沈连丰模电助学A直流稳压电源实用教案

1、电源变压器: 将交流电网(dinwng)电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路: 将交流电压(diny)u2变为脉动的直流电压(diny)u3。滤波电路: 将脉动(midng)直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 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u1u2u3u4uo第1页/共53页第一页，共53页。9.1 整流整流(zhngli)与与滤波电路滤波电路1.半波整流电路半波整流电路(d

2、inl)二极管导通，uL=u2二极管截止(jizh), uL=0+io+u2 0 时:u20时:一一. 单相整流电路单相整流电路u2uLuD t 2 3 4 0第2页/共53页第二页，共53页。主要参数：IL= UL /RL =0.45 u2 / RL uL 2 0 t（2）输出(shch)电流平均值Io ：+12L+uR-L1u2u220VDIL ）（ tduULL 2021（1）输出(shch)电压平均值UL：）（ ttdu sin22102 245. 0u 第3页/共53页第三页，共53页。（3）流过二极管的平均(pngjn)电流：uD 2 0 tURMID = ILURM=22u（4）

3、二极管承受的最高反向(fn xin)电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL 第4页/共53页第四页，共53页。2.全波整流全波整流(zhngli)电路电路+原理(yunl)：+变压器副边中心抽头，感应出两个相等(xingdng)的电压u2当u2正半周时， D1导通，D2截止。当u2负半周时， D2导通，D1截止。第5页/共53页第五页，共53页。全波整流(zhngli)电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2第6页/共53页第六页，共53页。uL 2 0 tIL= UL /RL =0.9 u2 / RL 主要参数：（2）输出(shch)电流平均值IL ：）（ tduULL 20

4、21（1）输出(shch)电压平均值UL：）（ ttdu sin2102 29 . 0 u V22012122uuDD221+uLLRIL第7页/共53页第七页，共53页。uD 2 0 t（3）流过二极管的平均(pngjn)电流：ID = IL/2（4）二极管承受的最高反向(fn xin)电压：V22012122uuDD221+uLLR222uURM 第8页/共53页第八页，共53页。3. 桥式整流桥式整流(zhngli)电路电路（1）组成）组成(z chn)：由四个二极管组成：由四个二极管组成(z chn)桥路桥路u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通，导通， D2、D4截止截止(jiz

5、h)+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL第9页/共53页第九页，共53页。+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时：D2、D4 导通，导通， D1 、D3截止截止(jizh)u2ttuL第10页/共53页第十页，共53页。输出(shch)电压平均值：UL=0.9u2输出(shch)电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL 流过二极管的平均(pngjn)电流：ID=IL/2u2ttuL（3）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第11页/共53页第十一页，共53页。脉动(midng)系数1:用傅氏

6、级数对桥式整流(zhngli)的输出 uL 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第12页/共53页第十二页，共53页。集成(j chn)硅整流桥：u2uL+ +- +第13页/共53页第十三页，共53页。1. 电容电容(dinrng)滤波滤波二、滤波二、滤波(lb)电路电路第14页/共53页第十四页，共53页。（1）空载(kn zi)（RL=）时：u2tuLtuc=uLu2 uC时：二极管导通，C充电(c

7、hng din)u2 uC时：二极管截止，C放电(fng din)。由于RL=，无放电(fng din)回路，所以uC保持。22uuuCL 第15页/共53页第十五页，共53页。（2）接入RL（且RLC较大(jio d)）时u2tiDtu2 uC时：二极管导通，C充电(chng din)u2 uC时：二极管截止(jizh)，C放电。二极管中二极管中的电流的电流uc= uL第16页/共53页第十六页，共53页。近似(jn s)估算: UL=1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短 iD的峰值(fn zh)电流越大电容滤波电路(dinl)的特点：(a) UL与RLC的 关系：RL

8、C 愈大 C放电愈慢 UL(平均值)愈大RLC 较大一般取：(T:电源电压的周期)TCRL)105( u2tiDtuc= uL第17页/共53页第十七页，共53页。2. 电感滤波电感滤波(lb)电路电路电路电路(dinl)结构结构: 在桥式整流电路在桥式整流电路(dinl)与负载间串与负载间串入一电感入一电感L。输出(shch)电压平均值: UL=0.9U2对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上第18页/共53页第十八页，共53页。3. 其它其它(qt)滤波电滤波电路路 为进一步

9、改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来来(q li)使用。使用。LC滤波电路滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型滤波电路型滤波电路第19页/共53页第十九页，共53页。9.2 串联式稳压串联式稳压(wn y)电路电路稳压(wn y)(wn y)电路的作用: :交流电压脉动直流电压整流整流滤波滤波有波纹的直流电压稳压稳压直流电压第20页/共53页第二十页，共53页。一一. 稳压电路稳压电路(dinl)的主要性能指的主要性能指标标常用以下(yxi)参数来说明稳压电源的质量：1、稳压(wn y)系数00IIOOO / TIUUUU

10、2、输出电阻00OOoI TUIUR3、温度系数00OOI IUTTUS输出电压：)(OIOTIUfU， 第21页/共53页第二十一页，共53页。二. . 稳压(wn y)(wn y)管稳压(wn y)(wn y)电路1. 1. 稳压原理利用稳压管的反向击穿(j chun)(j chun)特性。 由于反向(fn xin)特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。第22页/共53页第二十二页，共53页。稳压稳压(wn y)原理：原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU+UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 当输入电压(diny)(diny)变化时UiUZUoUoURIIZI

11、RU i由图知：第23页/共53页第二十三页，共53页。(2)(2)当负载(fzi)(fzi)电流变化时稳压(wn y)过程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZILI第24页/共53页第二十四页，共53页。2、限流电阻(dinz)的计算（1 1）当输入电压最小，负载(fzi)(fzi)电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZIZ不应小于IZminIZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI第25页/共53页第二十五页，共53页。 （2 2）当输入(shr)(shr)电压最大，负

12、载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZIZ不应超过IZmaxIZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：第26页/共53页第二十六页，共53页。三. . 串联式稳压电源稳压(wn y)(wn y)管稳压(wn y)(wn y)电路的缺点：（1 1）带负载能力差（2 2）输出电压不可调改进：（1 1）提高(t go)(t go)带负载能力在输出端加一射极输出器UO=UZ-0.7V第27页/共53页第二十七页，共53页。改进：（2 2）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈

13、的放大器。 调节(tioji)(tioji)反馈系数即可调节(tioji)(tioji)放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了(wi le)进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。 第28页/共53页第二十八页，共53页。由四部分组成：由四部分组成：基准电压、调整管、取样基准电压、调整管、取样(qyng)(qyng)电路、放大比较电路、放大比较环节。环节。1. 1. 串联串联(chunlin)(chunlin)型稳压电源的构型稳压电源的构成成第29页/共53页第二十九页，共53页。2.2.工作工作(gngzu)(gngzu)原原理理（1 1）输入电压(diny)(diny)变化时实质实质(s

14、hzh)(shzh)：电压负：电压负反馈反馈QvCE/ViC/mAQUiUfUoUoUo1UCE第30页/共53页第三十页，共53页。（2 2）负载(fzi)(fzi)电流变化时+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1ILUo1UoUCEUoUf第31页/共53页第三十一页，共53页。3.3.输出(shch)(shch)电压的计算REF221REFREFufO1=URRRUFUAUV 可见，调节R1或R2可以改变(gibin)输出电压。用负反馈的理论(lln)(lln)计算：212ofV=RRRUUF 第32页/共53页第三十二页，共53页。举例(j l)： 分立元件组成的串

15、联式稳压电源第33页/共53页第三十三页，共53页。稳压(wn y)(wn y)原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3 （UB2 ）Uo当 Ui 增加或输出电流(dinli)减小使 Uo升高时动画演示(ynsh)VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIU第34页/共53页第三十四页，共53页。(3) 输出(shch)电压的调节范围OP434BE3ZURRRRUU 因为：4P43BE3ZO)(RRRRUUU 所以：第35页/共53页第三十五页

16、，共53页。将参数代入，可求出输出电压将参数代入，可求出输出电压(diny)的调节范围。的调节范围。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE312.7V1kR12R3RRP4RT2T3DZ1T+-+-1k24330220UB1UB2B3UZUOUIUV77.34 .322022024)(4p43BE3ZOmin RRRRUUUV8.94.322033022024)(4p43BE3ZOmax RRRRUUUEWB演示(ynsh)稳压电源第36页/共53页第三十六页，共53页。9.3 集成集成(j chn)串联式稳串联式稳压电路压电路一一. 带隙基准带隙基准

17、(jzhn)电压源电压源32BE1BE2BE1=-RIUUU 21T22T11Tlnlnln=IIUIIUIIUESES 电阻(dinz)R2(dinz)R2上的压降：2132T23BE222lnIIRRURRURIU 所以，输出的基准压：2BE3REFUUU 2132TBE3lnIIRRUU 当 时TREF3V25.1UU 温度系数为0 0。特点：温度特性好。第37页/共53页第三十七页，共53页。二. 三端(sn dun)固定式集成稳压器 调整(tiozhng)管过压保护(boh)过热保护启动电路取样电路基准电压源过流保护放大比较环节第38页/共53页第三十八页，共53页。电路组成及工作电

18、路组成及工作(gngzu)原理：原理：1. 启动启动(qdng)电路电路 由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和R 18组成。上电后，R 4、D Z1先导通，使得T12和T13导通，随后T8和T9也导通，整个电路进入正常工作(gngzu)状态。这时R 1上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。2. 基准电压源基准电压源由T1T7管和电阻R1R3组成的带隙基准电压源。2C2BE6BE5BE4BE3FRIUUUUUC2C1T322C2lnIIURRRI1C1BE1BE72C2BE4BE3C7RIUURIUUU 根据前面对带隙基准电压源的分析可知：

19、T7管的集电极电位： 因此，有： 12C2C1RRII 整理可得： 12T32BE3Fln4RRURRUU 第39页/共53页第三十九页，共53页。3. 放大放大(fngd)比较环节：比较环节： 由T3和T4管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。T3和T4管既是基准电压(diny)电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压(diny)UF叠加在基准电压(diny)上。输出电压(diny)：4. 调整调整(tiozhng)环节：环节： 由T16和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电路的输出，其发射极通过R 11接负载电阻R L，可以输出较大的电流。）（1920

20、FO1RRUU5. 保护电路：保护电路： 过流保护电路由R11和T15组成。 调整管安全区保护电路由R13，DZ2和T15组成。 过热保护电路由DZ1、R7和T14组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，R7的压降也增大，而U BE14却减小，使得T14管导通。其集电极电流IC14使得T16管的基极电流分流，从而限制了T16和T17管的电流，芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。第40页/共53页第四十页，共53页。 常用常用(chn yn)(chn yn)的集成三端稳压器的的集成三端稳压器的外形及类型外形及类型类型：类型：W7800系列系列 稳定稳定(wndng)正电压正电压 W780

21、5 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 稳定稳定(wndng)负电压负电压 W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V1端: 输入端2端: 公共(gnggng)端3端: 输出端123第41页/共53页第四十一页，共53页。1. 基本使用基本使用(shyng)方法方法+20V+15V注意：输入电压(diny)Ui一般应比输出电压(diny)端Uo高3V以上。二. 三端(sn dun)固定式集成稳压器的使用 C1、C2的作用：防止自激振荡，

22、减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。第42页/共53页第四十二页，共53页。2. 输出(shch)正负电压第43页/共53页第四十三页，共53页。3. 输出(shch)电压可调XX212OOURRRUU由：XXURRU)1 (120可得：第44页/共53页第四十四页，共53页。 4. 4.扩大输出(shch)(shch)电流 T 1 T 1是扩大输出(shch)(shch)电流的大功率BJTBJT，T 2T 2管是T1T1的保护管。当输出(shch)(shch)电流较小，R 2R 2上的压降也较小，T1T1、T2T2管都不导通。 IO= I IO= I 当输出电流(dinli)大于三端稳压器的输

23、出电流(dinli)时，使R 2上的压降变大，T 1导通。 I O=I+IC1 第45页/共53页第四十五页，共53页。1.三端三端(sn dun)可调式稳压器可调式稳压器W117的内的内部结构：部结构：三. 三端(sn dun)可调式集成稳压器 REF211OOURRRUU121REFORRRUU电阻R 1和R 2为外接电阻，忽略基准(jzhn)源电流，则有：第46页/共53页第四十六页，共53页。电容(dinrng)C 1 ：防止自激。电容(dinrng)C 2：减小电阻R 2上的电压波动。D1、 D2：保护二极管。三. W117的基本(jbn)应用电路 第47页/共53页第四十七页，共5

24、3页。串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出(shch)效率低，只有2040；输出(shch)电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。9. 4 集成开关式稳压(wn y)电路 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态(zhungti)开关式稳压电路 第48页/共53页第四十八页，共53页。T开关管；LC滤波(lb)环节；D续流二极管， R1、R 2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开关管的脉宽调制控制环节。1 .脉宽调制式开关稳压(wn y)电路结构 第49页/共53页第四十九页，共53