模拟电子技术直流稳压电源

项目五直流稳压电源目录Xiaogonglvzhengliulvpodianlu小功率整流滤波电路Wengyadianlu稳压电路Jichengwenyaqi集成稳压器2023/3/30学习要点了解电子电路采用直流稳压电源地原因,理解整流,滤波以及稳压地概念,掌握单相桥式整流滤波电路地计算。了解串联型,并联型与开关型稳压电路地结构组成,理解电路工作原理及分析方法;了解三端集成稳压器地引脚功能及其应用。2023/3/305.1小功率整流滤波电路电源变压器:将交流电网电压u1变为适合负载地交流电压u2。整流电路:将正弦交流电压u2变为单方向地脉动直流电压u3。滤波电路:将u3地高次谐波滤除后得到平滑性较好地纹波电压u4。稳压电路:使输出电压基本不受电网波动及负载变化地影响,从而保持输出直流电压Uo具有较高地稳定。2023/3/305.1.1整流电路将交流电压变换成脉动地直流电压单相半波整流电路u2正半周,二极管VD导通,忽略管压降时,输出电压UO等于u2。VDIOTRLUOu2u1u2ωt0uoωt0u2u2负半周,二极管VD反偏截止,UO等于0。电路实现了半波整流。2023/3/305.1.1整流电路——单相半波整流电路流过整流二极管地平均电流:二极管承受地反向峰值电为:常用于整流电流较小,对脉动要求不高地电子仪器与家用电器。电路特点:结构简单,输出电流适;输出电压脉动较大,整流效率低。输出电压平均值:2023/3/305.1.1整流电路——单相桥式整流电路由四个二极管构成地单相桥式整流电路VD3VD1VD2VD4RLTuiuituo tuo实际工程应用通常采用简化地单相整流桥电路图u2uo2023/3/305.1.1整流电路——单相桥式整流电路流过整流二极管地平均电流:二极管承受地反向峰值电为:广泛应用于机床控制电路,自动控制电路与各种家用电器。电路特点:输出电压较高;脉动成分减小,电路地整流效率提高。输出电压平均值:流过负载地平均电流:2023/3/305.1.1整流电路——半桥堆两个二极管可构成一个集成地半桥堆电路连接要点:半桥堆地一对交流引脚1与2分别与变压器地两个二次侧非心抽头相连,一个直流引脚3需要通过负载与变压器心抽头相连后组成输出电路。2023/3/305.1.1整流电路——全桥堆整流桥密封在管芯可构成一个集成全桥堆电路连接要点:集成全桥堆间两根交流输入端子AC要与电源变压器地二次侧相连接;两侧有+,−标志地直流引线须与负载相连接,这4根外引线不能接错。特点:全桥堆具有体积小,使用方便,装配简单地优点;但其地器件有个别损坏时难以更换。2023/3/305.1.1整流电路选用整流二极管时,主要应考虑其最大整流电流,最大反向工作电压,截止频率及反向恢复时间等参数。1432二极管选择原则对于串联型直流稳压电源电路地整流二极管,应按其最大整流,反向工作电压地条件进行选择。对于开关型稳压电源地整流管,应选择使用工作频率较高,反向恢复时间短地快恢复型整流二极管。对于低电压整流电路应选择正向压降较小地整流二极管。5A以下地整流电路,可选择一般整流管或半桥堆,全桥堆。或者使用收录机电源等低电压整流电路。2023/3/305.1.1整流电路——举例单相桥式整流电路如图示。已知220V交流电源地频率为50Hz,要求输出电压Uo(AV)=30V,负载电流Io(AV)=50mA,试求电源变压器副边电压有效值U2,并选择二极管。例（2）选择二极管流经二极管地平均电流二极管承受地最大反向电压选择整流二极管时,应考虑到二极管可能流过较大地冲击尖峰电流,因此选择整流二极管地额定电流IF≥（2～3）ID(AV);最高反向电压一般选择二极管承受地最大反向电压地2倍。故本例可选择IN4002整流二极管,其参数:IF＝1A,URM=100V。（1）变压器副边电压由可得解2023/3/305.1.2滤波电路——桥式整流电容滤波电路结构特点:较大电解电容与负载RL相并联。输出电压地平均值UO(AV)≈1.2U2。2023/3/305.1.2滤波电路——桥式整流电容滤波电路工作原理u2上升且大于电容地极间电压uc时,u2对电容C进行充电,uo=ucu2u2下降且小于电容电压时,二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电,uc按指数规律下降。

为使滤波效果良好,一般取电路地时间常数:T是u2地周期,即:此时:2023/3/30图示电路,已知U2=20V,交流电源地频率为50Hz,RL=1kΩ,C=2000μF,试求输出电压地平均值UO(AV)与二极管承受地最大反向电压URM;若电容发生虚焊,UO(AV)与URM又为多少？例所以输出电压地平均值:二极管承受地最大反向电压若电容发生虚焊,则电路成为单相桥式整流电路,此时时间常数:满足解C5.1.2滤波电路——桥式整流电容滤波电路2023/3/305.1.2滤波电路——桥式整流电容滤波电路当负载开路时,时间常数τ趋近无穷大,输出:3.二极管承受地反向峰值电压:2.流过二极管地瞬时电流很大。RLC越大UO(AV)越大负载电流IO(AV)越大;整流二极管对电流呈现地动态电阻越小通过二极管地峰值电流就越大。正常情况下:电路特点:1.输出电压平均值UO(AV)地大小取决于时间常数RLC。RLC值愈大电容器放电愈慢UO(AV)值愈大。取RLC≥(3~5)T/2时,通常用于负载电压较高,负载变动不大地场合。2023/3/305.1.2滤波电路——桥式整流电感滤波电路电路特点:峰值电流很小,输出比较平坦,但是由于线圈铁心地存在,体积大而笨重。适用于低电压,大电流地场合。对谐波分量:f越高,XL越大,电压大部分降在XL上。Uo≈0.9U2忽略电感线圈地直流电阻时,输出电压地平均值:对直流分量:XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上;2023/3/305.1.2滤波电路——桥式整流π型滤波电路π型LC桥式整流滤波电路,由于电容对交流呈现地阻抗很小,电感对交流呈现地阻抗很大,因此负载上得到地谐波电压较小。π型RC桥式整流滤波电路由于电阻要消耗一定地有功功率,所以致使电源消耗功率较大,电路效率较低。实用采用较少。2023/3/305.1.2滤波电路整流地作用主要是什么？主要采用什么元件实现？最常用地整流电路是哪一种？思考与练习滤波电路地主要作用是什么？滤波电路地最重要元件是什么？什么是直流稳压电源,由哪几部分组成？2023/3/305.2稳压电路电路功能:进一步稳定滤波后地电压,使输出电压基本上不受电网电压地波动与负载变化地影响,让电路地输出具有足够高地稳定性。小功率地并联型,串联型稳压电路与效率较高地开关型稳压电路。1.电压调整率(稳压系数):主要性能指标电压调整率Sγ越小,直流稳压电源地输出电压稳定性越好。一般直流稳压电源地电压调整率Sγ为10－2～10－4。1.输出电阻:输出电阻用来反映稳压电路受负载变化地影响,数值越小越好。2023/3/305.2.2并联型稳压电路电路组成结构特点:电路因二极管与负载并联而称为并联型稳压电路,也称为硅稳压管稳压电路。图电阻R为限流电阻,用来限制通过稳压二极管VZ地电流,起限流保护作用。2023/3/305.2.2并联型稳压电路①Ui不变,RL减小②RL不变,Ui升高保证了输出基本不变！结构简单,使用元件少,但稳压值不可调节。只适用于电压固定,负载电流小地电路。工作原理保证了输出基本不变！电路特点:2023/3/305.2.3串联型稳压电路取样电路:取出输出地部分回送至误差放大器与基准电压比较;各部分功能结构组成:基准电压:误差放大器与基准电压比较后形成一个差值输入;误差放大器:将反馈误差输入量放大后送到调整管VT地基极。调整管:随误差信号地变化进行调整,维持输出地稳定。2023/3/305.2.3串联型稳压电路取样电路由R1,R2与电位器RW组成,当输出电压UO发生变化时,取样电路取UO变化量地一部分回送到误差放大电路地反相输入端与同相输入端地基准电压之间形成一个误差输入。工作原理电路组成:2023/3/305.2.3串联型稳压电路反馈信号增大（或减小）时,UF与基准电压UZ之间地差值信号减小（或增大）,经误差放大电路放大后送到调整管地基极,使VB1随之减小（或增大）;工作原理电路组成:2023/3/305.2.3串联型稳压电路工作原理电路组成:随着调整管基极电位地减小（或增大）,调整管地集电极电流IC随之减小（或增大）,而管压降UCE随之增大（或减小）,由UO=Ui－UCE可知,UO增加（或减小）地趋势受到控制,从而调整与稳定了输出电压UO。2023/3/305.2.3串联型稳压电路输出电压地调节范围假设调整前放大器:有:则:U+=U-由公式可得,当RW地滑动端调至最上端时,RW2=RW,UO为最小值:RW地滑动端调至最下端RW2=0时,UO为最大值:优点:低噪声,低纹波,负载调整率良好,高稳定度,高准确度。缺点:调压范围有限,效率低。2023/3/305.2.3串联型稳压电路电路如图示。如果不考虑集成运放与三极管极限参数地限制,设UZ=5V,RW=5kΩ,R1=2kΩ,R2=3kΩ,输入电压U1足够大,求输出电压调节范围。例对公式整理:代入数据可得:集成运放地同相端电位:输出电压地调节范围为7.1～25V。解根据线性运算"虚短"地概念:2023/3/305.2稳压电路地应用可以在此处插入视频2023/3/305.2.4开关型直流稳压电路结构特点:开关稳压电路地调整管工作在开关状态,依靠调节其导通时间实现稳压,具有管耗低,效率高(一般可达80%~90%),稳压范围较宽地突出特点。广泛应用于计算机,电视机以及对稳压精度要求不太高地场合做为直流供电电源。2023/3/305.2.4开关型直流稳压电路开关稳压电路分有开关调整管VT,续流二极管VD,LC滤波电路,R1,R2构成地采样电路以及由误差放大器,电压比较器及信号发生器等组成地控制电路几部分。控制电路主要控制调整管VT地开关状态,将输入到调整管地电压变成矩形波,由于续流二极管VD地续流作用与LC滤波电路地滤波作用,将矩形波变换成平稳地直流电压输出。输出电压通过取样电路反馈到控制电路,控制调整管地导通与关断时间,从而自动调节输出电压地大小,实现稳压作用。结构原理2023/3/30稳压电路地LC作为滤波器用来平滑输出电压UO,取样电路则将输出电压UO地变化取样UF回送到误差放大器与基准电压比较,二者之间地差值电压作为误差放大器地输入被放大,放大后地输出电压UA作为电压比较器地阈值电压,当三角函数发生器输出地三角波从小到大或从大到小变化并达到UA时,比较器输出UB状态可跳变至±UOM,使调整管处于开或关地状态。5.2.4开关型直流稳压电路工作原理2023/3/30由电路地波形图可以看出:只要输出发生变化,取样电路地UF也相应发生变化,误差放大器地输入差值电压随之发生变化,从而改变了基准电压UA地大小。当UA变大时,比较器输出地方波电压占空比增大,电容充电时间增长;当UA变小时,比较器输出地方波电压占空比减小,电容充电时间减小,从而改变了调整管地开通与关断时间,实现了输出电压地自动调节。5.2.4开关型直流稳压电路工作原理2023/3/30开关型直流稳压电源地原理及应用说明可以在此处插入视频2023/3/305.2.5调整管地选择——主要考虑三个参数集电极最大允许电流I调整管通常采用大功率三极管,为了安全使用,应使其集电极最大允许电流大于负载上通过地最大电流与电阻R上通过地电流之与。即:I≥ILmax+IR集射间最大允许反向电压U(BR)CEO考虑到电网上近±10％地电压波动,调整管有可能承受最大反向电压,因此调整管地集－射极之间地最大允许反向击穿电压应大于空载时整流滤波电路地最大输出电压。即:U(BR)CEO≥1.1×1.414U2集电极最大耗散功率P当电网电压达到最大值,输出电压达到最小值,同时负载电流也达到最大值时,调整管地功耗最大,所以:P≈(1.1×1.2U2－Uomax)×IEmax2023/3/305.2.6稳压电路地过载保护稳压电路为什么要采取过载保护？如果稳压电路没有适当地保护措施,当输出端过载甚至发生短路时,通过调整管地电流将急剧增大,必定造成调整管地损坏,所以需要采取过载与短路保护措施,才能保证稳压电路安全可靠地工作。保护方法分有限流保护（过载保护）与截流保护（短路保护）两种。保护原理:当输出电流超过某一数值或电流发生短路时,起保护作用地二极管或三极管动作,把电路地电流限制在某一数值或是使调整管处于反向截止状态,将短路电流自动切断。2023/3/305.2.6稳压电路地过载保护限流保护电路保护电路电路地二极管VD与电阻RO组成二极管保护电路。正常工作时,二极管处于反向截止状态。当负载电流增大,且达到一定数值时,电阻RO上地压降增大,使二极管导通。导通后二极管地管压降UD＝Ube1＋ROIE数值一定,RO上地压降增大将迫使Ube1减小,从而使IE限制到一定值,从而达到保护调整管地目地。保护原理2023/3/305.2.6稳压电路地过载保护截流保护电路保护环节由三极管VT2与分压电阻R4,R5组成。电路正常工作时,通过R4与R5地分压作用,使得VT2地VB<VE,VT2处于反偏截止状态对电路无影响;当输出电压为零,电路出现短路时,VT2地发射极相当于接地,则VT2处于正向饱与导通状态,迫使调整管VT1地基极与发射极近于短路而处于截止状态,切断短路电流,从而达到保护稳压电路地目地。保护原理2023/3/30试述串联型稳压电路地特点？它通常运用于哪些场合？在选择调整管地型号时,应主要考虑调整管地哪些主要参数？？稳压电路地主要作用是什么？稳压电路地主要性能指标是哪两个？试述开关型稳压电路地主要特点？开关型稳压电源地输出电压是平滑波吗？试述关联型稳压电路地特点？它通常应用于哪种场合？二极管与三极管地限流保护与截流保护有何不同？思考与练习5.2稳压电路2023/3/305.3集成稳压器结构特点:集成稳压器硅片内部包括串联型稳压电路与保护电路,具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。W7800系列—稳定正电压W7805输出+5VW7809输出+9VW7812输出+12VW7815输出+15VW7900系列—稳定负电压W7905输出-5VW7909输出-9VW7912输出-12VW7915输出-15V2023/3/305.3.1固定输出地集成三端稳压器两表所示为固定输出地集成三端稳压器地常用规格。2023/3/305.3.1固定输出地集成三端稳压器产品外形:连接时芯片引脚不能接错！2023/3/305.3集成稳压器可以在此处插入视频2023/3/305.3.1固定输出地集成三端稳压器基本应用电路集成稳压器输入端并联地C1,作用是防止自激振荡;输出端并联地C2,作用是滤除噪声信号;VD是续流保护二极管,用来防止输入短路时输出电容C3存储地电荷通过稳压器放电而损坏器件。2023/3/30可以在此处插入视频5.3.1固定输出地集成三端稳压器2023/3/305.3.2可调输出三端集成稳压器产品外形示意图2023/3/305.3.2可调输出三端集成稳压器集成三端可调稳压器可以弥