模拟电路直流电源

1、第第1010章章 直流电源直流电源习题：习题：10-5、 10-10、 10-11、 10-17、 10-19作业：作业：10.1 整流电路整流电路10.2 滤波电路滤波电路10.3 稳压电路稳压电路10.4 集成稳压器及其应用集成稳压器及其应用第第1010章章 直流电源直流电源直流稳压电源原理框图及波形图直流稳压电源原理框图及波形图（1）电源变压器）电源变压器 其作用是将来自电网的有效值为其作用是将来自电网的有效值为220V 的交流电压转换为符合整流需要的有效值较低的交流电压。的交流电压转换为符合整流需要的有效值较低的交流电压。（2）整流电路）整流电路 利用具有单向导电性能的整流元件，将利用

2、具有单向导电性能的整流元件，将 正弦交流电压正弦交流电压u2变为单向脉动电压变为单向脉动电压u3。（3）滤波电路）滤波电路 利用电容、电感元件的频率特性，将直利用电容、电感元件的频率特性，将直 流脉动电压中的谐波成分滤除掉，使电压流脉动电压中的谐波成分滤除掉，使电压u3成为比较平滑成为比较平滑 的脉动直流电压的脉动直流电压u4。 （4）稳压电路）稳压电路 当电网电压波动或负载变动时，经滤波当电网电压波动或负载变动时，经滤波 后的直流电压大小还会变动。稳压电路的作用是使直流输后的直流电压大小还会变动。稳压电路的作用是使直流输 出电压基本不受上述因素的影响。出电压基本不受上述因素的影响。 10.1

3、 整流电路整流电路10.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路1.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理2.2.电路参数分析电路参数分析（负载电阻上电压的平均值）（负载电阻上电压的平均值）)(sin22120O(AV)ttdUU t= 0 时时：tUuosin22 t= 2 时时：0ou解得解得:UO(A V)=2245. 02UUIO(A V)=UO(A V)RL =0.45U2RL 整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。O(AV)O1MUUS S越大，脉动越大。越大，脉动越大。经推导经推导：S 1.573.3.ID(A V)= IO(A

4、V) 0.45U2 /RL半波整流电路中，半波整流电路中，二极二极管的正向平均电流管的正向平均电流等于等于负载电流平均值负载电流平均值: : URM= 2U2二极管承受的最大反向电二极管承受的最大反向电压压等于变压器副边的峰值等于变压器副边的峰值电压电压:4.4.单相半波整流电路简单易行单相半波整流电路简单易行;由于它仅利用了交流电路的半个周期，所以输出电由于它仅利用了交流电路的半个周期，所以输出电压低，脉动大（即交流分量大），压低，脉动大（即交流分量大）， 效率低。效率低。只适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。只适用于整流电流较小，对脉动要求不高的场合。10.1.2 单相桥式整流电路单

5、相桥式整流电路1.1.电路组成及工作原理电路组成及工作原理一般画法一般画法 简化画法简化画法工作原理工作原理D1和和D2导通导通, ,D3和和D4截止截止( (相当于开路相当于开路) )Tio+u2u1RLuo+D4D2D3D1+D3 和和 D4导通导通, , D1和和 D2截止。截止。 u2Tu1RLD4D2D3uoioD1+o t 2 3 u22U2 touo 2 3 2U2 touD2U2 2 3 toiDIm 2 3 D1、D2电流D3、D4电流D3、D4电压D1、D2电压, 解得解得:UO(A V) 0.9U2ttdUUsin2120O(AV)67.0O(AV)O1MUUS0.9U2

6、RLIO(A V)=UO(AV)RL 3.3.ID(AV)= IO(A V) / 2 0.45U2 /RL（同半波整流电路）（同半波整流电路）URmax= 2U2（同半波整流电路）（同半波整流电路）每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，故每个故每个二极管的平均电流二极管的平均电流只有负载上平均电流的一半。只有负载上平均电流的一半。二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值等于变压器副边的峰值电压。电压。4.4.1） 桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的桥式整流电路与半波整流电路相比，在相同的 变压器副边电压

7、下，对二极管要求相同。变压器副边电压下，对二极管要求相同。2）桥式整流电路的输出电压与输出电流的平均值是）桥式整流电路的输出电压与输出电流的平均值是 半波整流电路的两倍。半波整流电路的两倍。3）输出电压高，脉动小，变压器利用率高，因此得）输出电压高，脉动小，变压器利用率高，因此得 到广泛应用。到广泛应用。10.2 滤波电路滤波电路二极管导通时给电容充电二极管导通时给电容充电, ,二极管截止时电容向负载放电二极管截止时电容向负载放电 1.1.u2Tu1RLD1D4D2D3uoioCuC滤波后输出电压滤波后输出电压 uo 的波形变得平滑的波形变得平滑, ,平均值提高。平均值提高。+- -tiD0t

8、uO2U2t1t4t3t2 02.2.红：红：U2正半周；正半周；绿：绿： U2负半周。负半周。放电时间常数由放电时间常数由RLC决定。决定。AB段段D1、D2通，通，C充电充电uo= uc = u2 BC段段D1、D2止，止，C放电放电uo= uc u2 CD段段D1、D2止，止，C放电放电uo= uc u2Uo(AV) 1.2U2RLC =（2 5）T/2时时导通角导通角 为了减小输出电压的脉动程度，在滤波电容之前串接为了减小输出电压的脉动程度，在滤波电容之前串接一个铁心线圈，就组成了电感电容滤波（一个铁心线圈，就组成了电感电容滤波（LCLC滤波）电路滤波）电路 由于通过电感线圈的由于通过

9、电感线圈的电流发生变化时，线圈中电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大大流和负载电压的脉动大大减小减小 频率越高频率越高，电感越大电感越大，滤波效果越好。滤波效果越好。 LC - - 形滤波电路相当于在形滤波电路相当于在LC 滤波电路的前面并联一滤波电路的前面并联一个滤波电容个滤波电容 LC 滤波更好，但整流滤波更好，但整流二极管的冲击电流较大。二极管的冲击电流较大。1C 由于电感线圈体积大而且笨重，成本又高，所以由于电感线圈体积大而且笨重，成本又高，所以有时用电阻有时用电阻R代替代替 形滤波电路中的形

10、滤波电路中的电感线圈，构成电感线圈，构成了了RC - - 形滤波电路。它是利用形滤波电路。它是利用R和和C对输入回路整对输入回路整流后电压的交直流分量的不同分压作用来实现滤波作流后电压的交直流分量的不同分压作用来实现滤波作用的用的。 二倍压整流电路二倍压整流电路当变压器二次电压为正半周当变压器二次电压为正半周（u2的极性为上正下负）时，的极性为上正下负）时，二极管二极管VD1导通，在理想情况下，导通，在理想情况下，将电容将电容C1充电至充电至u2的最大值的最大值 , 极性如图中所示。在负半周时，极性如图中所示。在负半周时，VD2导通导通, 将电容将电容C2充电充电至至 , 极性如图中所示。由图

11、中可见，负载极性如图中所示。由图中可见，负载RL上的输上的输出电压是两个电容电压之和，即为出电压是两个电容电压之和，即为 。22U22U222U多倍压整流电路多倍压整流电路当当u2为正半周（极性为上正下负）时，电源电压通过为正半周（极性为上正下负）时，电源电压通过VD1将电容将电容C1充电至充电至 。然后，在。然后，在u2负半周（上负下正）负半周（上负下正）时，时，VD2导通。此时导通。此时C1上的电压上的电压 与与u2的极性一致，它的极性一致，它们共同将电容们共同将电容C2充电到充电到 。22U222U1Cu10.3 稳压电路稳压电路 当电网电压波动和负载变化时，整流滤波电路的当电网电压波动

12、和负载变化时，整流滤波电路的输出电压会随之变化。为了能够提供更加稳定的直流输出电压会随之变化。为了能够提供更加稳定的直流电源，需要在整流滤波后面加入稳压电路。电源，需要在整流滤波后面加入稳压电路。常数LRIIOOrUUUUS常数T 负载及环境温度负载及环境温度 T不变时不变时, ,直流输出电压直流输出电压 的相对变的相对变化量与稳压电路输入电压化量与稳压电路输入电压 的相对变化量之比。的相对变化量之比。OUIU 稳压电路输入电压一定时，输出电压变化量与输出稳压电路输入电压一定时，输出电压变化量与输出 电流变化量之比的绝对值。电流变化量之比的绝对值。常数IUOOOIUR常数T 稳压电路输出端的交

13、流分量，用有效值或幅值表示。稳压电路输出端的交流分量，用有效值或幅值表示。LROZRORIIII ,UUURL IO I UO(UZ) IZ I UO 当负载发生变化时（设输入电压保持不变）：当负载发生变化时（设输入电压保持不变）：UI UO (UZ ) IZ I UR UO 当电网电压变化时（设负载电阻保持不变）：当电网电压变化时（设负载电阻保持不变）： ZU当电网电压最高而负载电流最小时，流过稳压管的电流当电网电压最高而负载电流最小时，流过稳压管的电流最大最大当电网电压最低而负载电流最大时，流过稳压管的电流当电网电压最低而负载电流最大时，流过稳压管的电流最小最小 minminOmaxZZa

14、xImmaxZminOZaxImRIIUURIIRUUmaxmaxOminZZinImminZmaxOZinImRIIUURIIRUUmaxZZminZIII选择限流电阻。，试，设稳压管的例30060012155406310minLmaxLinImaxImminZmaxZZRRVUVUmAImAIVU解：mAA.VRUImaxLZminO100106006mAA.VRUIminLZmaxO2002030062400200050612180010040615）（）（.RR.RRmaxmin 稳压管稳压电路在输出电压不需调节、负载电流稳压管稳压电路在输出电压不需调节、负载电流比较小的情况下，效果比

15、较好。比较小的情况下，效果比较好。1.1.输出电压由稳压管的型号决定，不可随意调节；输出电压由稳压管的型号决定，不可随意调节；2.2.电网电压和负载电流的变化太大时，电路将不能电网电压和负载电流的变化太大时，电路将不能适应。适应。缺点：缺点： 线性串联型稳压电路是在稳压管稳压电路的基线性串联型稳压电路是在稳压管稳压电路的基础上，增加了调整元件、比较放大电路、取样电础上，增加了调整元件、比较放大电路、取样电路等环节。利用晶体管的放大作用，加大输出电路等环节。利用晶体管的放大作用，加大输出电流，并引入深度电压负反馈以稳定输出电压。同流，并引入深度电压负反馈以稳定输出电压。同时，可以通过改变电路参数

16、，使输出电压具有一时，可以通过改变电路参数，使输出电压具有一定的调节范围。定的调节范围。1.1.线性串联型稳压电路的基本组成线性串联型稳压电路的基本组成 2.2.稳压原理稳压原理 当输入电压波动或负载变化引起输出电压当输入电压波动或负载变化引起输出电压U UO O升高升高时，输出电压的变化通过取样值时，输出电压的变化通过取样值U Uf f反馈到运放的反相反馈到运放的反相输入端。因同相输入端接基准电压输入端。因同相输入端接基准电压U UZ Z，经比较放大后，经比较放大后，使运放使运放A A的输出电压（即的输出电压（即VTVT的基极电压）降低。因为的基极电压）降低。因为VTVT接成了射极跟随器，所

17、以输出电压接成了射极跟随器，所以输出电压U UO O也随之降低。也随之降低。这一稳压过程可简单表示为：这一稳压过程可简单表示为：UZ一定一定UO Uf UB UO 3.3.输出电压及其调节范围输出电压及其调节范围ZOURRRRU52411理想情况下理想情况下, UN=UP=UZ。所以输出电压为。所以输出电压为最小，为时，输出电压的滑动点在最上端，即当RPRRRP5ZRPmaxOOURRRRUU221ZRPRPminOOURRRRRUU221最大，为时，输出电压的滑动点在最下端，即当05RRP4.4.能隙基准电压源电路能隙基准电压源电路 线性串联型稳压电路的输出电压与基准电压密切相线性串联型稳压

18、电路的输出电压与基准电压密切相关，基准电压源的性能直接影响着稳压电源的性能。关，基准电压源的性能直接影响着稳压电源的性能。 采用稳压管做基准电压源，它的优点是电路简单，采用稳压管做基准电压源，它的优点是电路简单，但存在输出电阻大、噪声电平较高的弊端。但存在输出电阻大、噪声电平较高的弊端。 性能好的基准电压源应该输出电阻小、噪声低、温性能好的基准电压源应该输出电阻小、噪声低、温度稳定性好。目前，被广泛采用的能隙基准电压源（又度稳定性好。目前，被广泛采用的能隙基准电压源（又叫带隙基准电压源）就具备上述优点。叫带隙基准电压源）就具备上述优点。2232321RIUUIRVTVTBEREF该电路的基准电

19、压为由微电流源提供。流源，构成微电和、电压与温度无关。温度补偿，从而使基准两者叠加可较好地实现具有正温度系数，项具有负温度系数，第二第一项223RIUBE极高。源电路，其温度稳定性该电路叫能隙基准电压 线性串联型稳压电路中，调整管工作在线性放大区。线性串联型稳压电路中，调整管工作在线性放大区。这种电路结构简单，输出纹波小，稳压性能好。但是，在这种电路结构简单，输出纹波小，稳压性能好。但是，在负载电流较大时，调整管的集电极损耗（负载电流较大时，调整管的集电极损耗（P PC C=V=VCECEI IO O）相当）相当大（调整管与负载串联，通过负载电流），电源效率较低大（调整管与负载串联，通过负载电

20、流），电源效率较低，一般为，一般为40%-60%,40%-60%,往往需配置笨重的散热装置。往往需配置笨重的散热装置。 将稳压电源改为开关式。即电源中的调整管主要工作将稳压电源改为开关式。即电源中的调整管主要工作在饱和导通和截止两种状态。在调整管饱和导通时，管子在饱和导通和截止两种状态。在调整管饱和导通时，管子压降压降U UCESCES很小；在调整管截止时，管子电流很小；在调整管截止时，管子电流I ICECE也很小，所也很小，所以调整管的管耗很小，并且主要发生在状态转换过程中。以调整管的管耗很小，并且主要发生在状态转换过程中。这样，电源效率可提高到这样，电源效率可提高到80%-95%,80%-

21、95%,同时省去了笨重的散热同时省去了笨重的散热装置，体积小、重量轻。装置，体积小、重量轻。 开关式稳压电源的主要缺点是输出电压所含纹波较大开关式稳压电源的主要缺点是输出电压所含纹波较大，对电子设备有较大干扰。，对电子设备有较大干扰。10.4 集成稳压器及其应用集成稳压器及其应用10.4.1 线性集成稳压器及其应用线性集成稳压器及其应用 在线性集成稳压器件中，在线性集成稳压器件中，“三端集成稳压器三端集成稳压器”只只有三个引脚，即输入端、输出端和公共端（或调整端有三个引脚，即输入端、输出端和公共端（或调整端），因此而得名。），因此而得名。 三端集成稳压器按输出电压是否可调分为三端集成稳压器按输

22、出电压是否可调分为“固定固定式式”和和“可调式可调式”两类。两类。1.1.输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器正电源正电源W7800系列：系列：输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：输出电流： W7800系列系列1.5A； W78M00系列系列0.5A ； W78L00系列系列0.1A负电源负电源W7900系列：系列：输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、 15V、 18V、24V输出电流：同上输出电流：同上W78XX型型三端集成稳压器的外形、图形符号如图所示三端集成稳压器的外形、图形符号如图所示CW7800CW79001+23_2_三端集成稳压器的电路符号三端集成稳压器的电路符号31负输出负输出正输出正输出输入端输入端输入端输入端输出端输出端输出端输出端公共端公共端公共端公共端W7805的内部电路结构框图的内部电路结构框图2.2.输出电压可调的三端集成稳压器输出电压可调的三端集成稳压器 可调式三端集成稳压器的特点是输出电压连续可调可调式三端集成稳压器的特点是输出电压连续可调。这类器件是依靠外接电阻来调节输出电压的，输出电。这类器件是依靠外接电阻来调节输出电压的，输出电压的调节范围较宽。其外形、图形符号如图所示。压的