《模拟电子线路》第11章

1、 模模 拟拟 电电 子子 线线 路路 第第1111章章 第第11章章 直流稳压电源直流稳压电源11.0 引言引言 电子电路的工作需要有直流电源为其提供能量电子电路的工作需要有直流电源为其提供能量,虽然可以虽然可以用各种干电池、蓄电池这类化学电源作直流电源用各种干电池、蓄电池这类化学电源作直流电源,但它们的成本但它们的成本较高、容量有限、有的需要维护较高、容量有限、有的需要维护.将电网交流电变换、稳压组成将电网交流电变换、稳压组成的直流稳压电源具有价廉容量范围大性能优良等特点的直流稳压电源具有价廉容量范围大性能优良等特点,已成为大已成为大多数电子电路的工作用直流电源多数电子电路的工作用直流电源.

2、本章重点讨论单相小功率直流本章重点讨论单相小功率直流电源的组成原理及特点电源的组成原理及特点.图图11.1示出了直流稳压电源的组成框图示出了直流稳压电源的组成框图. 11.0 引言引言图图 11.1整流整流滤波滤波稳压稳压负载电源变压器电源变压器交流交流电源电源tOtOtOtOtO 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路一、单相桥式整流电路一、单相桥式整流电路VL=0.9V2 (11-1) 0.9V2 IL= (11-2) RL + vL v2RLVD1 v1VD2VD3VD4Tr图图 11.2VD2 VD4VD1 VD3iD2 iD4iD2 iD4iD2 iD4iD1 iD3v2tO

3、iLtOvLtOiD1 iD3iD1 iD3图图 11.3VD1 VD3VD1 VD3VD2 VD4VD2 VD4 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路 1 0.45V2 ID= IL = (11-3) 2 RLVRM = 2 V2 2 4 4 4vL= 2 V2 ( cos2t cos4t cos6t) 3 15 35 VL V22VL2 K= = =0.483 (11-5) VL VL(11-4)二、桥式整流、电容滤波电路二、桥式整流、电容滤波电路 滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波滤波电路用于滤去整流输出电压中的纹波,一般由电抗元一般由电抗元件组成件组成,图图11.4给出了常

4、用的滤波电路结构给出了常用的滤波电路结构. 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路LCC+C1+C2+R图图 11.4SCTr v2RLVD1 v1VD2 + vLVD3VD4( + )()()( + )图图 11.5设设t=0时时,开关闭合开关闭合 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路v2 , vL, vCtOtOiL, iDVD1 VD3VD2 VD4VD2 VD4VD1 VD3图图 11.6 c=RintC Td=RLC(35) 2 (11-6)c=(RintRL)C RintC 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路图图 11.72 V20.9V2VLOILC

5、型滤波型滤波纯电阻负载纯电阻负载C值一定值一定,RL=时时, VL=1.4V2;C=0时时, VL=0.9V2 T当当d=RLC(35) 时时, 2 VL=(1.1 1.2) V2 (11-7)电容滤波电路适用于负载电压较高电容滤波电路适用于负载电压较高,负载变动不大的场合负载变动不大的场合.三、电感滤波电路三、电感滤波电路 电感滤波中整流管的导电角较大电感滤波中整流管的导电角较大,峰值电流很小峰值电流很小,输出特性输出特性 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路比较平坦比较平坦.但由于铁心的存在但由于铁心的存在,体积大、笨重体积大、笨重,易引起电磁干扰易引起电磁干扰,一一般只适用于低

6、电压、大电流的场合般只适用于低电压、大电流的场合.图图 11.8【例例11-1】 图图11.5中中,已知交流电源电压为已知交流电源电压为220V,50Hz交流市电交流市电. 要求直流电压要求直流电压VL=30V,负载电流负载电流IL=500mA.试求电源变压器二试求电源变压器二次侧电压次侧电压v2的有效值并选择整流二极管及滤波电容器的有效值并选择整流二极管及滤波电容器. 课堂练习课堂练习RL v1 + vLTrL v2 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 虽然经过整流滤波之后获得了比较平滑的直流输出电压虽然经过整流滤波之后获得了比较平滑的直流输出电压,但该电压的数值会随电网电压的波

7、动及负载的变化而变化但该电压的数值会随电网电压的波动及负载的变化而变化,稳稳定性很差定性很差.为了获得稳定性好的直流电压为了获得稳定性好的直流电压,需要采取稳压措施需要采取稳压措施. 在单相小功率直流稳压电源中在单相小功率直流稳压电源中,常用的稳压电路有硅稳压常用的稳压电路有硅稳压管稳压电路、串联反馈管稳压电路、串联反馈(调整调整)型稳压电路和开关型稳压电路型稳压电路和开关型稳压电路.串联反馈型稳压电路又有分立元件构成的稳压电路和集成稳串联反馈型稳压电路又有分立元件构成的稳压电路和集成稳压器之分压器之分;开关型稳压电路也有分立元件构成的稳压电路和集开关型稳压电路也有分立元件构成的稳压电路和集成

8、稳压模块之分成稳压模块之分. 本节重点讨论串联反馈型稳压电路的组成及工作原理本节重点讨论串联反馈型稳压电路的组成及工作原理. 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路一、稳压电源的质量指标一、稳压电源的质量指标1、输入调整系数、输入调整系数稳压电源的技术指标稳压电源的技术指标特性指标特性指标质量指标质量指标VO= f (VI, IO, T) (11-8)或或 VO= KVVI + Ro IO + STT VO VO VOVO= VI+ IO + T VI IO T 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 VO KV= VI IO =0T=0 VO /VO SV= 100% (%/

9、V) (11-10) VI IO =0T=0电压调整率电压调整率(11-9)稳压系数稳压系数 VO /VO = (11-11) VI /VI IO =0T=0 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路2. 输出电阻输出电阻 VO Ro = () (11-12) IO VI =0T=03. 温度系数温度系数 VO ST = (mV/oC) (11-13) T VI =0IO=0KV Ro STVo 越稳定越稳定 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路二、串联反馈式稳压电路的组成及工作原理二、串联反馈式稳压电路的组成及工作原理 串联反馈式稳压电路的一般框图如图串联反馈式稳压电路的一般

10、框图如图11.9所示所示.图图 11.9 由运放组成的串联反馈式稳压电路如图由运放组成的串联反馈式稳压电路如图11.10所示所示.调整管调整管比较放大电路比较放大电路取样电路取样电路基准电压基准电压+VI+VORL 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路VI( IL) VO VF VB(IC) VCE VO R2 VF= VO R1+R2 R1 VO(1+)VREF R2 (11-14)图图 11.10RR1VB + VO VREFVFVIR2RLDZ基准电压基准电压比较放大比较放大bceVT调整管调整管取样取样电路电路+A 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 串联型稳压电

11、路中的调整管及比较放大器件均工作于线串联型稳压电路中的调整管及比较放大器件均工作于线性区性区,所以所以串联型稳压器件串联型稳压器件是一种线性稳压器件是一种线性稳压器件.它它实际上是一实际上是一个以基准电压个以基准电压VREF为输入电压为输入电压,以整流滤波后不稳定的直流电以整流滤波后不稳定的直流电压压VI作工作直流电源的电压负反馈放大电路作工作直流电源的电压负反馈放大电路. 串联型稳压电路具有输出电压可调串联型稳压电路具有输出电压可调,输出电流范围大输出电流范围大,输出输出电阻小电阻小,稳压性能好稳压性能好,输出纹波小等优点输出纹波小等优点.但由于调整管工作于放但由于调整管工作于放大区大区,有

12、较大的管压降有较大的管压降,所以所以,这种稳压电路的功率转换效率较低这种稳压电路的功率转换效率较低. 基准电压基准电压VREF是稳压电路的一个重要组成部分是稳压电路的一个重要组成部分,它直接影它直接影响稳压电路的性能响稳压电路的性能.为此要求基准电压源输出电阻小为此要求基准电压源输出电阻小,温度稳定温度稳定 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路性好性好,噪声低噪声低,图图11.11是带隙基准电压源电路是带隙基准电压源电路.CJ336, CJ329; MC1403, AD580.VREF= VBE3+IC2 RC2 VT IC1 IC2= ()ln ( ) RE2 IC2 VT RC2

13、 IC1VREF=VBE3+ ln ( ) RE2 IC2 EG VREF= =1.205V (11-15) q RC1RC2IC1IC2I0VT1VT2VT3RE2 + VI + VREF 图图 11.11它广泛用于集成稳压器、它广泛用于集成稳压器、A/D、D/A转换器和集成传感器中转换器和集成传感器中. 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路三、三端集成稳压器三、三端集成稳压器常用的稳压器件常用的稳压器件三端固定输出正集成稳压器三端固定输出正集成稳压器W78系列系列三端固定输出负集成稳压器三端固定输出负集成稳压器W79系列系列三端电压可调正集成稳压器三端电压可调正集成稳压器W317

14、,W117三端电压可调负集成稳压器三端电压可调负集成稳压器W337,W1371、固定三端集成稳压器、固定三端集成稳压器 以以78 系列为例介绍系列为例介绍,电路如图电路如图11.12所示所示.它通常由启动它通常由启动电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路、基准电压电路、取样比较放大电路、调整电路和保护电路等部分组成电路等部分组成. 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路图图 11.12VOR31VFVS1VS2VD2VD1VT3VT13VT1VT2VT4VT12R4R1R2VT6R6R9VT7VT8R7R14VT11VS3VS4R15VT9VT5VFVT10R8R11

15、R12R13VI23R5VREFIOR10 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路(1) 启动电路启动电路 由由VF、VT1和和VS1组成组成. VIVZ1VFVT1VB3VT2,VD2、VD1VZ2 VZ2=VZ1 VT1 切断了启动电路与切断了启动电路与基准电压电路的联系基准电压电路的联系.(2) 基准电压电路基准电压电路 由由VT3、 VS2、VT2、R3 、R2 、R1和和VD1 、VD2组成组成. VZ23VBEVREF= R1 +2VBE (11-16) R1+ R2+ R3 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路R1 、R2 、R3 、VS2正温度系数正温度系数V

16、T2、VD1、VD2负温度系数负温度系数VREF基本不随基本不随温度而变化温度而变化VS2采用恒流源供电采用恒流源供电VREF不受不受VI波动的影响波动的影响(3) 取样比较放大电路和调整电路取样比较放大电路和调整电路 由由VT3 VT10组成组成. 其中其中, VT9、VT10组成复合调整管组成复合调整管; R12、R13组成取样电路组成取样电路; VT6、VT7和和VT5组成带恒流源的差分放大组成带恒流源的差分放大电路电路, VT3、VT4组成的电流源作为其有源负载组成的电流源作为其有源负载. VT8、R9:缓冲电路缓冲电路.确保确保VT7工作在线性区工作在线性区. 11.2 串联反馈式稳

17、压电路串联反馈式稳压电路(4) 保护电路保护电路 a. 减流式保护电路减流式保护电路 由由VT11、R11、R15、R14和和VS3、VS4组成组成,R11为检流电阻为检流电阻.主要目的是使调整管主要目的是使调整管(VT10)工作在安全区域工作在安全区域. PCPCM=ICVCE R14+R15 R15IO=VBE11 (VIVO)VZ3VZ4 (11-18) R11R14 R14 R11 VIVZ3VZ4IOR11VOVBE11= IOR11+ R15 (11-17) R14+R15 (VIVO)(VCE9-10) IO 限制PC. 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路b. 过热保

18、护电路过热保护电路 由由VS2、VT2、VT13和和VT12组成组成. 常温下常温下: VR30.4 VVT13,VT12TVZ2VR3VBE13VT13,VT12IB10IO(5) 结构外形结构外形78出出地地入入图图 11.13 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路2 、三端可调式集成稳压器、三端可调式集成稳压器 VREFVO=VREF+( +Iadj ) R2 R1 R2=VREF (1+ ) + Iadj R2 R1 IadjI1 R2VO VREF (1+ ) R1 (11-19)图图 11.14R1VB VO VREFVIR2I1 比较比较放大器放大器VT调整管调整管I基

19、准电压基准电压 1.2VIadjI2W317+A 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路三三 、三端集成稳压器的应用、三端集成稳压器的应用1 、三端固定集成稳压器应用举例、三端固定集成稳压器应用举例图图 11.15典型接法典型接法+ C20.1F78LXXVDC10.33FC310F +VI +VO123C1、C2:频率补偿频率补偿,防止产生高频自激振荡防止产生高频自激振荡,抑制高频干扰抑制高频干扰.C3 :减小低频干扰减小低频干扰; VD: 保护二极管保护二极管. 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 C20.1F78LXXVT3 C10.33FVIVO123图图11.16

20、 带过流保护的扩流电路带过流保护的扩流电路R2VT2R3R1VT1IO1IO2IOIC1IO=IO1+IO2IO IO1VR3 VT3 VT2(饱和饱和) VBE1 IC12 、三端可调式集成稳压器应用举例、三端可调式集成稳压器应用举例 11.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 C210FLM317 C10.1F VI+25V VO+(1.222V)12图图 11.17 输出正、负电压可调的稳压电路输出正、负电压可调的稳压电路LM33721 R1120R22kR22kR1120 C410F VO(1.222V) VI25V C30.1Fadj1adj2 11.2 串联反馈式稳压电路串联反

21、馈式稳压电路 R10.1C21FLM317-1 C10.1F VI25V VO(1.222V)I1图图 11.18 并联扩流的稳压电路并联扩流的稳压电路LM317-2 R52kR32k R20.1R4120adj1adj2VAOI2IO1IO2+A 章末总结与习题讨论章末总结与习题讨论一、本章小结一、本章小结 1、了解小功率直流稳压电源的组成、了解小功率直流稳压电源的组成; 2、熟悉桥式整流、电容滤波电路的工作原理及整流、滤波、熟悉桥式整流、电容滤波电路的工作原理及整流、滤波元件的选取元件的选取; 3、了解、了解C型滤波、倒型滤波、倒L型滤波和型滤波和型滤波电路的特点及应用型滤波电路的特点及应

22、用场合场合; 4、熟悉串联反馈式稳压电路的组成及工作原理、熟悉串联反馈式稳压电路的组成及工作原理; 5、熟悉三端集成稳压器电路的组成及应用、熟悉三端集成稳压器电路的组成及应用.二、例题讨论二、例题讨论 章末总结与习题讨论章末总结与习题讨论【例例11-2】 稳压电源电路如图稳压电源电路如图11.19所示所示. (1)在原有电路结构基在原有电路结构基 础上础上(设设VT2、VT3的连接是正确的的连接是正确的),改改 正图中的错误正图中的错误; (2)设变压器副边电压的有效值设变压器副边电压的有效值V2=20V,求求VI=?说明电路中说明电路中VT1、 R1 、 VS2的作用的作用; (3) 当当VZ1=6V, VBE=0.7V,电位器电位器RP在中间位置在中间位置,试计算试计算A 、 B 、 C 、 D 、 E点的电位和点的电位和VCE3的值的值; (4) 计算输出电压的调节范围计算输出电压的调节范围. 章末总结与习题讨论章末总结与习题讨论图图 11.19300R1A + VO VI1R2VS2DC v1Trv2VD3VD2VD1VD4 + C12000F + VI R5VT1VT2VT3EVS1R3R4RP + C2B 300 1000F300+A 章末总结与习题讨论章末总结与习题讨论【解解】(1) 二极管二极管VD1、VD4的极性接反的极性接反;