模拟电子技术第九章

1、9.1 9.1 直流电源的组成直流电源的组成 第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源9.2 9.2 整流电路整流电路9.3 9.3 滤波电路滤波电路9.4 9.4 稳压电路稳压电路直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能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变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。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: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压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,保持输出电压

2、保持输出电压uo的稳定。的稳定。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo9.1 9.1 直流电源的组成直流电源的组成 1.半波整流电路半波整流电路二极管导通，二极管导通，uL=u2二极管截止二极管截止, uL=0+io+u2 0 时时:u20时时:一一. 单相整流电路单相整流电路u2uLuD t 2 3 4 0+12L+uR-L1u2u220VD9.2 9.2 整流电路整流电路主要参数：主要参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）输出电流平均值）

3、输出电流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL ）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u （3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL 220 V1212R2+Luuu2L1DD22.全波整流电路全波整流电路+原理：原理：+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时， D1导通，

4、导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLRuL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均值IL ：）（ tduULL 2021（1）输出电压平均值）输出电压平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRILuD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID = IL/2（4）二极管承受的最高

5、反向电压：）二极管承受的最高反向电压：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 3. 桥式整流电路桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时： D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2ttuL输出电压平均值：输出电压平均值：UL=0.9u2输出电流平均值输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u

6、2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2ttuL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：URM=22u+41232+43DuuDDL21LDR-脉动系数脉动系数1:用傅氏级数对桥式整流的输出用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttuuL uL 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值LLACLLACUUUUS11 67. 032223242211 uuUUSLLAC集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uL+ +- +1. 电容滤波

7、电容滤波+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C9.3 9.3 滤波电路滤波电路（1）空载（）空载（RL=）时：）时：u2tuLtuc=uL+41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。由于由于RL=，无放电回，无放电回路，所以路，所以uC保持。保持。22uuuCL （2）接入）接入RL（且（且RLC较大）时较大）时u2tiDtu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电充电u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。二极管中二极管中的电流的电流

8、uc= uL+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1Cuc近似估算近似估算: UL=1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(a) UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大愈大RLC 较大较大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)TCRL)105( u2tiDtuc= uL+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL2. 电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构: 在桥式

9、整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值输出电压平均值: UL=0.9U2对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上3. 其它滤波电路其它滤波电路为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。起来使用。LC滤波电路滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型滤波电路型滤波

10、电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :交流交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有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压9.4 9.4 稳压电路稳压电路一一. 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标常用以下参数来说明稳压电源的质量：常用以下参数来说明稳压电源的质量：1、稳压系数、稳压系数00IIOOO / TIUUUU 2、输出电阻、输出电阻00OOoI TUIUR3、温度系数、温度系数00OOI IUTTUS输出电压：输出电压：)(OIOTIUfU， 二二. . 稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的

11、反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。的电压变化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax稳压原理：稳压原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZIRU i由图知：由图知：(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： +UDziLRz-oU-+RUIZILIILUoURUoIZIR2、限流电阻的计算、限流电阻的计算（1 1）当）当输入电压最小，负载电流最

12、大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二时，流过稳压二极管的电流最小。此时极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算出，由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值。即。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI （2 2）当）当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极时，流过稳压二极管的电流最大。此时管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由此可计算出，由此可计算出稳压电稳压电阻的最小值阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR

13、 +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：所以：三三. . 串联式稳压电源串联式稳压电源稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路的缺点：（1 1）带负载能力差）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调改进：改进：（ 1 1 ） 提 高 带 负 载 能） 提 高 带 负 载 能力力在输出端加一射在输出端加一射极输出器极输出器UO=UZ-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo改进：改进：（2 2）使输出电压可调）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数调节反馈系数即可调节放大倍数U

14、O=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRR由四部分组成：由四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。1. 1. 串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成+DzzUR+AR2UURRf1-+L+oT-+-iU基 准 电 压调 整 管取 样 电 路放 大 比 较 环 节2.2.工作原理工作原理（1 1）输入电压变化时）输入电压变化时实质：实质：电压负反馈电压负反馈QvCE/ViC/mAQ+zDzRU-R2AiTR-oLU

15、+U+-+R1fUUo1UiUfUoUoUo1UCE（2 2）负载电流变化时）负载电流变化时+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1ILUo1UoUCEUoUf3.3.输出电压的计算输出电压的计算REF221REFREFufO1=URRRUFUAUV 可见，调节可见，调节R1或或R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。用负反馈的理论计算：用负反馈的理论计算：212ofV=RRRUUF +o1+DzUR2REF+UUo-f-T-R+L1Ri+AUUR举例：举例： 分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE

16、VCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU基准电压取样电路调整管放大比较环节稳压原理稳压原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3 （UB2 ）Uo当当 Ui 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时动画演示动画演示VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU(3) 输出电压的调节范围输出电压的调节范围VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE

17、VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUOP434BE3ZURRRRUU 因为：因为：4P43BE3ZO)(RRRRUUU 所以：所以：将参数代入，可将参数代入，可求出输出电压的调节范围。求出输出电压的调节范围。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUV77.34 .322022024)(4p43BE3ZOmin RRRRUUUV8.94

18、.322033022024)(4p43BE3ZOmax RRRRUUUEWB演示演示稳压电源稳压电源9.3 集成串联式稳压电路集成串联式稳压电路一一. 带隙基准电压源带隙基准电压源-+-2R3RT3T2T1iuREFU1RI1I2I32BE1BE2BE1=-RIUUU 21T22T11Tlnlnln=IIUIIUIIUESES 电阻电阻R R2 2上的压降：上的压降：2132T23BE222lnIIRRURRURIU 所以，输出的基准压：所以，输出的基准压：2BE3REFUUU 2132TBE3lnIIRRUU 当当 时时TREF3V25.1UU 温度系数为温度系数为0 0。特点：温度特性好。

19、特点：温度特性好。C16VCC_CIRCLEDRT9RR34516920T87R7R13Z1TR13RTR1RTR10D公公 共共 端端2TR1211136VCC_CIRCLE1711T1514TRTRR1412TR219TRT1510VCC_CIRCLET4RRRT输输 入入 端端6RT18Z2TFU5T输输 出出 端端81217二二. 三端固定式集成稳压器三端固定式集成稳压器 调整管调整管过压保护过压保护过热过热保护保护启动电路启动电路取取样样电电路路基准电压源基准电压源过流保护过流保护放大比放大比较环节较环节电路组成及工作原理：电路组成及工作原理：1. 启动电路启动电路 由由R 4、D

20、Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和和R 18组成。上电后，组成。上电后，R 4、D Z1先先导通，使得导通，使得T12和和T13导通，随后导通，随后T8和和T9也导通，整个电路进入正常工作状也导通，整个电路进入正常工作状态。这时态。这时R 1上压降增加，使上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。的联系。2. 基准电压源基准电压源由由T1T7管和电阻管和电阻R1R3组成的带隙基准电压源。组成的带隙基准电压源。2C2BE6BE5BE4BE3FRIUUUUUC2C1T322C2lnIIURRRI1C1BE1BE72C2BE

21、4BE3C7RIUURIUUU 根据前面对带隙基准电压源的分析可知根据前面对带隙基准电压源的分析可知：T7管的集电极电位：管的集电极电位： 因此，有：因此，有： 12C2C1RRII 整理可得：整理可得： 12T32BE3Fln4RRURRUU 3. 放大比较环节：放大比较环节： 由由T3和和T4管组成的复合管构成，电流源管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。作它的有源负载。T3和和T4管管既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压UF叠叠加在基准电压上。输出电压：加在基准电压上。输出电压：4. 调整环节：调整环

22、节： 由由T16和和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电路的输出，其发射极通过波电路的输出，其发射极通过R 11接负载电阻接负载电阻R L，可以输出较大的电流。，可以输出较大的电流。）（1920FO1RRUU5. 保护电路：保护电路： 过流保护电路由过流保护电路由R11和和T15组成。组成。 调整管安全区保护电路由调整管安全区保护电路由R13，DZ2和和T15组成。组成。 过热保护电路由过热保护电路由DZ1、R7和和T14组成。当芯片内部的温度超过允许的组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，最大值时，R7的压降也增大

23、，而的压降也增大，而U BE14却减小，使得却减小，使得T14管导通。其集电管导通。其集电极电流极电流IC14使得使得T16管的基极电流分流，从而限制了管的基极电流分流，从而限制了T16和和T17管的电流，管的电流，芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。 常用的集成三端稳压器的外形及类型常用的集成三端稳压器的外形及类型类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+12V W7815 输出输出+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压W7905 输出输出-5V

24、 W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V1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123+UOW781522C311CUi1. 基本使用方法基本使用方法+20V+15V注意：注意：输入电压输入电压Ui一般应比输出电压端一般应比输出电压端Uo高高3V以上。以上。二二. 三端固定式集成稳压器的使用三端固定式集成稳压器的使用 C1、C2的作用：的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。瞬态响应。2. 输出正负电压输出正负电压+C21CW7812W79121CC2+-+-iUUO

25、 1O 2U-+1323. 输出电压可调输出电压可调XX212OOURRRUU由：由：XXURRU)1 (120可得：可得：uuW78122R2C1COUUi-+1R132 4.4.扩大输出电流扩大输出电流 T 1是扩大输出电流的大功率是扩大输出电流的大功率BJT，T 2管是管是T1的保护管。的保护管。当输出电流较小，当输出电流较小，R 2上的压降也较小，上的压降也较小，T1、T2管都不导通。管都不导通。 IO= I 当输出电流大于三端稳压器的输出电流时，使当输出电流大于三端稳压器的输出电流时，使R 2上的压上的压降变大，降变大，T 1导通。导通。 I O=I+IC1 uuW7815UOR12

26、RiU1TT2C1C2C1IIOI1.三端可调式稳压器三端可调式稳压器W117的内部结构：的内部结构：三三. 三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器 REF211OOURRRUU121REFORRRUU电阻电阻R 1和和R 2为外接电阻，忽略基准源电流，则有：为外接电阻，忽略基准源电流，则有：+比较放大+基准电源保护电路1I2IT1R2RUoiUREFU电容电容C 1 ：防止自激。：防止自激。电容电容C 2：减小电阻：减小电阻R 2上的电压波动。上的电压波动。D1、 D2：保护二极管。：保护二极管。三三. W117的基本应用电路的基本应用电路 +W1172R1R1C2CoUiUD11D串联式

27、稳压电路的串联式稳压电路的优点优点：结构简单，稳压性能好，：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。技术成熟，应用广泛。缺点：缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有输出效率低，只有2040；输出电压总是小；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。于输入电压，两者极性也只能是相同的。9. 4 集成开关式稳压电路集成开关式稳压电路 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态和、截止）状态开关式稳压电路开关式稳压电路 T开关管；开关管；LC滤波环节；滤波环节；D续流二极管，续流二极管， R1、R 2取样电阻；取样电阻；误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成误差放大器、电压