模拟电路4 课件10

1、第十章第十章直流电源直流电源 10.1直流电源的组成及各部分作用直流电源的组成及各部分作用 10.2整流电路整流电路 10.3滤波电路滤波电路 10.4稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路 10.5串联型稳压电路串联型稳压电路 10.6开关型稳压电路开关型稳压电路 10.1直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用 图图 10.1.1直流稳压电源的方框图直流稳压电源的方框图 电网电网 电压电压 电源电源 变压器变压器 整流整流 电路电路 滤波滤波 电路电路 稳压稳压 电路电路 负负 载载 整流：整流：将交流变为直流的过程。将交流变为直流的过程。 滤波：滤波：将脉动的直流电压变为平

2、滑的直流电压。将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。 10.2整流电路整流电路 10.2.1整流电路的分析方法及其基本参数整流电路的分析方法及其基本参数 tU sin2 2 L R U22 2 2U 2 2U 优点：使用元件少。优点：使用元件少。 缺点：输出波形脉动大；直缺点：输出波形脉动大；直 流成分小；变压器利用率低。流成分小；变压器利用率低。 图图 10.2.2 一、工作原理一、工作原理 图图 10.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路 二、主要参数二、主要参数 1.输出电压平均值输出电压平均值 UO( (AV) ) 输出电压平均值就是负输出电压平均值就是负 载电阻上电压的平均值载电阻上

3、电压的平均值 )(d 2 1 2 0 oO(AV) tuU 22 0 2O(AV) 45. 0 2 )(tdsin2 1 UUtUU 2.负载电流的平均值负载电流的平均值 L 2 L AVO AVO R U45. 0 R U I ）（ ）（ 3.脉动系数脉动系数 O(AV) O1m U U S 三、二极管的选择三、二极管的选择 根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电 压来选择二极管的型号。压来选择二极管的型号。 二极管的正向电流等于负载电流平均值二极管的正向电流等于负载电流平均值 L 2 AVOAVD R U45. 0 II ）（）（

4、二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压 2maxR 2UU 对于二极管最大整流平均电对于二极管最大整流平均电 流流IF和最高反向工作电压和最高反向工作电压UR 均应留均应留10%的余地，以保证的余地，以保证 二极管安全工作。二极管安全工作。 L 2 AVOF R U2 1 . 1I 1 . 1I ）（ 2R 21 . 1UU 10.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路 图图 10.2.4单向桥式整流电路单向桥式整流电路 图图 10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法单向桥式整流电路的习惯画法 一、单向桥式整流一、单向桥式整流 电路的组成

5、电路的组成 在实用电路中，多采用全在实用电路中，多采用全 波整流电路，最常用的是波整流电路，最常用的是 单向桥式整流电路单向桥式整流电路 二、工作原理二、工作原理 1. u2 0时，电流由时，电流由+流出，经流出，经 D1、RL、D2流入流入-。 2. u2 0时，电流由时，电流由-流出，经流出，经 D3、RL、D4流入流入+。 iD1 iD2 iD3 iD4 uD3 uD4uD1 uD2 图图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图单相桥式整流电路的波形图 三、输出电压平均值三、输出电压平均值 UO( (AV) ) 和输出电流的平均值和输出电流的平均值IO( (AV) ) 22 0 2O(AV

6、) 9 . 0 22 )(tdsin2 1 UUtUU L 2 L AVO AVO R U9 . 0 R U I ）（ ）（ 脉动系数：脉动系数： )4cos 15 4 2cos 3 42 (2 2O ttUu 67. 0 22 3 24 2 2 O(AV) O1m U U U U S 四、二极管的选择四、二极管的选择 每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以 每只每只二极管的平均电流二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。只有负载电阻上电流平均值的一半。 L 2AVO AVD R U45. 0 2 I I ）（ ）（ 二

7、极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压 2maxR 2UU 对于二极管对于二极管最大整流平均电最大整流平均电 流流IF和和最高反向工作电压最高反向工作电压UR 均应留均应留10%的余地，以保证的余地，以保证 二极管安全工作。二极管安全工作。 L 2AVO F R U2 1 . 1 2 I 1 . 1 I ）（ 2R 21 . 1UU 如何实现正、负电源？如何实现正、负电源？ 将桥式整流电路变压器副边将桥式整流电路变压器副边 中点接地，并将二个负载电中点接地，并将二个负载电 阻相连接，且连接点接地。阻相连接，且连接点接地。 三相整流电路三相

8、整流电路 图图10.2.7利用桥式整流电路实现利用桥式整流电路实现 正、负电源正、负电源 图图10.2.8三相整流电路三相整流电路 uO1 1 为正；为正； uO2 2为负为负 变压器副边的三个端均应接变压器副边的三个端均应接 二只二极管，一只接阳极，二只二极管，一只接阳极， 另一只另一只 接阴极。接阴极。 D1 D2 D3轮流导通，阳极电位高轮流导通，阳极电位高 的的D先导通；先导通； D4D5D6轮流导通，轮流导通， 阴极电位低的阴极电位低的D先导通。先导通。 滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点: 电容与负载电容与负载 RL 并联，并联， 或电感与负载或电感与负载RL串联。串联。 交流交

9、流 电压电压 脉动脉动 直流电压直流电压 整流整流 滤波滤波 直流直流 电压电压 RL L RLC 10.3滤波电路滤波电路 滤波：滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。 10.3.1电容滤波电路电容滤波电路 图图 10.3.1(a)滤波电路滤波电路 滤波电路滤波电路 滤波电容容量较大，一般采滤波电容容量较大，一般采 用电解电容器。用电解电容器。 电容滤波电路利用电容的充放电容滤波电路利用电容的充放 电作用，使输出电压趋于平滑。电作用，使输出电压趋于平滑。 滤波电路输出电压波形滤波电路输出电压波形 (b)理想情况下的波形理想情况下的波形 (c)考虑整流电路

10、内阻时的波形考虑整流电路内阻时的波形 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析， 其电路如图所示。其电路如图所示。 一、滤波原理一、滤波原理 a 桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路 u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C （电容器的充、放电）（电容器的充、放电） RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) u2 t uo t 设设t1时刻接时刻接 通电源通电源 t1 整流电路为整流电路为 电容充电电容充电 充电结束充电结束 没有电容没有电容 时的输出时的输出 波形波形 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3

11、RL uo S C uc RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻) u2 t uo t 无滤波电容无滤波电容 时的波形时的波形 加入滤波电容加入滤波电容 时的波形时的波形 充电充电 放电放电 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C uo t u2上升，上升， u2大于电容大于电容 上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电， uo= uc u2 时间常数时间常数 = (RL / Rint ) C u2下降，下降， u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。 电容电容C

12、通过通过RL放电，放电， uc按指数按指数 规律下降，时间常数规律下降，时间常数 = RL C 放电时间常数放电时间常数 远远大于远远大于充电时间常数充电时间常数 ， 滤波效果取决于放电滤波效果取决于放电 ，其值愈大，滤波效果愈好。，其值愈大，滤波效果愈好。 二、输出电压平均值二、输出电压平均值 ) 4 1 (2 2 UU U 2 OminOmax AVO CR T U L ）（ 当负载开路时当负载开路时 2O(AV) 2UU 当当RLC（35)T/2时时 2AVO U2 . 1U ）（ 考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于 2 21 . 1U 三、脉动系数

13、三、脉动系数 S 约为约为 10% 20% 1 4 1 O(AV) O1m CR U U S L u2 t uo t 只有整流电路输出电只有整流电路输出电 压大于压大于u uc c时，才有充时，才有充 电电流。因此二极管电电流。因此二极管 中的电流是脉冲波。中的电流是脉冲波。 二极管中的二极管中的 电流电流 充电电流充电电流 a u1 u2 u1 b D4 D2 D1 D3 RL uo S C 四、整流二极管的导通角四、整流二极管的导通角 二极管的导通角二极管的导通角 五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性 1.输出特性输出特性 当滤波电容选定后，输出电当滤波

14、电容选定后，输出电 压平均值压平均值UO（ （AV）和输出电流 和输出电流 平均值平均值IO（ （AV）的关系。 的关系。 2.滤波特性滤波特性 脉动系数脉动系数S和输出电流平均和输出电流平均 值值IO（ （A V）的关系。 的关系。 图图10.3.5a电容滤波电路的输出特性电容滤波电路的输出特性 图图10.3.5b电容滤波电路滤波的特性电容滤波电路滤波的特性 10.3.2倍压整流电路倍压整流电路 1.二倍压整流电路二倍压整流电路 2 2U iD1 iD2 2 2U 图图 10.3.6二倍压整流电路二倍压整流电路 负载上的电压在理想情况下是变压器副边电压的二倍负载上的电压在理想情况下是变压器副

15、边电压的二倍 2 22 UU O + _ 2.多倍压整流电路多倍压整流电路 + - - +- - 2 2U - - + + u2 + 2 22U + 2 22U + 2 22U + 2 22U + 2 22U 适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。 图图 10.3.7多倍压整流电路多倍压整流电路 10.3.3其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路 一、电感滤波电路一、电感滤波电路 L愈大，滤波效果愈好；愈大，滤波效果愈好； 适用于负载电流较大的场合。适用于负载电流较大的场合。 二、二、 LC滤波电路滤波电路 输出直流电压为：输出直流电压为： 2O

16、(AV)O(AV) 9 . 0 UUU 脉动系数脉动系数 S ： S LC S 2 1 适用于各种场合。适用于各种场合。 图图 10.3.8单相桥式电感滤波电路单相桥式电感滤波电路 图图 10.3.9复式滤波电路复式滤波电路(a) 2O(AV)O(AV) 9 . 0 UUU 三、三、LC - 型滤波电路型滤波电路 图图 10.3.9复式滤波电路复式滤波电路(b) 四、四、RC - 型滤波电路型滤波电路 图图 10.3.9复式滤波电路复式滤波电路(c) O(AV) L L O(AV) U RR R U S RRC S )/( 1 L2 适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合适用于负载电

17、流较小的场合适用于负载电流较小的场合 2O(AV)O(AV) 2 . 1 UUU 2O(AV)O(AV) 2 . 1 UUU 三、各种滤波电路的比较三、各种滤波电路的比较 表表10 .3.1各种滤波电路的性能比较各种滤波电路的性能比较 序号序号 性能性能 类型类型 U O（ （AV）/U2 适用场合适用场合 整流管的整流管的 冲击电流冲击电流 和导通角和导通角 外特性外特性 1电容滤波电容滤波 1.2小电流小电流大大/小小软软 2RC - 型滤波型滤波 1.2小电流小电流大大/小小更软更软 3LC - 型滤波型滤波 1.2小电流小电流大大/小小软软 4电感滤波电感滤波0.9大电流大电流小小/大

18、大硬硬 5LC 滤波滤波0.9适应性较强适应性较强小小/大大硬硬 10.5串联型稳压电路串联型稳压电路 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调。输出电流较小，输出电压不可调。 串联型稳压电路串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体以稳压管稳压电路为基础，利用晶体 管的电流放大作用，增大负载电流；管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入电在电路中引入电 压负反馈使输出电压稳定；可通过改变反馈网络的参压负反馈使输出电压稳定；可通过改变反馈网络的参 数使输出电压可调。数使输出电压可调。 10.5.1串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理 一、基本调整管电

19、路一、基本调整管电路 D DZ Z (a)稳压管稳压电路稳压管稳压电路 基本调整管电路基本调整管电路 图图10.5.1(b)加晶体管扩大负载加晶体管扩大负载 电流的变化范围稳压电路电流的变化范围稳压电路 图图10.5.1(c)常见画法的稳压电路常见画法的稳压电路 T的工作电源为的工作电源为UI ，不稳定不稳定 “输入信号输入信号”为稳定电压为稳定电压UZ 在在UI变化或负载电阻变化或负载电阻RL变变 化时，输出电压基本不变。化时，输出电压基本不变。 稳压原理：晶体管的调节作用，稳压原理：晶体管的调节作用， T应工作在放大状态。应工作在放大状态。 调整管与负载串联调整管与负载串联 串联型稳压电源

20、电路串联型稳压电源电路 调整管工作在线性区调整管工作在线性区 线性稳压电源电路线性稳压电源电路 二、具有放大环节的串联型稳压电路二、具有放大环节的串联型稳压电路 基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路输出电压仍不可调节，且输出输出电压仍不可调节，且输出 电压将因电压将因UBE的变化而变化，稳定性较差。的变化而变化，稳定性较差。 1.电路的构成电路的构成 图图10.5.2具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路 (a)原理电路图原理电路图 电路组成电路组成 ( (b)b)常见画法常见画法 采样电路：采样电路：R R1 1、 R R2 2、 R R3 3 ； ； 比较放大电路：比较放

21、大电路：A； 基准电压电路：由基准电压电路：由R R 、VDVDZ Z 提供。 提供。 调整管：调整管：VT； 2.稳压原理稳压原理 UI UO UF UId UBE IC UO 图图10.5.2具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路 3.输出电压的可调范围输出电压的可调范围 由于由于 U+ = U ，UF = UZ， 所以所以 O 321 32 FZ U RRR RR UU 当当 R2 的滑动端调至最上端时，的滑动端调至最上端时， UO 为最小值为最小值 Z 32 321 O U RR RRR U Z 32 321 Omin U RR RRR U 当当 R2 的滑动端调至最

22、下端时，的滑动端调至最下端时， UO 为最大值，为最大值， Z 3 321 Omax U R RRR U 则：则： 图图 10.5.2串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路 4.调整管的选择调整管的选择 一、集电极最大允许电流一、集电极最大允许电流 ICM 二、集电极和发射极之间的最大允许电压二、集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO 三、集电极最大允许耗散功率三、集电极最大允许耗散功率 PCM LmaxCM II OminOminImax(BR)CEO 1 . 1UUUUU I LmaxOminLmaxOminImaxCM )1 . 1 ()(IUUIUUP I 四、稳压电路的输入

23、直流电压四、稳压电路的输入直流电压 V)83( OmaxI UU 五、变压器副边电压五、变压器副边电压 1.2 1 .1 I 2 U U 三、串联型稳压电路的方框图三、串联型稳压电路的方框图 实用的串联型稳压电路至少包括调整管、基准电压电实用的串联型稳压电路至少包括调整管、基准电压电 路、取样电路、比较放大电路四个部分组成。此外为路、取样电路、比较放大电路四个部分组成。此外为 使电路安全工作，还常在电路中加保护电路。使电路安全工作，还常在电路中加保护电路。 图图10.5.3串联型稳压电路的方框图串联型稳压电路的方框图 10.5.4三端稳压器的应用三端稳压器的应用 一、三端稳压器的外形及电路方框图一、三端稳压器的外形及电路方框图 图图10.5.16三端稳压器的外形和方框图三端稳压器的外形和方框图 金属封装金属封装 塑料封装塑料封装 不同封装形式、正负电源管脚号不同。不同封装形式、正负电源管脚号不同。图图(c)(d)为金属封装式为金属封装式。 二、二、W78XX应用应用 1. 基本应用电路基本应用电路 若输出电压较高，接一保护二极管若输出电压较高，接一保护二极管 D，以保护集以保护集 成稳压器内部的调整管。成稳压器内部的调整管。 图图 10.5.17三端集成稳压器基本应用电路三端集成稳压