 可见 这个输出电压波形比没有滤波电容时的输出电压波形要平滑得多 输出电压的平均值 即直流输出电压通常为 UO 1 1 1 4 U2 具体数值要视RLC的大小而定 当RL开路时 UO 1 4U2 在工程上 一般在有负载的情况下选取滤波电容C 使UO为1 2U2就可以了 其中U2为u2的有效值 10 1 2稳压电路 交流电压经整流滤波后 输出较平滑的直流电压 但这个直流电压是不稳定的 造成直流电压不稳的原因有两个交流电网电压波动负载改变时 整流滤波电路内阻压降的影响 在有交流稳压装置的供电系统中 整流滤波电路内阻是造成输出直流电压不稳定的主要原因 为使输出电压稳定就必须采取稳压措施 1 电路结构 串联型晶体管直流稳压电路是目前常用的一种稳压电路 其原理图如图10 4所示 整流滤波电路的输出 比较放大器 各部分功能及作用 UI来自整流滤波电路的输出 图10 4中T称作调整管 RegulatingDevice 其作用是通过电路自动调整T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DZ构成基准电压使放大器的同相端电位固定 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 采用多级放大器提高稳定性 串联型晶体管直流稳压电路根据对稳定程度不同要求而有简有繁 例如可采用多级放大器来提高稳压性能 但基本环节是相同的 其框图如图10 5所示 2 稳压过程 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 10 1 3输出电压的大小与调节方法 忽略放大器输入端电流 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 图10 6所示电路的输出电压调节范围是 10 2线性集成稳压器 将串联型线性调整式直流稳压电路及其保护电路等制作在一块芯片上就构成了线性集成稳压器 按外部引脚的数量 线性集成稳压器可以分为多端集成稳压器和三端集成稳压器两类 目前使用的多为三端式集成稳压器 10 2 1三端集成稳压器外型 符号及主要参数 三端式集成稳压器因只有输入端 输出端及公共端三个引出端 故称之为三端集成稳压器 目前常用约有最大输出电流IOM 100mA的W78L W79L 系列 IOM 500mA的W78M W79M 系列和IOM 1 5A的W78 W79 系列 型号中 78表示输出为正电压 79表示输出为负电压 型号中最后两位数表示输出电压值 例如W7806表示输出电压为 6V W78 系列外形及电路符号如图10 7所示 a 外型图 图10 7三端集成稳压器 1 2 3 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 表示输入电压变化1V时 UO的相对变化率 输出电阻RO 10 2 2三端集成稳压器的典型用法 图10 8所示电路是固定输出电压的稳压电路 其输出电压UO即为三端式稳压器标称值 图中电容C1可以进一步减小输入电压的纹波 并能清除自激振荡 电容C2可以消除输出高频噪声 如何选择稳压器 1 在选择三端稳压器时 应根据所设计的输出电流选择稳压器系列 例如 输出电流小于100mA时可选用W78L 系列 输出电流小于500mA时可选用W78M 系列 输出电流小于1 5A时可选用W78 系列 2 根据输出电压要求选择合适型号的三端稳压器 例如 稳压电源设计要求为 12V 1 2A 可选用W7812三端稳压器 3 当所设计的稳压电路输出电压为负值时 可选用负压输出的集成稳压器 例如W79 系列 接线方式与图10 8相同 4 当同时需要正 负电压输出时 可同时选择W78 和W79 两个稳压器按图10 9接线即可 10 2 3三端集成稳压器的扩展用法 提高输出电压的方法 输出电压为 UO U O UZ 提高输出电压的电路 如图10 10所示 输出电压可调的稳压电路 如图10 11所示 运放输入电压就是UO与稳压器标称电压U O之差 输出电压可调的稳压电路 该稳压电路的电压调节范围为 输出电流扩展电路 如图10 12所示