第10章集成运放及应用.ppt

1、,第10章 直流稳压电源,10.1 直流稳压电路的组成,10.2 整流电路,10.3 滤波电路,10.4 倍压整流电路 10.5 硅稳压管稳压电路 10.6 串联型直流稳压电路,10.7 集成稳压电源,10.1 直流稳压电路的组成,一、直流稳压电源的作用,将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。,二、组成,变压器：,整流：,滤波：,稳压：,一、直流稳压电源的作用 三、引起电压不稳定的原因,1、交流电网电压的波动； 2、负载的变化（由于整流滤波电路存在内阻）； 3、温度的影响；,10.2 整流电路,本课主要介绍： 单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流,把交流电压转变为直流脉

2、动的电压。,整流电路分类：,整流电路的任务：,一、单相半波整流电路,1、工作原理,设变压器输出电压：u2= U2sint,则输出电压：,uo=,2、电路特点 优点：结构简单，元件少。 缺点：输出波形脉动大，利用率低,一、单相半波整流电路,3、电路分析,（1）输出直流电压：,（2）负载平均电流,（3）二极管所承受的最大反向电压,（4）整流管平均整流电流=负载平均电流,4、整流输出电压的脉动系数,二、单相全波整流电路,电路分析：,三、单相桥式整流电路,正确利用二极管的引导作用,10.3 滤波电路,几种滤波电路,（a）电容滤波电路,（b）电感电容滤波电路（倒L型）,（c）型滤波电路,滤波电路的结构特

3、点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,一、电容滤波电路,1、空载时的情况,输出电压为 U2，二极管承受的最高反向电压URM=2 U2,2、接负载的情况,在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内冲得的电荷，所以充电电流较大。,3、结论 （1）二极管的导通角，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。,3、结论,（2）输出电流的平均值大 UL由放电时间常数决定 =RLC, RLCUL,一般取 RLC（35）T （半波整流）,RLC（35）T/2 （全波整流）,此时，输出电压的平均值为,通常取 来估算。,3

4、、结论,（3）脉动系数小,（按桥式整流电路计算，参见清华本）,（4）电路的外特性,一般情况,外特性,滤波特性,电容滤波电路使用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。,4、电路参数的近似估算,（1）整流二极管的选择,滤波电容的容量愈大，导通角愈小，通过二极管脉冲电流的幅度愈大，因此，整流管的幅值电流必须加以考虑。但流过整流管的平均电流：,半波整流时：,全波整流时：,整流管的耐压：由于电容电压最高为 U2，所以,4、电路参数的近似估算,（2）滤波电容的估算,耐压：,（3）变压器次级参数的估算,U2=U0/1.2 （全波整流） I2=（1.52）I0,5、小结,一、电容滤波电路,例1、某电子设

5、备需要直流电压U0=30v，I0=400mA的直流电流，若采用桥式直流，电容滤波电路，试选择直流元件和滤波电容。,（1）选择二极管,考虑到电容充电电流的冲击，选用最大直流电流为500mA、耐压为50v的整流二极管。,（2）选电容,选C=500F，耐压为50v的电解电容。,例2、一个全波整流、电容滤波电路中，U2=10v，C=1000F，当RL=20时，试求 和S的值，整流管的压降和整流内阻可忽略。,二、RC型滤波电路,为了得到较大的R值，应使RL和R都比较大，但当R增大时，电阻上的整流压降增大，若C增大，则电容器的体积和重量增大，为了解决此矛盾，可采用两种方法：,结论：在一定的之下，C2愈大、

6、R=R/RL愈大，则滤波效果愈好。,L的直流电阻小，交流阻抗大，将会使滤波效果得到改善。,（1）采用LC型滤波电路,二、RC型滤波电路,R,（2）RC有源滤波电路,T组成一个射极跟随器，RL两端的电压与C2两端的电压基本相等，R、C2组成串联电路，C1两端的直流电压全部加在C2两端，而交流电压加在R、C2两端，当选择很大的R时，C2两端的交流电压很小，即RL两端的交流电压很小。,也可按下面的原则进行分析： T的ce极间的电阻与RL串联，而T的ce极间的交流电阻很大，直流电阻较小，故C1两端的交流电压主要降在ce间，而直流电压主要降在RL上。,三、电感滤波电路,工作原理：,当忽略电感线圈的直流电

7、阻时，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压相同。,特点： （1）电感滤波电路的外特性是很平坦的，U0随I0增大而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。,三、电感滤波电路,特点： （2）导通角=，因而避免了过大的冲击电流。 （3）输出电压没有电容滤波高。 电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。 （4）缺点：电感体积大，成本高，输出电压稍低。 （5）为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。,10.4 倍压整流电路,在实际应用中，有时需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。 一、二倍压整流电路,1、

8、倍压原理,当正半周时：C1充电到,当负半周时：C2充电到 （当RL较大）,2、讨论,在实际电路中：RL较大，电流小，U0近似为,二极管所承受的最高反向电压：UDRM=,电容的耐压：,二、三倍压整流电路,倍压愈高，负载电流愈不能大。,除第一个电容所承受的电压为 外，其他每个电容所承受的电压均为,每个二极管所承受的最高反向电压均为,10.5 硅稳压管稳压电路,1、内阻Rd 经过直流滤波后输入到稳压电路的直流电压（记作 ）不变时，稳压电路的输出电压变化量 与输出电流变化量i0之比，即,一、为什么要稳压电路,1、当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压将要变化。 2、当电网电压波动时，使整

9、流滤波电路输出的直流电压不稳定。通常交流电网电压允许10%的波动。,二、稳压电路的主要指标,3、电压调整率：当u2变化了10%时，输出电压的相对变化量。 4、电流调整率：当i0从0变到最大时，输出电压的相对变化量。 5、最大纹波电压：输出端存在的50Hz或100Hz的交流分量的有效值或峰峰值。 6、温度系数：电网电压和负载都不变时，由于温度变化而引起的输出电压的漂移。 7、噪声电压：,二、稳压电路的主要指标,2、稳压系数Sr 在负载固定时，输出电压的相对变化量与稳压电路输入电压的相对变化量之比，它反映了电网电压波动的影响，即,（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。,（5

10、）最大允许功耗,2、稳压二极管的参数:,（1）稳定电压 UZ,（3）动态电阻,1、特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处于反向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部分。,三、 稳压二极管,稳压误差,曲线越陡，电压越稳定。,四、 稳压电路,UI=IR+UZ=IR+UO IR=IZ+IO UO=UZ UZ少量的增加会使IZ增加较大。,R：限流降压作用,1、工作原理,四、 稳压电路,2、电路元件参数的选择,（1）选择稳压管：选稳压管时，主要满足U0，I0max和rZ的要求。通常按：UZ=UO，Izmax=(1.53)I0max初选管子。,（2）决定输入电压UI：考虑电网电压允许10%的变化，所以在通常

11、情况下取UI=(23)U0。,（3）限流电阻的选择 R的选择应使流过稳压管的电流IZ限制在IZminIzmax之间，保证管子正常工作。 当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，它不能超过Izmax，即,解得,四、 稳压电路,若不满足上式，则说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围。,2、电路元件参数的选择,（3）限流电阻的选择,当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，它不能低于Izmin，即,解得,则R的变化范围为：,10.6 串联型直流稳压电路,一、电路的基本形式,1、原始设想,若UI使RUI都加在R上， 若RL使R维持U0不变。,这个三极管是起调整作用的，故称为调整管。,利用三极

12、管代替可变电阻,一、电路的基本形式,2、稳压原理,调整管之所以能够起调整电压的作用，关键在于用输出电压的变化量返回去控制调整管的基极电流。 这种控制不灵敏，稳压性能不高。,（1）当RL不变，UI变化时的稳压过程 Ube=UzU0 (uz基本不变),UiU0UbeIbIcUce,U0,（2）当ui不变，而RL变化（即IL变化）,U0 ,二、带有放大环节的稳压电路,1、电路的组成,T1：调整管。相当于可变电阻R，起调压作用。 DZ、R3：组成稳压电路，用来提高基准电压UZ。 T2：起比较和放大信号的作用，RC是它的集电极负载，从T2取出的放大信号加到T1的基极。 R1、R2：组成分压电路，取U0的

13、一部分，加到T2的基极，称为取样电路，,n称为分压比。,二、带有放大环节的稳压电路,2、稳压过程,RL或UIU0UB2UBE2IB2IC2UCE2,T2的放大倍数愈大，调整作用就愈强，输出电压就愈稳定。,U0 UCE1IC1UBE1UB1 UC2,二、带有放大环节的稳压电路,3、讨论,（1）稳压的过程，实质上是通过负反馈使输出电压维持稳定的过程。,（2）选用动态电阻小的稳压二极管做基准电压，以提高UZ的稳定性。,（3）增大调整管和放大级的电流放大系数1、2。在要求高的稳压电源中，调整管可采用复合管，放大级可采用多级放大器。,但因为 当U0给定后，就应该选择较高的基准电压UZ，但稳定电压较高的稳

14、压管，其温度系数比较大，为了克服这个缺点，可对稳压管加温度补偿。,（4）分压比n= 要选得大一些，保证取样信号大一些。,二、带有放大环节的稳压电路,3、讨论,（5）减小分压电阻R1、R2，使I1IB2，这样，当IB2变化时取样比n才能基本不变。,但R1、R2不能过小，过小的分压电路，将浪费过多的电流，通常选择I1（510）IB2。,（6）串联型稳压电路的基本组成,二、带有放大环节的稳压电路,3、讨论,（7）电路的不足,流过稳压管的电流随U0而波动，使UZ不稳定，从而降低了稳压精度，T2的发射极电流也会影响UZ。,当温度变化时，由T2组成的放大环节将产生零点漂移，使U0稳定度变差。 当负载电流变

15、化较大时，相应地要求调整管的基极电流也有较大的变化范围，这部分电流要由放大管的集电极来提供，一般三极管不易达到这样的要求。 输出电压固定，不能调节。 T2的C极电阻RC接至电路的不稳定的输入端，UI的变化，通过RC加到T1的b极而被放大。,三、提高稳压电源性能的措施,1、改变取样比以调节输出电压的范围,显然，调节Rw，可改变取样比，从而使输出电压U0得到调整。,或,三、提高稳压电源性能的措施,2、调整管采用复合管,例如：I0=1A，T1的=30，则IB1Ie/=1A/30=33mA。 而T2的IC2约为12mA，因此，不能对T1进行有效控制，这就得采用复合管。 设1=30，2=50，则 12=

16、1500 这时调整管的基极电流只需,三、提高稳压电源性能的措施,3、说明：,（1）若两只管子组成的复合管还不能满足要求，可用三只或四只管子组成复合管，但此时会产生穿透电流过大的问题。,（2）T1通常选用大功率管，为了充分利用管子，一般都加有散热片。,两只电阻起平衡作用,（3）在一个大功率管不能负担输出电流时，可采用两管或多管并联运用。,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、提高稳压电源性能的措施,3、说明：,（4）其它措施,

17、三、提高稳压电源性能的措施,例：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,（1）要使Rw滑到最下端时，U0=15v，Rw应为多少？ （2）当Rw滑到最上端时，此时的U0为多少？ （3）当U0=15v，I0=500mA时，求通过RC3的电流IRC3和流过稳压管的电流IZ？,三、提高稳压电源性能的措施,例：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,T1T3都工作于放大区，其中，T1、T2组成复合管，其电流放大系数 =12=2050=1000 T1管

18、的基极电位：UB3=UZ+UBE3=5.3v+0.7v=6V 调节Rw的滑动端，可改变输出U0，当Rw的滑动端往下调，则T2管的基极电位UB2=UIIRC3RC3愈高，T1管的管压降UCE1愈小，输出电压U0愈高。 反之，Rw的滑动端往上调，U0愈低。,三、提高稳压电源性能的措施,例：,当Rw的滑动端往下调到最下端时，电路满足,由此可解得：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,（1）要使Rw滑到最下端时，U0=15v，Rw应为多少？,当Rw的滑动端往上调到最上端时，电路满足,即,三、提高稳压电源性能的措施,例：,U

19、BE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,（2）当Rw滑到最上端时，此时的U0为多少？,（3）因T1、T2均工作于放大区，其发射结电压均为0.7v左右，故通过RC3的电流,流过稳压管的电流,IZ=IR3+IE3,IE3IC3=IRC3IB2,三、提高稳压电源性能的措施,例：,UBE3=0.7v，UZ=5.3v UI=20v，1=20 2=50，R1=R2=200 R3=1k，RC3=2k,流过取样电阻上的电流近似为（忽略IB3）,代入数值可得：IB20.54mA，IE3=1.26mA，IZ=11mA,10.7串联型集成稳压电源,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 类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V,一、集成稳压电路,1. 输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压 78 、负电压 79 ）,2. 可调式三端集成稳压器（正电