数字模拟电路PPT课件第八章 直流电源

1、(8-1)第第8章章 直流电源直流电源(8-2)第第8章章 直流电源直流电源8.1单相整流电路单相整流电路8.2 滤波电路滤波电路8.3稳压电路稳压电路8.4集成稳压电路集成稳压电路8.5开关型稳压电路开关型稳压电路(8-3) 电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流变为合适的交流电压电压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路 整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。 滤波电路滤波电路: 将脉动直流电

2、压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流转变为平滑的直流电压电压u4。 稳压电路稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持保持输出电压输出电压uo的稳定。的稳定。直流电源的组成直流电源的组成(8-4)整流电路的任务：整流电路的任务：把交流电压转变为单向脉动的把交流电压转变为单向脉动的直流电压。直流电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻

3、为零，反向电阻为无穷大。8.1 单相整流电路单相整流电路(8-5)8.1.1单相半波整流电路单相半波整流电路u2 0 时，二极管导通。时，二极管导通。忽略二极管正向压降：忽略二极管正向压降： uo=u2u20 时时d1,d3导通导通d2,d4截止截止电流通路电流通路:a d1rld3bu20 时时d2,d4导通导通d1,d3截止截止电流通路电流通路:b d2rld4a输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形ud4,ud2ud3,ud1tuou2d4d2d1d3rluoab(8-11)单相桥式整流电路波形图单

4、相桥式整流电路波形图 u.tduu202oo9021 2.直流电压直流电压uo和直流电流和直流电流io的计算的计算l2loo9 . 0rurui l2od45. 021ruii 3. 整流二极管的主要参数选择整流二极管的主要参数选择选管依据：选管依据：2rmr2df245. 0uuuruiil (8-12)4.输出电压脉动系数输出电压脉动系数%673222324oo1m uus将输出电压将输出电压uo用傅里叶级数展开得用傅里叶级数展开得)6cos3544cos1542cos342(22otttuu (8-13)几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+ a c -+- + - (8-1

5、4)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，或并联，或电感与负载电感与负载rl串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电直流电压压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理：原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 滤掉整流电滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。份，达到平滑输出电压波形的目的。8.2 滤波电路滤波电路(8-15)8.2.1 电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单

6、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。桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bd4d2d1d3rluosc+1. 1. 电路及工作原理电路及工作原理(8-16)1). 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)u2tuot设设t1时刻时刻接通电源接通电源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au1u2u1bd4d2d1d3rluosc+(8-17)2). 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)u2tuot电容通过电容通过rl放电，在整放电，

7、在整流电路电压小于电容电流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bd4d2d1d3rluosc+(8-18)u2tuot只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于uo时，才时，才有充电电流有充电电流id 。因。因此整流电路的输出此整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。整流电路的整流电路的输出电流输出电流idau1u2u1bd4d2d1d3rluosc+id可见，采用电容滤波时，可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。整流管的导通角较小。(8-19)u2tuot电容充电时，电容电容充

8、电时，电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流rlc越小，输出电越小，输出电压越低。压越低。3). rl接入（且接入（且rlc较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)au1u2u1bd4d2d1d3rluosc+(8-20)一般取一般取2)53(ldtcr (t:电源电压的周期电源电压的周期)近似估算近似估算:uo=1.2u2。(2) 放电时间常数越大，放电越慢，输出脉动越小。放电时间常数越大，放电越慢，输出脉动越小。(3)rlc 越大越大 uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 id的峰值电流越大

9、的峰值电流越大最好选用硅管，比锗管更耐冲击电流。最好选用硅管，比锗管更耐冲击电流。(1) 输出电压输出电压 的脉动成分降低，平均值提高。的脉动成分降低，平均值提高。rlc 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 uo(平均值平均值)愈大愈大2. 2. 电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(8-21)loof21)32(2)32(ruii 二极管的最大整流电流为：二极管的最大整流电流为：3. 3. 整流二极管主要参数的选择整流二极管主要参数的选择二极管的最高反向电压为：二极管的最高反向电压为：2rmr2uuu 4. 4. 滤波电容的选择滤波电容的选择l2)53(rtc 应选电解电容，其耐压值应大

10、于应选电解电容，其耐压值应大于22u(8-22)输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 rl 或或 c 的变化而改变的变化而改变结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。较小且负载变动不大的场合。5.电容滤波电路的外特性电容滤波电路的外特性上图为负载电阻上图为负载电阻 rl 不变，不变， c 变化时的外特性。变化时的外特性。(8-23)8.2.2其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：采取多级滤波。如：l-c 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤

11、波后面再接一电容。rc 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级rc滤滤波电路。波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。lc 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接l-c 型型滤波电路。滤波电路。(8-24)1.电感滤波电路电感滤波电路lu2u1uorl+_+_+_d4d2d1d3(8-25)lu2u1uorld4d2d1d3+_+_+_d1电感滤波电路波形图电感滤波电路波形图(8-26)改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波。如：采取多级滤波。如：l-c 型滤波电路：型滤波电

12、路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。电阻电阻 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级rc滤波电路。滤波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。电感电感 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接l-c 型型滤波电路。滤波电路。2.复合滤波电路复合滤波电路(8-27)稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。电路最简单，但电路最简单，

13、但是带负载能力差，是带负载能力差，一般只提供基准一般只提供基准电压，不作为电电压，不作为电源使用。源使用。效率较高，目效率较高，目前用的也比较前用的也比较多，但因学时多，但因学时有限，这里不有限，这里不做介绍。做介绍。8.3 稳压电路稳压电路(8-28)8.3.1稳压电路的主要指标稳压电路的主要指标1.稳压系数稳压系数 sr稳压系数稳压系数sr反映电网电压波动时对稳压电路的影响。反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。电压的相对变化量之比。常常数数 liioor/ruuuus 2.输出

14、电阻输出电阻ro输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。常常数数 iooouiur (8-29)8.3.2 稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 电路及工作原理电路及工作原理iu u iuiuouoiluouorliiziiziur2).负载变化负载变化1).电源电压变化电源电压变化uoizdzriliuirl+_+_(8-30)2. 指标计算指标计算iu u i1

15、).稳压系数稳压系数2).输出电阻输出电阻rozzo/rrrr zzlzlio/rrrrrrrruuz zizzoiioruurrruuuus uoizdzriliuirl+_+_rz+ uirlr_ uo_+动态等效电路动态等效电路(8-31)3. 元件参数的确定元件参数的确定iu u ia).ui最高最高maxzminziiiz maxzminlzimiiruuax b).ui最低最低zminlmaxziminiiruu uoizdzriliuirl+_+_1).限流电阻限流电阻r的确定的确定maxlzmaxzmaxlzimruiruurax 将将lmaxminlruiz 代入得：代入得：

16、lminzminlminziminruiruurz 将将lminmaxlruiz 代入得：代入得：(8-32)iu u iuoizdzriliuirl+_+_2). 稳压管参数的确定稳压管参数的确定oi)32(uu ozuu lmaxzmax)35 . 1 (ii (8-33)例例8.3.1稳压电路如图稳压电路如图,已知：已知： 20ma,0v,910%,v,20loi iuu解：解：(1)（1）选择）选择限流限流电阻电阻r。a028. 0925. 0zzzmax upi（2）初选的稳压管是否合理？如不合理，应如何调整？）初选的稳压管是否合理？如不合理，应如何调整？46400.0289-22l

17、minzmaxzimax iiuur3600.020.0059-18lmaxzminzimin iiuuruoizdzriliuirl+_+_5ma)25w,. 0v,9(162zminzz ipucw初选稳压管初选稳压管v2218%)101 (20 iu的变化范围的变化范围矛盾矛盾(8-34)例例8.3.1稳压电路如图稳压电路如图,已知：已知： 20ma,0v,910%,v,20loi iuu解：解：a111. 091zzzmax upi（2）初选的稳压管不合理。）初选的稳压管不合理。11700.1119-22lminzmaxzimax iiuur1800.020.039-18lmaxzmi

18、nzimin iiuuruoizdzriliuirl+_+_5ma)25w,. 0v,9(162zminzz ipucw初选稳压管初选稳压管v2218%)101 (20 iu的变化范围的变化范围选选150 、2w的碳膜电阻。的碳膜电阻。30ma)1w,v,9(212zminzz ipuecw重选稳压管重选稳压管1.13w1509)-(22,1502r pr(8-35)8.3.3 串联型稳压电路串联型稳压电路1. 串联型稳压电路的结构及工作原理串联型稳压电路的结构及工作原理调整元件调整元件t：与负载串联，通过全部负载电流。与负载串联，通过全部负载电流。比较放大器：比较放大器：可以是可以是单管放大

19、电路单管放大电路，差动放大电路差动放大电路，集成运算放大器集成运算放大器。基准电压：基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压输出电压uo的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。t+uiuo比较放大比较放大基基 准电压准电压取取 样环节样环节ureffuo+c2rl调整元件调整元件+c1(8-36)r4t1t2uzr1rwr2rluo+_+_uiufr3+_+_稳压原理稳压原理uoufuo当当 ui 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 uo升高时升高时串联型稳压电路串联型稳压电路ib2ib1uc2ic2uce1(8-37)输出电

20、压的调节范围输出电压的调节范围 be2z2ww21ominuurrrrru be2z2w21omaxuurrrru r4t1t2uzr1rwr2rluo+_+_uiufr3+_+_wr调整到最上端：调整到最上端：wr调整到最下端：调整到最下端：(8-38)影响稳压特性的主要因素影响稳压特性的主要因素 2. 流过稳压管的电流随流过稳压管的电流随 ui 波动，使波动，使uz 不稳定，不稳定，降低了稳压精度。降低了稳压精度。1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例如：电路对电网电压的波动抑制能力较差。例如：uiuc2 uo 3. 温度变化时，温度变化时，t2组成的放大电路产生零点组成的放大电路产生

21、零点漂移，输出电压的稳定度变差。漂移，输出电压的稳定度变差。r4t1t2uzr1rwr2rluo+_+_uiufr3+_+_(8-39)改进措施改进措施 1. 选用差动放大器或运放构成的放大器代替选用差动放大器或运放构成的放大器代替t2管构管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。成的放大器，可以解决零点漂移的问题。2. 采用辅助电源作为比较放大部分的电源。采用辅助电源作为比较放大部分的电源。3. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。(8-40)为使电路正常工作，要求为使电路正常工作，要求:2w21ref21refbo)1(rrrrurruuu 2

22、. 由运算放大器组成的串联型稳压电路由运算放大器组成的串联型稳压电路 vuu35 . 2oi 稳压原理稳压原理uoufuoibubuce输出电压为：输出电压为：uitr 1r 2rluorwrdz+ +urefufub+(8-41)随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压器。本节

23、主要介绍常用的本节主要介绍常用的cw78系列系列三端集成稳三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。环节。8.4 集成稳压电路集成稳压电路(8-42)注：注：型号后型号后xx两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5v、6v、9v、12v 、15v、 18v、 24v 。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压

24、cw78xx负稳压负稳压cw79xx集成稳压电源的分类集成稳压电源的分类(8-43)1端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端cw78系列稳压器外形系列稳压器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 输入端输入端3端端: 输出端输出端cw79系列稳压器外形系列稳压器外形123三端集成稳压器三端集成稳压器(8-44)8.4.1集成三端稳压器的基本应用电路集成三端稳压器的基本应用电路1.输出为固定正压时的典型接法输出为固定正压时的典型接法注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3v！+_cw78xx系列稳压器系列稳压器 典型接法典型接法cocw78xxciui+_uo1320.33 f0.1f(8-45)2.输出为固定负电压时的典型接法输出为固