模拟电子技术_直流稳压电源

1、直流稳压电源直流稳压电源学习目标了解直流稳压电稳压电源的组组成及各部分作用掌握单单相桥桥式整流电电容滤滤波电电路的工作原理，会会合理选择电选择电源变压变压器，整流二极极管和滤滤波电电容掌握串联联型稳压电稳压电路的工作原理，能够够估算输输出电电压压的调节调节范围围。掌握常用集成稳压稳压器的组组成原理和使用方法。 8.1 直流稳压电稳压电源的组组成及质质量指标标8.2 单单相整流电电路8.3 滤滤波电电路8.4 串联联型直流稳压电稳压电路8.5 三端集成稳压稳压器及其应应用*8.6 电电路仿真实真实例8.1 直流稳压电源的组成及技术指标8.1.1 直流稳压电稳压电源的组组成及各部分的作用电源变压器

2、电源变压器：将电网电压经过电源变压器变换成符合后面整流电路要求的交流电压（通常是低压），并满足一定的功率输出要求。 整流电路整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压变成单向的脉动电压。滤波电路滤波电路：利用储能元件尽可能滤除单向脉动电压中的交流成分，供给负载比较平滑的直流电压。稳压电路稳压电路：采取某些措施，使输出的直流电压在电网电压或负载变化时保持稳定不变。 8.1.2 直流稳压电源的主要技术指标直流稳压电源的主要技术指标1、特性指标标（1）输输出电压电压范围围符合直流稳压电源工作条件情况下，能够正常工作的输出电压范围。该指标的上限是由最大输入电压和最小输入输出电压

3、差所规定，而其下限由直流稳压电源内部的基准电压值决定。（2）最大输输入输输出电压电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所允许的最大输入输出之间的电压差值，其值主要取决于直流稳压电源内部调整晶体管的耐压指标。（3）最小输输入输输出电压电压差该指标表征在保证直流稳压电源正常工作条件下，所需的最小输入输出之间的电压差值。（4）输输出负载电负载电流范围围输出负载电流范围又称为输出电流范围，在这一电流范围内，直流稳压电源应能保证符合指标规范所给出的指标。2、质质量指标标（1）电压调电压调整率电压调整率是表征直流稳压电源稳压性能的优劣的重要指标，又称为稳压系数或稳定系数，是在负载不变的条件下，

4、稳压电路的输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比（2）负载调负载调整特性负载调整特性是指在输入电压不变的条件下，输出电压的相对变化量与负载电流变化量之比 （3）纹纹波抑制比纹波抑制比反映了直流稳压电源对输入端引入的市电电压的抑制能力，当直流稳压电源输入和输出条件保持不变时，纹波抑制比常以输入纹波电压峰值与输出纹波电压峰值之比表示，一般用分贝数表示（但是有时也可以用百分数表示，或直接用两者的比值表示）%100/S0ii00r0IUUUU%100/S0000iiUIUUdBUUPip0Rlg20S（4）输输出电电阻 输出电阻是指输入电电压不变时，输出电压变化量与负载电流变化量之比（5）温温度系

5、数数温度系数是指输入电压和负载电流均不变时，环境温度变化所引起的输出电压变化0000IUIUR0, 00T0ISIUTU 整流电电路是利用二极管等具有单向导电特性的器件将正弦交流电压变换为脉动的直流电压的电路。根据交流电的相数，整流电路可分为单相整流和三相整流两类。在小功率（1KW以下）的直流电源中，主要采用单相整流电路，常见的电路有半波整流、全波整流及倍压整流。本节分别介绍其电路组成原理，重点介绍在电路中使用最多的单相桥式全波整流电路。 8.2 单相整流电路1.电电路组组成及工作原理8.2.1 单相半波整流电路在输入信号的一个周期内，只有半个周期内有输出电压，故称为半波整流电路半波整流电路。

6、2.单单相半波整流电电路的参数计参数计算（1）输输出直流电压电压 （2）脉动动系数数 结论结论：半波整流电电路的优优点是结构简单结构简单，使用的元件少。但转换转换效率低，输输出直流电压电压低，输输出波形脉动动大。一般使用在输输出电电流较较小，要求不高的场场合。2202200045. 02sin22121UUttdUtduU57. 12/22/220m01UUUUS8.2.2 单相全波整流电路1.单单相全波整流电电路（1）电电路组组成及工作原理（2）全波整流电电路的参数计参数计算 输输出直流电压电压 脉动动系数数2209 . 022UUU67. 032/223/24220m01UUUUS8.2.

7、2 单相全波整流电路（3）全波整流电电路中整流管的选选取原则则结论结论：全波整流电电路的优优点是电电源利用率高，输输出电压电压比半波整流电电路提高了一倍，输输出电压电压波形脉动动小。但电电路结构结构比半波整流复杂复杂，所用整流管多且管子的耐压压要求高；需要具有中心抽头头的变压变压器，但每个线个线圈只有一半时间时间通过电过电流，所以变压变压器的利用率不高。LFRUII2045. 021222UUBR2.单相桥式整流电路单相桥式整流电路（1）单相桥式整流电路工作原理：）单相桥式整流电路工作原理：（2 2）全波整流电电路的参数计参数计算 输输出直流电压电压脉动动系数数选择选择整流管时时要求: :结论

8、结论：桥桥式整流电电路具有全波整流电电路的优优点，而避免了全波整流电电路的缺点。其缺点是所需要的整流管较较多，但人们们已将将桥桥式整流电电路中的四个个二极极管集中在一起，生产产出各种规种规格的整流桥桥堆，使用起来来非常方便，因此应应用最为为广泛。209 . 0 UU 67. 0SLFRUII2045. 02122UUBR 无论那种整流电路的输出电压都是单一方向的脉动电压，含有较大的谐波成分，一般情况不能直接作为直流电源给电子电路或设备供电。因此需要采取措施尽量降低输出电压中的脉动成分，同时还要尽量保留其中的直流成分，使输出电压更加平滑，接近理想的直流电压。所采取的这种措施称为滤波，相应的电路称

9、为滤滤波电电路。 电容和电感元件是基本的滤波元件，滤波电路就是利用其储能作用滤除交流分量而保留直流成分的。从另一方面看，电容和电感对于交流成分和直流成分反映的阻抗不同，因此接在电路中时，可以起到降低交流成分，保留直流成分的作用。本节将介绍电容滤波、电感滤波等几种常用的滤波电路。8.3 滤波电路1.电电路组组成与与工作原理8.3.1 电容滤波电路2.电电容滤滤波电电路的特点（1）由于二极管仅在电容充电期间才导通，其导通角，因此流过二极管的瞬时电流较大。故应选择较大的整流二极管，一般选择（2）放电的时间常数( )越大，电容的放电速度越慢，负载上获得的输出电压平均值越大，纹波成分越小。为了获得较好的

10、滤波效果，一般是根据下式来选择滤波电容的容量 由于电容量数值较大（一般为几百几千微法），主要选用电解电容器，且电容器的耐压值应大于 。另外需要注意电容的极性不能接反。LFRUI032253dTCRLCRLd22U（3）负载获得的直流电压随负载电流的增加而减小， 在 至 之间变化。 当 一定而 时，当 一定而 为一定值时，且满足 的条件时， 。 结论结论：电电容滤滤波电电路简单简单，输输出直流电压较电压较高，纹纹波较较小。但其输输出特性较较差（即带负载带负载能力差）。 故适用于要求输输出电压较电压较高、负载电负载电阻较较大且变变化较较小的场场合。0U2204 . 12UUU253TCRL202

11、. 1 UU22U29 . 0 UCLRLRC8.3.2 其它形式的滤波电路8.4 串联型直流稳压电路 经整流滤波后输出的直流电压，虽然平滑程度较好，但其稳定性仍比较差。所以，经整流滤波后的直流电压必须采取一定的稳压措施才能适合电子设备的需要。常用的直流稳压电路有稳压管并联型稳压电路和串联型稳压电路两种类型。稳压管并联型稳压电路结构简单，但其输出电压不能调节、输出电流较小、输出电阻较大（几几十），因此稳压性能较差，仅适用于输出电压固定、负载电流较小的场合。而串联型稳压电源正好可以避免这些缺点，所以现在广泛使用的一般都是串联型稳压电源。8.4.1 串联型直流稳压电路的组成及工作原理1.串联联型直

12、流稳压电稳压电路的组组成（1）调整管调整管：起调整输出电压的作用，同时向负载提供电流。由于取样电路和保护电路的电流很小，流过调整管的电流与负载电流近似相等，所以可将调整管与负载电阻看成是串联关系，故称为串联型稳压电路。（2）取样电路取样电路：取出输出电压的一部分，送至比较放大器与基准电压比较。 取样电路通常由电阻分压器组成，为使取样网络所流过的电流远远小于负载电流，其阻值应负载电阻；同时为使取样分压比与比较放大电路无关，要求取样电阻比较放大器的输入电阻。（3）比较放大电路比较放大电路：将取样电路送来的电压与基准电压进行比较，产生偏差信号电压去控制调整管。（4）基准电压基准电压：产生一个稳定的比

13、较电压。通常由硅稳压管稳压电路提供。（5）保护电路保护电路：起过载或短路保护作用，是为保证调整管的安全而设置的电路。常用的电路形式有限流式保护、截留式保护和切断式保护。（6）辅助电源辅助电源：为比较放大电路提供稳定的工作电源，以提高整机的稳压性能。2.串联联型直流稳压电稳压电路的稳压稳压原理稳压过程分析：稳压过程分析：若 或： iUoUFUB2UC2UB1UB1ICE1UoUiUoUFUB2UC2UB1UB1ICE1UoU8.4.2 输出电压的调节范围电压调节作用是通过取样网络实现的,由图8.4.2可得则有 整理得电路输出电压表达式由上式知，当 调至最下端时， 最小，当 调至最上端时， 最大，

14、由此可得输出电压的调节范围如下 021222URRRRRUUPPFBZPPEBBEUURRRRRUUU02122222222210BEZPPUURRRRRU2221max00BEZPUURRRRUU22221min00BEZPPUURRRRRUU2221022221BEZPBEZPPUURRRRUUURRRRRZPZPPURRRRUURRRRR221022212PRFU2PRFU8.4.3 串联型直流稳压电路的改进措施1.误差放大器采用差动放大器或集成运放构成，可 以抑制零点漂移，提高稳压电源的温度稳定性。2.采用辅助电源作为误差比较放大器的电源，可进一步提高稳压电路的输出电压的稳定性。3.当

15、要求输出电流较大时，可采用复合管组成调整管。4.为避免负载短路或过载时调整管因过热而损坏，可增加限流保护电路等措施。【例例8.1】图8.10所示为理想集成运放作比较放大器的串联型直流稳压电源。已知 5 . 0RkRR221kRRP52稳压管的 VUZ6,晶体管的 VUBE7 . 0,整流滤波后的输入电压VU20i。（1）请说出运放两个输入端相对于输出端的极性如何；（2）计算输出电压 0U的可调范围；（3）说明三极管 2VT和电阻 4R的作用，并求电路的最大输出电流 m0I（4）试求调整管的最大允许集电极耗散功率 ；CMP至少应多大？ 解：（1）因为电路只有在引入电压串联负反馈的情况下才能够起到

16、稳压作用，所以与电 位器 PR连接的运放输入端应为反相输入端，在图中应标上“”号，与稳压二极管连接的运放输入端则为同相输入端，在图中标应上“+”号。（2）因为运放为理想运放且工作在线性区，所以两个输入端“虚短”，即 ZUUU由此可得 02122URRRRRUUPPFZ,则 ZPPURRRRRU22210当电位器 PR调至最上端和最下端时，分别得到最小和最大输出电压： VVURRRRRUZPP2 . 76555522221min0VVURRRRUZP4 .1465552221max0（3）三极管 2VT和电阻 4R组成过流保护电流当负载电流 0I增大到使 240BEURI（0.7V）时， 2VT

17、导通， 1BI被分流，从而使流过调整管 1VT的电流即负载电流 0I减小。可以估算出该电路最大允许的输出电流为 AVRUIBE4 . 15 . 07 . 042max0（4）调整管 1VT的集电极耗散功率为 max00i111IUUIUPCCEC，显然当 0U最小时, 1CP最大，故调整管的最大允许集电极耗散功率 CMP至少应为： WAVVIUUPCM9 .174 . 12 . 720max0min0i 集成稳压器在近十多年来发展十分迅速，目前国内外已发展到数百个品种。集成稳压器具有体积小、重量轻、稳定性高、温度特性好及使用方便等优良性能，并且价格低廉，因此在电子技术中得到广泛的应用。 集成稳

18、压器的种类很多，按电路的工作方式分，有线性集成稳压器和开关式集成稳压器；按电路的结构形式分，有单片式集成稳压器和组合式集成稳压器；按管脚的连接方式分，有三端式集成稳压器和多端式集成稳压器；按制造工艺分，有半导体集成稳压器、薄膜混合集成稳压器和厚膜混合集成稳压器。 8.5 三端集成稳压器及其应用8.5.1 三端集成稳压器的组成原理 三端集成稳压器主要有两种，一种输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器，另一种输出电压是可调的，称为输出可调三端稳压器，其基本原理相同，实质上都是串联调整式稳压器。由于三端集成稳压器仅有输入、输出和公共端三个引出端子，基本不需要外接其它元件即可工作，而且内部设有限流保

19、护、过热保护和过压保护电路，因此使用非常安全可靠和方便。目前，三端集成稳压器已基本上取代了由分立元件组成的稳压电路。8.5.2 三端集成稳压器的主要参数参数名称参数名称符号符号单位单位78057805780678067809780978127812781578157818781878247824输出电压输出电压V5 55 56 65 59 95 512125 515155 518185 524245 5输入电压输入电压V1010111114141919232328283333最小压差最小压差V2 22 22 22 22 22 22 2最大输入最大输入电压电压V35353535353535353

20、53535354040最大输出最大输出电流电流A1.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.51.58.5.3 三端集成稳压器的应用1固定输输出三端集成稳压稳压器及其应应用（1）单电单电源输输出时时的典型电电路（2）输出为正、负电压时的典型电路）输出为正、负电压时的典型电路 2输输出可调调三端集成稳压稳压器及其应应用（1 1）输出为正电压可调的稳压电路）输出为正电压可调的稳压电路（2）输出正、负可调的稳压电路）输出正、负可调的稳压电路3集成稳压稳压器使用注意事项项（1）在实际应用中，为防止温度过高时稳压性能将变差、甚至损坏，一般应在三端集成稳压电路上安装足够大的

21、散热器（当然小功率的条件下不用）。（2）当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N倍1.5A。但需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致；另外在输出电流上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。（3）在使用时必须注意 和 之间的关系。以CW7805为例，该三端稳压器的固定输出电压是5V，而输入电压至少应大于7V，这样输入输出之间有23V及以上的压差，保证使调整管工作在放大区。但压差取得过大时，又会增加集成块的功耗，所以，两者应兼顾，即既保证在最大负载电流时调整管不进入

22、饱和，又不致于功耗偏大。（4）另外一般在三端稳压器的输入输出端接一个二极管，用来防止输入端短路时,输出端存储的电荷通过稳压器而损坏器件。iU0U*8.6 电路仿真实例【例8.2】分析直流稳压电稳压电源电电路 解：利用Multisim软件仿真如图8.20所示的电路，观察输出结果。图8.20步骤1、使用变压器将120V交流信号幅度变小，如图8.21所示。仿真分析结果如图8.22和图8.23所示。【仿真图】分析步骤如下：分析步骤如下：图图 8.21图图 8.22图图 8.23步骤2、接上整流桥构成桥式整流电路，如图8.24所示。仿真分析结果如图8.25。【仿真图】图8.24图8.25步骤3、接入滤波电容构成电容滤波电路，如图8.26所示。仿真分析结果如图8.27所示。【仿真图】图8.26图8.27步骤4、接上三端稳压器件，如图8.28所示。仿真分析结果如图8.29所示。【仿真图】 图8.28图8.29步骤5、接上可调三端稳压器件，如图8.30所示。通过调整R3可以改变输出的电压，仿真结果如图8.31所示。【仿真图】图8.30图8.31小结 本章内内容主线线：直流稳压电源的组成及主要性