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低频电子线路 17 信息科学与工程学院刘志军 2020 4 23 低频电子线路 2 上次课 3 1电压比较器 续 迟滞比较器3 2驰张振荡器2 4有源滤波器 2020 4 23 低频电子线路 3 本次课 第十章电源电路10 1直流稳压电源组成框图10 2整流电路10 3滤波电路10 4稳压电路 2020 4 23 低频电子线路 4 稳压电源简介 直流稳压电源的作用直流稳压电源是所有电子设备的重要组成部分 它的基本任务是将电力网交流市电变换为电子设备所需要的稳定的直流电源电压 直流稳压电源应用十分广泛电子设备供电需要直流稳压电源 2020 4 23 低频电子线路 5 电源的分类 根据稳压目标分为两大类 交流稳压器直流稳压器 2020 4 23 低频电子线路 6 交流稳压器 用以稳定交流电压一般指不间断电源 UPS 2020 4 23 低频电子线路 7 直流稳压器 直流稳压器提供稳定的直流电压直流稳压器包括 电流源 充电器 电压源 2020 4 23 低频电子线路 8 电压源 根据结构特点和工作方式分为两大类线性电源开关电源 2020 4 23 低频电子线路 9 10 1直流稳压电源组成框图 以下介绍直流稳压电源的组成结构与性能指标 2020 4 23 低频电子线路 10 1 直流稳压器的方框图 变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路 220V50HZ UO 2020 4 23 低频电子线路 11 各单元波形图 图直流稳压电源框图与波形图 2020 4 23 低频电子线路 12 2 稳压电源的主要参数 稳压电源参数很多 这里仅介绍最主要的几个参数 稳压系数S输出阻抗R0温度系数ST 2020 4 23 低频电子线路 13 稳压系数S 稳压系数S表示输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比 即 2020 4 23 低频电子线路 14 输出阻抗R0 输出阻抗RO表示负载变化 IL变化 对输出电压的的影响 即 2020 4 23 低频电子线路 15 温度系数ST ST表示温度变化对输出电压的影响 其表达式为 2020 4 23 低频电子线路 16 10 2整流电路 整流电路位于稳压电源的前端 在变压器降压之后 在稳压电路和滤波电路之前 其主要作用是要将双向变化 过零点 的交流电变成单向变化 不过零点 的直流电 2020 4 23 低频电子线路 17 整流电路类型 整流电路主要有以下类型 半波整流全波整流桥式整流倍压整流 2020 4 23 低频电子线路 18 半波整流电路 利用二极管的单向导电性能可实现整流 2020 4 23 低频电子线路 19 全波整流电路 利用两只二极管可实现全波整流 2020 4 23 低频电子线路 20 桥式整流电路 利用四只二极管可实现桥式整流 2020 4 23 低频电子线路 21 倍压整流电路 利用变压器 二极管和电容器可实现倍压整流 2020 4 23 低频电子线路 22 10 3滤波电路 交流市电经整流后变成脉动直流电 再经滤波后降低纹波 滤波电路种类很多 主要有以下类型 电容滤波电感滤波电容电感滤波电阻电容滤波 2020 4 23 低频电子线路 23 电容滤波电路 a 电容滤波 b 电感电容 型滤波 c 电阻电容 型滤波注意电容一定要和负载是并联关系 考虑为什么 2020 4 23 低频电子线路 24 全波整流电容滤波电路 图全波整流电容滤波电路图 2020 4 23 低频电子线路 25 电路结构 全波整流的变压器有中心抽头 且要求次级两绕组十分对称 注意中间是 地电位 和同名端标示 整流管VD1 VD2接于变压器次级两端和负载之间 采用简单电容滤波 2020 4 23 低频电子线路 26 电路工作原理 设滤波电容电压初始值uC 0 0 当ui为正半周时 u i起作用 VD1导通 VD 截止 u i给C充电 由于二极管内阻较小 充电时常数较小 uC上升快 当uC上升到等于u i t1 时 VD1 VD2均截止 电容C通过负载RL放电 uo下降 到u i t2 时刻 当ui为负半周时 u i起作用 VD2导通 VD 截止 u i给C充电 当uC上升到等于u i t3 时 VD1 VD2均截止 电容C通过负载RL放电 uo下降 周而复始工作 输出为近似直流 有纹波电压 2020 4 23 低频电子线路 27 全波整流电容滤波电路的电压电流波形 图管子流过的电流及输入输出电压波形 2020 4 23 低频电子线路 28 EWB仿真情况 2020 4 23 低频电子线路 29 电容滤波分析 不接电容时 C 0 接入电容后 C 0 且负载RL 时一般情况下 RL C 0 2020 4 23 低频电子线路 30 电路设计分析 滤波电容估算值滤波电容的选择要满足下式 即此时 波纹电压峰峰值Urpp约为式中 T为交流电网信号周期 IL为负载电流 2020 4 23 低频电子线路 31 电路设计分析 整流管的选择全波整流时 流过每个二极管的平均电流是负载电流的一半 即整流管最大允许电流整流管反向击穿电压UBR 2半波整流只有一个整流管 波纹大 所以一般用得不多 2020 4 23 低频电子线路 32 电感滤波 注意电感是和负载是串联关系 考虑为什么 2020 4 23 低频电子线路 33 电容电感滤波 电容电感滤波是电容滤波和电感滤波两种方式的结合 2020 4 23 低频电子线路 34 电阻电容滤波 电阻电容滤波是用电阻代替电感的位置 2020 4 23 低频电子线路 35 10 4稳压电路 交流市电经过整流滤波变成平滑的直流电 但由于受到电网电压波动 负载变化以及环境温度等因素的影响 都会造成直流电压的不稳定 故需要采用稳压电路 稳压电路种类很多 包括稳压管稳压电路 串联型稳压电路 集成稳压电路和开关稳压电路 2020 4 23 低频电子线路 36 1 稳压管稳压电路 稳压管稳压电路是一种最简单的稳压电路 依靠限流电阻R 与负载串联 和稳压管 与负载并联 组成 2020 4 23 低频电子线路 37 稳压管稳压电路形式 IR 2020 4 23 低频电子线路 38 电路分析 稳定输出电压的工作原理和稳压过程自行分析 设计时关键是R的取值范围的确定 2020 4 23 低频电子线路 39 电路特点 主要特点是 电路简单 调整方便 但输出不可调 主要用于IL不大且负载RL变化也不大的场合 2020 4 23 低频电子线路 40 2 串联反馈型稳压电路 串联反馈型稳压电路是一种应用非常广泛的电路形式 2020 4 23 低频电子线路 41 原理框图及电路 串联反馈型稳压电路原理框图以及电路形式介绍如下 2020 4 23 低频电子线路 42 原理框图 调整管 误差放大 基准部分 取样部分 Ui U0 RL 2020 4 23 低频电子线路 43 电路形式 串联型稳压电源框图 2020 4 23 低频电子线路 44 工作原理 稳压电路的工作原理如下 当输出电压发生变化 不稳定 时 经取样电路反应到误差放大电路 与稳定的基准电压进行比较后 取出误差量放大后去控制调整管的变化 从而引起输出电压发生与原来变化量相反的变化 此为电压串联负反馈调节过程 2020 4 23 低频电子线路 45 电路分析 调整管为共集 CC 电路 射随器 发射极为总输出电压 A为运放差动放大 同相端接取样电压 反相端接参考电压 参考电压为稳压管电压 闭环回路为电压串联负反馈 2020 4 23 低频电子线路 46 稳压过程分析 UO U U 不变 UB UE UO 反之亦然 2020 4 23 低频电子线路 47 电路分析 2020 4 23 低频电子线路 48 保护电路 限流保护截流保护 2020 4 23 低频电子线路 49 3 集成三端稳压器 主要介绍三端稳压器 此集成器件的实际应用十分广泛 2020 4 23 低频电子线路 50 三端稳压器的简介和分类 按输出方式不同分为两大类固定输出稳压器输出可调稳压器 2020 4 23 低频电子线路 51 固定输出稳压器 固定输出三端稳压器分为两类正输出三端稳压器 78系列 负输出三端稳压器 79系列 2020 4 23 低频电子线路 52 输出可调稳压器 输出可调三端稳压器分为两类 正输出可调三端稳压器 117 217 317系列 负输出可调三端稳压器 137 237 337系列 2020 4 23 低频电子线路 53 a 固定输出78系列 按输出电压值分为7档 5V 6V 9V 12V 15V 18V 24V 最小输入 输出压差2 5V 2020 4 23 低频电子线路 54 输出电流 输出功率按输出电流大小分为三类78 输出电流1 5A78M 输出电流0 5A78L 输出电流0 1A 2020 4 23 低频电子线路 55 器件类型举例 7812 固定正输出12V 输出电流1 5A78M05 固定正输出5V 输出电流0 5A 2020 4 23 低频电子线路 56 b 固定输出79系列 按输出电压值也分为7档 包括 5V 6V 9V 12V 15V 18V 24V 最小输入 输出压差2 5V 2020 4 23 低频电子线路 57 输出电流 输出功率按输出电流大小也分为三类79 输出电流1 5A79M 输出电流0 5A79L 输出电流0 1A 2020 4 23 低频电子线路 58 器件类型举例 7912 固定负输出12V 输出电流1 5A78M05 固定负输出5V 输出电流0 5A 2020 4 23 低频电子线路 59 c 可调式正电压三端稳压器 型号117 217 317系列输出电压1 2V 37V连续可调最小负载电流10mA输出电流能力与封装类型有关 2020 4 23 低频电子线路 60 管子封装与外观 封装型号与外观TO 3 K 20W1 5ATO 220 T 15W1 5ATO 202 T 7 5W0 5ATO 39 H 2W0 5ATO 92 Z 0 6W0 1A注意以上所标管脚均为78系列情况 2020 4 23 低频电子线路 61 d 可调式负电压三端稳压器 型号137 237 337系列 情况与正输出系列相似 仅输出为负电压值 1 2V 37V 连续可调 2020 4 23 低频电子线路 62 基本应用电路 三端稳压器的使用非常简便 只要将三端稳压器的三个端子分别接到规定的位置即可正常工作 注意三端稳压器的管脚 输入 输出 接地 的标示和管子的封装形式有关 千万不要搞错了 2020 4 23 低频电子线路 63 78 系列典型接法图 a 2020 4 23 低频电子线路 64 79 系列典型接法图 b 和79三端稳压器外形图 c 2020 4 23 低频电子线路 65 三端稳压器功能的扩展 a 扩流电路 2020 4 23 低频电子线路 66 三端稳压器功能的扩展 b 扩压电路 2020 4 23 低频电子线路 67 三端稳压器功能的扩展 c 输出电压可调电路 2020 4 23 低频电子线路 68 4 串联开关型稳压电源 集成开关稳压器是一种效率高 体积小的开关式稳压电源 开关稳压器应用非常广泛 2020 4 23 低频电子线路 69 1 简介 由以上学习内容可知 直流稳压电源的基本组成包括四部分即电源变压器 整流器 滤波器 稳压器 其中关键是稳压器 2020 4 23 低频电子线路 70 稳压器组成 稳压器由四部分组成 即基准电压源 误差放大器 取样电路 调整电路 2020 4 23 低频电子线路 71 调整电路分类 如调整电路工作于线性放大状态 线性稳压器 如调整电路工作于开关状态 开关稳压器 2020 4 23 低频电子线路 72 特点 以下将线性稳压器与开关稳压器的特点进行比较 2020 4 23 低频电子线路 73 线性稳压器特点 精度高 纹波小 电路结构简单 设计容易 调整管工作在线性放大状态 管压降大 功耗大 效率较低 一般为40 60 且需要散热装置 电源变压器的工作频率为50Hz 频率低 变压器体积大且重 2020 4 23 低频电子线路 74 开关稳压器特点 效率高 一般80 90 体积小 重量轻 革除电源变压器 方便 实用 2020 4 23 低频电子线路 75 开关稳压器分类 按激励方式分自激式 它激式 按调制方式分脉宽调制 PWM 脉频调制 PFM 混合型 2020 4 23 低频电子线路 76 2 一种开关稳压电源的框图 2020 4 23 低频电子线路 77 工作原理分析 首先将电网电压 220V 50HZ 不经电源变压器直接整流成直流高压 即一次整流 输出一般为300多伏 该直流作为开关管V的电源电压 开关管在控制电路作用下 时而导通时而截止 将直流高压又 斩波 成交流方波 即DC AC 所谓 逆变器 斩波频率一般为几十 几百KHZ 斩波电压经一个小型高频变压器隔离 降压 并经二次整流后 AC DC 即可得到所需的直流电压 稳压原理基于负反馈 2020 4 23 低频电子线路 78 工作原理分析 如果电网电压不稳 使输出直流电压Uo增大 经光耦合器隔离 误差放大器反相输入端电压增大 其输出减小 该电压 UC 与