直流稳压电源课件

模拟电子技术基础交流电源电源变压器整流电路10.1

概述直流稳压电源的组成方框图波形图O上页返回下页OO10

直流稳压电源模拟电子技术基础滤波电路稳压电路整流电路波形图O上页返回下页OO模拟电子技术基础10.2

单相整流及电容滤波电路10.2.1

单相桥式整流电路1.

电路组成a+_uOTr+_u1b+u2_D1上页返回下页D2D4D3RL模拟电子技术基础2.

工作原理u2ωtOωtOωtOiO输入电压输出电压输出电流设(a)(b)

二极管D1~D4性能理想uOTr++RLD1D4+u1–D1iD3D2u2iD2iOab–uO–上页返回下页模拟电子技术基础ωuD1

,uD3OωtOiD1

,

iD3u2ωtO输入电压二极管D1、D3电流二极管D1、D3电压Tr++uORLD1D4+u1–D1iD3D2u2iD2iOab––上页返回下页模拟电子技术基础3.主要性能指标(1)

整流输出直流电压u2ωtOuOωtO因为输出电压输出直流电压上页返回下页模拟电子技术基础(2)

输出电压纹波因数γ定义式中Uor

——输出电压中各次谐波电压有效值的总和UO

——输出电压的平均值上页返回下页模拟电子技术基础对于全波整流电路由于上页返回下页故模拟电子技术基础(3)

整流二极管的正向平均电流(4)

整流二极管的最高反向电压Tr++uORLD1D4+u1–D1iD3D2u2iD2iOab––上页返回下页模拟电子技术基础10.2.2

电容滤波电路+_uOTr+_u1+u2_D1D2D4D3RLC上页返回下页模拟电子技术基础(1)

当C=0时1.工作原理Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––输入电压πu22π

3π 4π

ωtO上页返回下页模拟电子技术基础πu22π

3π 4π

ωtO输入电压输出电压波形桥式整流电路输出电压Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO––uOOπ

2π

3π

4πωt上页返回下页输出电压波形由于电容器的充电时间常数模拟电子技术基础(2)

当C≠0、RL=∞时OOπ

2π

3π

4π

ωtTr+–u1D4+D1D3D2u2+

uuO+C––roπ2π

3π

4πu2ωtO输入电压上页返回下页模拟电子技术基础(3)

当C≠0、RL≠∞时电容器的充电时间常数输出电压π2π

3π

4πu2ωtO输入电压Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roπO2π

3π

4πωtuO

,

uCuO

=uC

≈

u2上页返回下页模拟电子技术基础π2π

3π

4πu2ωtO输入电压Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roOπ

2π

3π

4π输出电压ωtuO

,

uC当C充电到最高点时二极管D1、D3将截止

C将通过RL开始放电上页返回下页模拟电子技术基础电容器的放电时间常数由于τ2较大，放电比较缓慢Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––π2π

3π

4πu2ωtOOπ

2π

3π

4π输出电压ωtuO

,

uCro上页返回下页模拟电子技术基础当|u2|>uC时二极管D2、D4导通C又开始充电，直到最大值。π2π

3π

4πu2ωtOTr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roOπ

2π

3π

4π输出电压ωtuO

,

uC上页返回下页模拟电子技术基础ωtπ2π

3π

4πu2ωtO输入电压Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––roC放电D截止输出电压波形D导通Oπ

2π

3π

4πuO

,uC

C充电上页返回下页模拟电子技术基础2．电容滤波电路的外特性及主要参数估计(1)

电容滤波电路的外特性0.9U2C=0C小C大Tr+–u1D4+D1D3D2u2+RL

uO+C––iOuOiOO上页返回下页模拟电子技术基础a.

当

iO一定时，

C

越小，UO(AV)越小，纹波越大。b.当C

一定时，i

O

越大,越小。外特性特点结论： 外特性差电容滤波电路适用于负载电流比较小或负载基本不变的场合。0.9U2C=0C大uOiOC小U

O(AVO)上页返回下页模拟电子技术基础(2)

输出电压平均值一般取(3)

输出电流平均值若≥上页返回下页模拟电子技术基础(4)

整流二极管的平均电流(b)

二极管导通时，有冲击电流(a)

比无滤波电容时的平均电流大二极管电流的特点ωtπO2π

3πOωtuCuOiDiD1iD3iD2iD4IDMuCuO流过二极管电流波形电压波形上页返回下页模拟电子技术基础放电时间常数越大，θ越小，冲击电流越大。(c)

冲击电流与二极管的导通角θ(θ<π)有关πO2π

3πωtOωtuCuOiiD1

D3iD2iD4IiDDMuCuO(5)

整流二极管的最高反向电压上页返回下页模拟电子技术基础3．π型滤波电路R+–+C1

C2uIR

uOL+–+L++–C1

C2uIuOL+–+

RLC—π型滤波电路RC—π型滤波电路上页返回下页模拟电子技术基础S1、S2均闭合;S1、S2均分断;S1闭合、S2分断;S1分断、S2闭合。电烙铁U上页返回下页OCD1D3D4S1S2D2+~220V思考题在图示电烙铁供电电路中，试分析以下几种情况各属于什么供电电路？输出电压多高？哪种情况下电烙铁温度最低？为什么？模拟电子技术基础稳压电路的功能和性能指标稳压电路的功能稳定输出直流电压稳压电路的主要性能指标(1)

稳压系数10.3

串联反馈型线性稳压电路上页返回下页模拟电子技术基础(2)

电压调整率输出电阻电流调整率上页返回下页模拟电子技术基础(5)

输出电压的温度系数纹波电压稳压电路输出端的交流分量（通常为100Hz）的有效值或幅值。纹波电压抑制比输入、输出电压中的纹波电压之比上页返回下页模拟电子技术基础10.3.2

串联反馈型线性稳压电路的工作原理1．电路组成基准环节比较放大环节调整环节取样环节+R+–AUBUREFUIRLTDZRWR2R1UF+UO––上页返回下页模拟电子技术基础2．稳压原理U

I

↑

(

或R

L

↑

)

→

U

O

↑

→

U

F

↑

→

U

B

↓

→

U

CE

↑+R+–AUBUREFUIRLTDZRWR2R1UF+UO–

–上页返回下页模拟电子技术基础3．输出电压UI+RRL+-

ATDZRWR2R1UBUFUREF+UO––上页返回下页+–模拟电子技术基础4．调整管参数选取原则(1)ICM≥IOmax(2)

PCM≥(3)≥上页返回下页模拟电子技术基础5．限流保护电路保护电路R-UO+–T1IB1T2IC2+

URUBIORL比较放大环节I上页返回下页+–UI模拟电子技术基础正常工作区IOIOmax电路外特性UO保护电路R-UO+–T1IB1T2IC2+

URUBIORL比较放大环节I+上页返回下页–

OUI工作原理当IO较小时，UR<UBE2

,

T2截止，电路正常工作。当Io增大,T2导通。IB1减小，限制了Io的增大。模拟电子技术基础1.电路组成10.3.3

高精度基准电压源微电流源温度补偿电路UIRE2T1T2IC1UREFIO+IC2RC2RC1T3+上页返回下页––模拟电子技术基础2.

工作原理图中由此可得UIRE2T1T2IC1REFIO+IC2RC2RC1T3U+上页返回下页––模拟电子技术基础由式 可知上页返回下页如果合理地选择IC1/IC2和RC2/RE2的值，使正温度系数的电压IC2RC2正好补偿负温度系数电压的UBE3，可获得零温度系数的基准电压。基准电压为式中Ug0为硅材料在0K时禁带宽度(能带间隙)的电压值。模拟电子技术基础上页返回下页10.3.4

集成三端稳压器电路主要组成部分串联反馈型线性稳压电路高精度基准电压源过流、过热保护等电路主要特点(2)

外接元件少(1)工作可靠(3)

使用方便模拟电子技术基础2

31外形图4.分类固定式三端稳压器按输出电压是否可调可调式三端稳压器上页返回下页外形图78系列——

输入端——

公共端——

输出端79系列——

公共端——

输入端——

输出端模拟电子技术基础上页返回下页5.固定式集成三端稳压器的型号78××（输出正电压）系列79××（输出负电压）系列×

×

——

输出电压的标称值输出电压种类5V、6V、9V、12V、15V和24V等模拟电子技术基础LM78××123LM79

××1236.稳压器电路符号7.固定式三端稳压器的典型接法a.78系列–UOC10.33µF0.1µF100µFLM78

××+UI–132+C

+3C2上页返回下页模拟电子技术基础C1

防止自激振荡C2

减小高频干扰C3

减小输出纹波和低频干扰b.79系列各电容器的作用I+UO0.33µF

0.1µF100µF

+LM79××+U–132C3C1

C2–上页返回下页模拟电子技术基础a.输出正、负电压的稳压电路8.

固定式三端稳压器的应用电路+

UO+C10.33µF0.1µF100µFLM78××132C3C2+–UOC10.33µF0.1µF100µFLM79××132C3C21000µF

+C~上页返回下页模拟电子技术基础b.提高输出电压UI+C1LM78××+–132C2R2R1UO++IQ––忽略公共端电流IQ上页返回下页模拟电子技术基础式中c.

扩大输出电流图中若β

=10，R1=0.5

Ω

,|UBE|=0.3V,。则UI+UOC1LM78××+–132C2R1T–上页返回下页模拟电子技术基础具有抗饱和电路的低压差线性集成稳压器简化原理电路10.3.5

高效率低压差线性集成稳压器UO+UI基准UREF+–gmT3e

e3AT2T1e3BcUB3RL–UF+UB1IB1I辅助R2R1CO+I上页返回下页O+–误差放大器EA–模拟电子技术基础D3D1

D2D4CRLDZ+上页返回下页UO−+uI−思考题1.指出图示稳压电路中的错误，说明原因并改正之。R2.

串联型稳压电路主要由哪四部分组成？简述各部分的主要作用及电路的稳压原理。模拟电子技术基础上页返回下页10.4

开关型稳压电路线性稳压电路的主要特点(1)

电压稳定度高纹波电压小响应速度快(4)电路简单调整管的功耗大功率变换效率低模拟电子技术基础上页返回下页开关型稳压电路的主要特点调整管工作于开关状态，功耗低功率变换效率高体积小、重量轻可以省去电源变压器输出纹波大模拟电子技术基础降压型开关稳压电路的工作原理1.

降压型开关稳压电路UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上页返回下页模拟电子技术基础开关管续流二极管储能电感滤波电容控制脉冲UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上页返回下页模拟电子技术基础来自反馈控制电路控制脉冲的特点周期T恒定UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上页返回下页模拟电子技术基础2.

工作原理(1)

当控制脉冲为高电平(Ton期间)时T饱和导通D截止CO充电、L储能UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上页返回下页模拟电子技术基础(2)

当控制脉冲为低电平(Toff期间)时T截止D导通CO、L放能UO+TIIO+C+UT+

uLiLCO+iC–uEDRLe––上页返回下页模拟电子技术基础tuEUIUOOOtUOUOminUOmaxtiLUO/

RLO(3)工作波形ToffTon射极电压uE输出电压uO电感电流iLUO–iO+–iLiCCO+uERL上页返回下页L模拟电子技术基础占空比输出直流电压3.

输出电压UOtuEUIUOOOtUOUOmaxtiLUO/

RLOToffTonUOmin上页返回下页模拟电子技术基础4.

反馈控制的降压型开关稳压电源方框图脉宽调制器采样电路UO+–TUI+–LCDRLR上页返回下页模拟电子技术基础上页返回下页思

考

题为什么说在开关型稳压电源中，当控制脉冲周期不变时，调整管饱和导通时间越长，输出电压越高？模拟电子技术基础[例1]

某稳压电源如图所示,试问：输出电压UO

的极性和大小如何?电容器C1和C2的极性如何?如将稳压管接反，后果如何?如R=0，又将产生怎样的后果?练

习

题UORD3D1

D2D4C1C

R2

LDZ+−+u1+u2––上页返回下页模拟电子技术基础RD1D2D4

D3C1UOC

R2

LDZ+−[解]

(1)

UO=15

V，极性上“－”下“＋”。C1和C2的极性均为上“－”下“＋”。稳压管接反的直接后果是:输出电压UO≈0;可能造成二极管和稳压管也被烧坏。+u1上页返回下页+u2––模拟电子技术基础RD1D3D2D4C1UOC

R2

LDZ+−如R=0,则UI

≈UZ、IZ>IZmax，稳压管首先可能被烧坏。当稳压管烧坏造成短路时,二极管电流过大也会被烧坏。+u1上页返回下页+u2––模拟电子技术基础[例2]

试求图示电路的输出电压UO

的可调范围。[解]由题意知，运算放大器处于线性状态，根据“虚短”的概念，由图可得+-+-W7808+-A-+上页返回下页模拟电子技术基础故+-+-W7808+-A-+上页返回下页模拟电子技术基础当时当时故UO

的可调范围为8~12V。(0≤

≤上页返回下页)模拟电子技术基础[例3]

运算放大器组成的稳压电路如图所示。图中输入直流电压UI=30V，调整管T的β=25，运算放大器的开环增益为100

dB、输出电阻为100

Ω，输入电阻为2

MΩ

，稳压管的稳定电压UZ=5.4

V，稳压电路的输出电压近似等于9

V。在稳压电路工作正常的情况下，试问：+

R112kΩUOUiR3RLDZR4+T91Ω5.1kΩR2

2kΩ3kΩ–+A––上页返回下页模拟电子技术基础调整管T的功耗PT和运算放大器的输出电流等于多少？从电压串联负反馈电路详细分析计算的角度看，该稳压电路的输出电压能否真正等于9V?如不能，输出电压的精确值等于多少？+

R112kΩUOR2R3UIDZR4+TRL

91Ω5.1kΩ2kΩ3kΩ–+A––上页返回下页模拟电子技术基础在调整管的集电极和基极之间加一只5.1

kΩ的电阻R4（如图中虚线所示），再求运算放大器的输出电