模拟电子技术2

第7章直流电源

7.1直流电源的组成7.2单相整流电路7.3滤波电路7.4稳压电路 本章首先介绍单相半波、单相全波和单相桥式整流电路的工作原理，其次介绍电容和其他形式的滤波电路的性能，最后介绍集成稳压电路和开关稳压电路的工作原理。7.1直流电源的组成 几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，通常都是由交流电网供电，因此需要把交流电变成稳定的直流电。直流稳压电源就是把交流电经过整流变成脉动的直流电，然后通过滤波稳压转换成稳定的直流电的仪器。它由整流电路、滤波电路和稳压电路3部分组成。①整流电路 整流电路的目的是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整流成为单方向的脉动电压。这种单方向的脉动电压有很大的脉动成分。②滤波电路 滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。它由电容、电感等储能元件组成。③稳压电路 稳压电路的功能是采取一些措施，当市电电压或负载电流变化时，使输出的直流电压保持稳定。7.2单相整流电路 整流电路的作用是利用二极管的单向导电性，将交流电转换成单向脉动电压。整流电路中基本上都包含了电源变压器，一方面是“变压”（大多情况下是进行“降压”，即将220V降为较低的交流电压）；另一方面是“隔离”，把电子设备与电网隔开。在小功率直流电源中，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。7.2.1单相半波整流电路 带有纯阻负载的单相半波整流电路如图7.1（a）所示，这是一种最简单的整流电路。它由变压器T、整流二极管VD及负载RL3部分组成。二极管VD具有正向导通、反向截止的开关作用，所以将交流电变成了脉动的直流电，称为整流二极管；负载RL将电能转换成其他能量。图7.1单相半波整流电路1.工作原理及输入输出波形 电路中各处的波形如图7.1（b）所示。由图可知，利用二极管的单向导通这一特性，使变压器副边的交流电压转换成为负载两端的单向脉动电压，从而达到整流的目的。由于这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，因此称为单相半波整流电路。2.参数计算(1)负载上输出的平均电压U0

(2)整流二极管正向平均电流ID(3)整流二极管所承受的最大反向电压UDRM

单相相半半波波整整流流电电路路具具有有结结构构简简单单，，使使用用元元件件少少的的优优点点。。但但是是也也存存在在着着一一些些缺缺点点：：如如输输出出波波形形脉脉动动大大、、直直流流的的成成分分较较低低、、变变压压器器只只有有半半个个周周期期导导电电，，利利用用率率低低；；变变压压器器电电流流含含有有直直流流成成分分，，容容易易饱饱和和。。因因此此，，一一般般只只在在输输出出电电流流较较低低，，要要求求不不太太高高的的电电路路中中运运用用。。7.2.2单相相全全波波整整流流在半半波波整整流流电电路路的的基基础础上上加加以以改改进进就就得得到到了了全全波波整整流流电电路路，，它它由由变变压压器器、、两两个个整整流流二二极极管管和和负负载载组组成成。。变变压压器器具具有有中中心心抽抽头头，，因因此此，，VD1、VD2在正正半半周周和和负负半半周周内内轮轮流流导导电电，，并并且且两两者者流流过过RL的电流流保持持同一一方向向，使使得负负载RL在正半半周和和负半半周均均有输输出电电压。。1.工作原原理和和输入入输出出波形形全波整整流的的原理理图见见图7.3。2.参数计计算(1)负载上上输出出的平平均电电压UO(2)整流二二极管管正向向平均均电流流ID(3)整流二二极管管所承承受的的最大大反向向电压压UDRM全波整整流电电路也也存在在着明明显的的缺点点：二二极管管所承承受的的反向向峰值值电压压高，，是半半波整整流电电路的的两倍倍；全全波整整流电电路必必须采采用具具有中中心抽抽头的的变压压器，，并且且每个个线圈圈只有有一半半时间间参与与导电电，因因此变变压器器的利利用率率也不不高。。7.2.3单相桥桥式整整流电电路单相桥桥式整整流电电路如如图7.5(a)所示。。图中中，4个整流流二极极管VD1～VD2接成电电桥的的形式式，其其中一一个对对角线线接变变压器器的次次级，，另一一个对对角线线接负负载电电阻RL，但二二者不不能互互换。。故有有桥式式整流流电路路之称称。图图7.5(b)是它的的简化化画法法。图7.5桥式整整流电电路的的其他他画法法1.工作原原理2.参数计计算(1)负载上上输出出的平平均电电压U0(2)流过负负载的的平均均电流流IO(3)整流二二极管管所承承受的的最大大反向向电压压UDRM桥式整整流电电路的的优点点是输输出电电压高高，电电压纹纹波小小，管管子所所承受受的最最大反反向电电压比比较低低，同同时由由于电电源变变压器器在正正、负负半周周内都都有电电流供供给负负载，，电源源变压压器的的利用用率高高。因因此，，此电电路在在整流流电路路中有有了较较为广广泛的的运用用。缺点是是二极极管用用得较较多。。7.3滤波波电电路路从前面面的分分析可可知，，无论论何种种整流流电路路，它它们的的输出出电压压都含含有较较大的的脉动动成分分。为为了减减少脉脉动，，就需需要采采取一一定的的措施施，即即滤波波。滤滤波的的作用用是一一方面面尽量量降低低输出出电压压中的的脉动动成分分，另另一方方面又又要尽尽量保保留其其中的的直流流成分分，使使输出出电压压接近近于理理想的的直流流电压压。滤波电电路一一般由由电抗抗元件件组成成，如如在负负载电电阻两两端并并联电电容器器C，或与与负载载串联联电感感器L，以及及由电电容器器、电电感器器复合合而成成的各各种组组合式式滤波波电路路。常常见的的结构构如图图7.7所示。。图7.7滤波电电路的的基本本形式式因为电电抗元元件在在电路路中能能储存存能量量，并并联的的电容容器C在电源源供给给的电电压升升高时时，能能把部部分能能量储储存起起来，，当电电压降降低时时，能能量就就释放放出来来，因因此负负载得得到的的电压压比较较平滑滑，即即电容容C具有平平波的的作用用；与与负载载串联联的电电感L，当电电源供供给的的电流流增加加时，，它把把能量量储存存起来来，当当电流流减小小时，，就将将能量量释放放出来来，因因此负负载电电流也也较平平滑，，即电电感L也有平平波作作用。。滤波电电路的的形式式多种种多样样，可可分为为电容容输入入式（（电容容C接在最最前面面，如如图7.7中的a、c）和电电感输输入式式（电电感L接在最最前面面，如如图7.7中的b）。前前一种种滤波波电路路常用用于小小功率率的电电源中中，而而后一一种滤滤波电电路多多用于于较大大功率率电源源中。。本节节重点点分析析小功功率整整流电电源中中常用用的电电容滤滤波电电路，，然后后简要要分析析其他他形式式的滤滤波电电路。。7.3.1电容滤滤波电电路为了便便于说说明电电容滤滤波的的工作作原理理，先先来分分析一一下图图7.8(a)所示的的桥式式整流流、电电容滤滤波电电路。。1.电容的的滤波波作用用图7.8桥式整整流、、电容容滤波波电路路2.滤波电电容后后电路路的特特点(1)提高了了输出出电压压的直直流成成分(2)降低了了输出出电压压的脉脉动成成分(3)二极管管导通通角度度变小小而导导通时时的最最大电电流变变大(4)电容滤滤波电电路的的外特特性差差7.3.2其他形形式滤滤波电电路1.RC-ⅡⅡ型滤波波电路路在前一一节桥桥式整整流滤滤波电电路的的基础础上，，再加加上一一级RC滤波电电路就就构成成了如如图7.11所示的的RC-Ⅱ型滤波波电路路。图7.11RCⅡ型滤波波电路路2.电感滤滤波电电路、、LC滤波电电路和和LC-Ⅱ型滤波波电路路在桥式式整流流电路路和负负载电电阻RL之间串串入一一个电电感器器L，如图图7.12所示。。图7.12电感滤滤波电电路采用电电感滤滤波以以后，，有延延长整整流管管导电电角的的趋势势，因因此电电流的的波形形比较较平滑滑，输输出特特性好好。其其缺点点是由由于铁铁芯的的存在在，笨笨重，，体积积大，，容易易引起起电磁磁干扰扰。一一般只只适用用于低低电压压、大大电流流场合合。此此外，，为了了进一一步减减少负负载电电压中中的纹纹波，，电感感后面面可再再接一一电容容而构构成LC滤波电路路，如图图7.13所示。此此电路在在负载电电流较大大或较小小时均有有良好的的滤波作作用，因因此，它它对负载载的适应应性比较较强。图7.13LC滤波电路路若在LC滤波电路路的输入入端再加加上一个个电容，，就构成成了LC-ⅡⅡ滤波电路路，如图图7.14所示。该该电路的的特点是是输出电电压的脉脉动成分分小，波波形更加加平滑。。缺点是是滤波电电路的外外特性较较差，整整流管的的冲击电电流比较较大。图7.14LC-Ⅱ型滤波电电路7.4稳压电电路路和理想的的直流电电源相比比，整流流滤波电电路的输输出电压压还有一一定的差差距，问问题是，，当负载载电流变变化时，，导致输输出直流流电压的的变化；；以及当当电压波波动时，，整流电电路的输输出电压压也随之之相应地地变化。。因此，，就引出出了稳压压电路。。所谓稳稳压电路路，就是是在负载载不变而而输入电电压变化化时，输输出电压压不变；；并且当当输入电电压不变变而负载载改变时时，输出出电压也也不变的的电路。。7.4.1稳压电路路及其主主要技术术指标1.主要技术术指标(1)内阻（也也称输出出电阻））R0(2)稳压系数数Sr(3)电压稳定定度SV2.硅稳定管管稳定电电路(1)电路组成成和工作作原理稳压管稳稳压电路路如图7.16所示。图7.16硅稳压管管稳压电电路(2)各参数的的估算①内阻R0②稳压系数数Sr③限流电阻阻的选择择3.串联型直直流稳压压电路(1)电路组成成和工作作原理串联型直直流稳压压电路如如图7.21所示。(2)输出电压压的调整整范围图7.21串联型直直流稳压压电路7.4.2集成稳压压电路为了适应应现代电电子技术术的发展展，稳压压电路也也迅速实实现集成成化。集集成稳压压器具有有体积小小、重量量轻、抗抗干扰能能力强、、大规模模生产、、使用经经济等特特点，越越来越为为大量电电子设备备所使用用。特别别是具有有输入端端、输出出端和公公共引出出端的三三端式稳稳压器，，因为不不需要外外接元件件，并且且本身有有限流、、过压和和过流保保护电路路，所以以运用更更加安全全可靠。。三端集集成稳压压器可分分输出电电压固定定和输出出电压可可调两种种形式。。本节以以具有正正电压输输出的78LXX系列为例例介绍电电路的组组成、工工作原理理、主要要参数以以及它们们的外形形和应用用电路。。1.三端集成成稳压器器的组成成和工作作原理现结合一一个实例例对三端端集成稳稳压器的的各部分分电路作作简要说说明。如如图7.22所示为一一具有正正电压输输出的78LXX系列三端端集成稳稳压器。。(1)启动电路路(2)基准电压压电路(3)取样比较较放大电电路和调调整电路路图7.2278L××型为输出出电压固固定的三三端集成成稳压器器原理图图(4)保护电路路①限流保护护电路②过热保护护电路2.三端集成成稳压器器外形及及主要参参数3.三端集成成稳压器器的应用用电路7.4.3开关型稳稳压电路路前面介绍绍的串联联型直流流稳压电电路和集集成稳压压器均属属于线性性稳压电电路，这这是因为为调整器器工作在在放大区区。当负负载电流流较大时时，调整整管的集集电极损损耗相当当大，电电源效率率较底，，一般为为20%～40％，通常常还要配配备庞大大的散热热装置