第8章功率放大电路与直流稳压电源第2讲

1、直流稳压电源,电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路: 将脉动直流电压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。,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,8.2 线性直流电源,直流电源的组成：,常见的小功率整流电路有：单相半波整流，全波整流，桥式整流等。,把交流电压转变为直流脉动的电压。,整流电路分类：,整流电路的任务：,8.2.1 整流电路,为分析方便，假设所用元件为理想元件。,整流二极管的伏安特性：,实际特性,理想化特性,正向导通电压为0，正向电阻为

2、0。,1. 单相半波整流电路,（1）工作原理,u2的正半周，D导通， ADRLB，uO= u2 。,u2的负半周，D截止，承受反向电压，为u2； uO=0。,（2）主要参数,在研究整流电路时，至少应考查整流电路输出电压平均值（UO（AV）和输出电流平均值 （IL（AV）两项指标。,已知变压器副边电压有效值为U2,考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：,（3）二极管的选择,例：在图示整流电路中，已知电网电压波动范围是10%，变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100，试问: 1.负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少？ 2.二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流

3、平均值各为多少？ 3.若不小心将输出端短路，则会出现什么现象？,2. 单相桥式整流电路,组成：由四个二极管组成桥路,u2正半周时电流通路：,D1 、D4导通， D2、D3截止,A,B,u2负半周时电流通路：,D2、D3 导通， D1 、D4截止,A,B,u20 时,D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路: a D1 RLD4b,u20 时,D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路: b D2 RLD4a,单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,输出是脉动的直流,参数计算：,全波整流时，负载电压 的平均值Uo(AV)为:,负载上的(平均)电流:,(1) 整流输出电压的平均值Uo(AV),平

4、均电流(ID(AV)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。,在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID(AV) 是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,(2)二极管平均电流与反向峰值电压,例：在图示整流电路中，已知电网电压波动范围是10%，变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100，试问: 1.负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少？ 2.二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少？ 3.若整流桥中的二极管D1开路或短路，分别会产生什么现象？,讨论1： 若单相半波整流电路中的二极管接反，则将产生

5、什么现象？ 讨论2 ： 若单相桥式电路中若有一只二极管接反，则将产生什么现象？,8.2.2 滤波电路,交流 电压,脉动 直流电压,直流 电压,滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。,滤波电路：将脉动直流电压转变成平滑的直流电压。,1. 电容滤波电路,结构特点：电容与负载RL并联。,滤波原理：利用储能元件电容两端的电压不能突变的特性，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。,无滤波电容 时的波形,加入滤波电容 时的波形,u2上升, u2大于电容 上的电压uc,u2对电容充电， uo= uc u2,u2下降， u2小

6、于电容上的电压。 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，时间常数 = RL C,C 越大， RL越大， 放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。,内阻使,二极管的导通角,导通角,无滤波电容时。 有滤波电容时 ，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！,小到一定程度，难于选择二极管！,电容滤波的特点,（1）二极管的导通角，流过二极管的瞬时电流很大。,（2）负载直流平均电压UO(AV)升高。,dRLC越大，UO(AV)越高。,（3）直流电压UO(AV)随负载电流升高而减小。,当d（35）T/2时，RLC越大，UO(AV)1.2U2,简单易行，UO（AV）高，C 足够大时交流

7、分量较小；不适于大电流负载。,电容的选择及UO（AV）的估算,若负载开路 UO（AV）？,优缺点,思考：当RL未接入时，输出电压如何？ (电容初始电压为0),充电结束,没有电容时的输出波形,a,uc,uo =uc= U2,c=RintC,（Rint为充电回路等效电阻）,2. 电感滤波电路,当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。 电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为L。,适于大电流负载！,3. 复式滤波电路,为获得更好的滤波效果，可采用复式滤波电路。,电感应与负载串联，电容应与负载并联。,讨论一,已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断

8、下列情况下输出电压平均值UO（AV）？ 1. 正常工作； 2. C开路； 3. RL开路； 4. D1和C同时开路。,讨论二,整流电路如图所示，分别求解下列两种情况下输出电压的波形和平均值、整流二极管的最大整流电流和最高反向工作电压。 1. 变压器副边电压有效值U21U2220V； 2. U2122V、 U2222V。,8.2.3 串联型稳压电路,为克服稳压管稳压电路输出电流较小,输出电压不可调的缺点。引入串联型稳压电路。,稳压电路的作用:,稳压电源类型:,以下主要讨论线性稳压电路。,电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，

9、这里不做介绍。,8.2.3 串联型稳压电路,1. 稳压电路的主要性能指标,(1)稳压系数 S（越小越好）,稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。,(2)输出电阻Ro （越小越好）,输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。,一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。,2. 串联反馈式稳压电路,调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。,比较放大

10、器：可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。,基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。,因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。,(2)一种实际的串联式稳压电源,稳压原理,当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时,(3) 输出电压的确定和调节范围,例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。,(4) 调整管的选择,(5) 影响稳压特性的主要因素,2. 流过稳压管的电压随 UI 波动，使UZ 不稳定，降低了稳压精度。,1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：

11、UIVC2 Uo ,3. 温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移时，输出电压的稳定度变差。,(6) 改进措施,1. 选用差动放大器或运放构成的放大器代替T2管构成的放大器，可以解决零点漂移的问题。,调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应考虑其极限参数ICM 、U(BR)CEO 、 PCM,采用辅助电源(比较放大部分的电源)。 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。 4. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。,(5) 实际的稳压电源采取的改进措施,1. 比较放大级采用差动放大器或集成运放 2.调整管采用复合三极管 3. 采用辅助电源(比较放大部分的电源) 4. 用恒流源负载

12、代替集电极电阻以提高增益 5. 内部加短路和过热保护电路,集成化集成稳压电源,三端集成稳压器:,(1)概述 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路符号见图a，外形如图b所示。,a.集成稳压器符号,要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。,分类： 可调式 三端集成稳压器 负稳压W79xx 固定式 正稳压W78xx,注：型号后xx两位数字代表输出电压值,特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路,命名规则

13、,固定式三端集成稳压器有正稳压（如W78xx）和负稳压（如W79xx）两个系列。 每个系列按最大输出电流不同可分为三种： W78（79）xx：IOMAX=1.5A W78（79）Mxx：IOMAX=0.5A W78（79）Lxx：IOMAX=0.1A “xx”表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。,1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端,W7800系列稳压器外形及接线图,+10V,+5V,注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！,1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端,W7900系列稳压器外形及接线图,-10V,-5V,集成稳压电源应用电路,U1=220V U2=8V,UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V,练习：电路如下图所示，已知稳压管的稳定电压UZ6V， 晶体管的UBE0.7V，R1R2R3300，UI24V。判断 出现下列现象时，分别因为电路产生什么故障（即哪个元 件开路或短路）。（1）UO24V； （2）UO23.3V； （3）UO6V且不可调； （4）UO可调范围变为612V。 （5） UO12V且不可调；,解：（1）T1的c、e短路； （2）Rc短路； （3）T2的b、c短路； （4）R1短路。 （5）R2短路；,练习2：直流稳压电源如下图所示。 （1）说明电路的