《直流稳压电路》PPT课件

返 回哈尔滨工业大学 电工学教研室 返 回目 录 直 流 稳 压 电 源 的 作 用 从 交 流 电 源 变 换 成 平 滑 而 稳 定 的 直 流 电 。直 流 稳 压 电 源 广 泛 应 用 于1. 工 农 业 生 产 中2. 国 防 军 事 中3. 科 学 实 验 中4. 日 常 生 活 中 返 回 一 . 组 成 直 流 稳 压 电 源 由 变 压 器 、 整 流 电 路 、 滤 波 电 路 和 稳 压 电 路 四部 分 构 成 。 返 回 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 uR。 滤 波 电 路 : 将 脉 动 直 流 电 压 uR转 变 为 较 平 滑 的 直流 电 压 uF。 稳 压 电 路 : 清 除 电 网 波 动 及 负 载 变 化 的 影 响 ,保 持输 出 直 流 电 压 U0的 稳 定 。二 . 功 能返 回 以 下 主 要 介 绍 小 功 率 电 源 中 常 用 的 前 三 种 电 路 。整 流 电 路 的 任 务 利 用 半 导 体 单 向 导 电 元 件 把 交 流 电 压 转 变 为 脉 动 的 直流 电 压 。整 流 电 路 的 种 类 整 流 电 路 有 单 相 半 波 、 全 波 、 桥 式 和 倍 压 整 流 ； 三 相半 波 、 三 相 桥 式 全 波 整 流 等 多 种 电 路 。 为 分 析 简 单 起 见 ， 我 们 把 二 极 管 当 作 处 理 ，即 二 极 管 的 正 向 导 通 电 阻 为 零 ， 反 向 电 阻 为 无 穷 大 。返 回 电 路 组 成 当 u20 时 ， 二 极 管 导 通 。如 果 忽 略 二 极 管 正 向 压 降 ， 则 ： uo=u2导 通 iD=io=uo/RL 返 回 电 路 组 成 当 u20 时 ， 二 极 管 D1、 D3 导 通 。 返 回 单 相 桥 式 全 波 整 流 电 路 工 作 原 理当 u20, D1导 通 ，D2截 止 ；输 出 uo为 全 波 整 流波 形 。当 u20, D2导 通 ，D1截 止 。 返 回 2o 2 2 201 22 sin d 0.92U U t t U U 单 相 全 波 整 流 电 路 输 出 电 压 波 形单 相 全 波 整 流 电 路 输 出 电 压 平 均 值单 相 全 波 整 流 电 路 输 出 电 流 平 均 值 2o L0.45UI R返 回 D 2o L1 0.452 UI I R 单 相 全 波 整 流 电 路 二 极 管 上 承 受 的 最 高 反 向电 压 ： DRM 22 2U U单 相 全 波 整 流 电 路 中 二 极 管 的 平 均 电 流 和输 出 电 流 ：返 回 单 相 桥 式 全 波 整 流 与 单 相 全 波 整 流单 相 桥 式全 波 整 流单 相 全 波整 流 变 压 器 二 极 管 反向 电 压输 出 电压 波 形整 流 元件 数 量 二 极 管 平均 电 流 输 出 电 压平 均 值无 中 心抽 头 4 全 波有 中 心抽 头 2 22U 22 2UO12I O12I 20.9U20.9U全 波 ？ ？ ？实 际 中 单 相 桥 式 整 流 应 用 较 多 。返 回 单 相 桥 式 整 流 电 路 中 的 整 流 电 桥 可 由 四个 整 流 二 极 管 组 成 ， 也 可 直 接 用 集 成 的代 替 。 返 回 返 回 返 回 滤 波 的 基 本 概 念 :交 流 电 压 经 整 流 电 路 整 流 后 输 出 的 是 脉 动 直流 ， 其 中 既 有 直 流 成 分 又 有 交 流 成 份 。 滤 波 电 路就 是 利 用 储 能 元 件 电 容 两 端 的 电 压 (或 通 过 电 感 中的 电 流 )不 能 突 变 的 特 性 , 将 电 容 与 负 载 RL并 联 (或将 电 感 与 负 载 RL串 联 )， 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 。 这 一 过 程 称 为 。 返 回 一 、 滤 波 电 路1. 单 相 半 波 整 流 电 容 滤 波 电 路 返 回 2. 单 相 桥 式 整 流 电 容 滤 波 电 路一 、 滤 波 电 路返 回 半 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=100UF） 波 形 图整 流 二 极 管 中的 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 半 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=470UF） 波 形 图整 流 二 极 管 中 的冲 击 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 半 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=1000UF） 波 形 图二 极 管 冲 击 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 半 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=3300UF） 波 形 图二 极 管 冲 击 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 半 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=6800UF） 波 形 图二 极 管 冲 击 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 全 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=100UF） 波 形 图输 出 电 压二 极 管 冲 击 电 流 返 回 全 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=470UF） 波 形 图二 极 管 冲 击 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 全 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=1000UF） 波 形 图二 极 管 冲 击 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 全 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=3300UF） 波 形 图滤 波 输 出 电 压整 流 二 极 管 中的 冲 击 电 流 返 回 全 波 整 流 滤 波 电 路 （ C=6800UF） 波 形 图整 流 二 极 管 中的 冲 击 电 流 滤 波 输 出 电 压 返 回 一 般 取 L (35)2TR C (T为 电 源 电 压 的 周 期 )近 似 估 算 : U0=1.2U2(2) 流 过 二 极 管 瞬 时 电 流 很 大 RLC越 大 U0越 高 ,负 载 电 流 的 平 均 值 越 大 整 流 管 导电 时 间 越 短 iD的 峰 值 电 流 越 大 。一 般 选 管 时 ， 取 0 0DF L1(23) (23)2 2I UI R 二 、 电 容 滤 波 电 路 的 特 点(1) 输 出 电 压 U0与 时 间 常 数 RLC有 关 RLC愈 大 电 容 器 放 电 愈 慢 U0(平 均 值 )愈 大 。 返 回 输 出 波 形 随 负 载 电 阻 RL或 C的 变 化 而 改 变 ,U0和 S也 随之 改 变 。如 :RL愈 小 (Io越 大 ),Uo下 降 多 , S增 大 。(3) 输 出 特 性 (外 特 性 ):1.4U20.9U2 Uo0 Io电 阻 负 载 有 电 容 滤 波 电 阻 负 载 无 电 容 滤 波返 回 结 论 （ 1） 并 联 电 容 滤 波 后 ， 输 出 电 压 直 流 成 份 （ 即 输 出 电 压平 均 值 ） 提 高 了 ； 脉 动 成 份 降 低 了 （ 即 输 出 波 形 平 滑 ） 。 通 过 以 上 半 波 、 全 波 整 流 电 容 滤 波 电 路的 波 形 图 和 分 析 可 以 看 出 ： （ 3） 输 出 电 压 随 输 出 电 流 （ 负 载 电 流 ） 增 大 而 下 降 较 快 ，输 出 特 性 较 软 。（ 4） 滤 波 电 容 愈 大 ， 滤 波 效 果 愈 好 ， 但 整 流 二 极 管 的 导通 时 间 愈 短 ， 其 中 的 电 流 冲 击 也 愈 大 。（ 2） 电 容 放 电 时 间 常 数 RLC愈 大 ， 放 电 愈 慢 ， 输 出 电 压愈 高 ， 脉 动 愈 小 ， 滤 波 效 果 愈 好 。 电 容 滤 波 电 路 适 用 于 输 出 电 压 较 高 ,负 载 电 流较 小 且 负 载 变 动 不 大 的 场 合 。 返 回 在 桥 式 整 流 电 路 与 负 载 间 串 入 一 电 感 L 就 构 成 了 电 感滤 波 电 路 。一 、 电 感 滤 波 电 路 结 构 2u1u T ouLRL返 回 二 、 电 感 滤 波 原 理 对 直 流 分 量 (f=0): XL=0 ,L相 当 于 短 路 ,电 压 大 部 分 降 在 RL上 。 U0=0.9U2当 忽 略 电 感 线 圈 的 直 流 电 阻 时 ， 输 出 平 均 电 压 约 为 ： 对 谐 波 分 量 : f 越 高 ,XL越 大 ,电 压 大 部 分 降 在 XL上 。 因此 ,在 输 出 端 得 到 比 较 平 滑 的 直 流 电 压 。三 、 电 感 滤 波 的 特 点 整 流 管 导 电 角 较 大 ,峰 值 电 流 很 小 ,输 出 特 性 比 较 平 坦 ,适 用 于 低 电 压 大 电 流 (R L较 小 )的 场 合 。 缺 点 是 电 感 铁 芯 笨 重 ,体 积 大 ,易 引 起 电 磁 干 扰 。返 回 为 了 进 一 步 改 善 滤 波 特 性 ， 可 采 取 多 级 滤 波 的 办 法 , 如在 电 容 滤 波 后 再 接 一 级 RC滤 波 电 路 ， 或 在 电 感 滤 波 后 面 再 接一 电 容 。 从 而 构 成 LC型 或 RC-、 LC-型 滤 波 电 路 ， 其 性 能及 应 用 场 合 分 别 与 电 容 滤 波 和 电 感 滤 波 相 似 。L-C 型 滤 波 电 路 结 构 返 回 RC- 型 滤 波 电 路 结 构RC- 型 滤 波 电 路 特 点 R愈 大 ， C 2愈 大 ， 滤 波 效 果 愈 好 。 但 R太 大 ， 将 使 直流 压 降 增 加 。 主 要 适 用 于 负 载 电 流 较 小 而 又 要 求 输 出 电 压 脉 动 很小 的 场 合 。返 回 LC- 型 滤 波 电 路 结 构LC- 型 滤 波 电 路 特 点 滤 波 效 果 比 LC滤 波 器 更 好 ， 但 整 流 二 极 管 中 的 冲击 电 流 较 大 。电 感 线 圈 体 积 大 而 笨 重 、 成 本 高 。 返 回 稳 压 管稳 压 电 路 开 关 型稳 压 电 路线 性稳 压 电 路常 用 稳 压 电 路(小 功 率 设 备 )在 小 功 率 设 备 中 常 用 的 稳 压 电 路 有 稳 压 管 稳 压 电 路 、 线性 稳 压 电 路 和 开 关 型 稳 压 电 路 等 。 其 中 稳 压 管 稳 压 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 。 开 关 型 稳 压 电 源 效 率 较 高 ， 目 前 用 的 也 比 较 多 ，但 因 学 时 有 限 ， 这 里 不 做 介 绍 。 以 下 主 要 讨 论 线 性 稳 压 电路 。返 回 稳 压 电 路 的 主 要 性 能 指 标1、 稳 压 系 数 S稳 压 系 数 S用 来 反 映 电 网 电 压 波 动 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 。0 I0 IS U UU U 2、 输 出 电 阻 Ro输 出 电 阻 Ro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 。稳 压 电 路 的 主 要 作 用 为 负 载 提 供 不 随 电 源 电 压 波 动 和 负 载 波 动 影 响 的 稳定 的 输 出 电 压 。 oo o UiUR I 常 数返 回 一 、 电 路 结 构 返 回 二 、 工 作 原 理 在 稳 压 管 的 稳 压 区 ， 电 流 变 化 较 大 时 ， 稳 压 管 两 端 电 压 变 化 较 小 。1. 电 网 电 压 波 动 1 2 o Z R R ou u U I I U U 2. 负 载 波 动L o R R o Z R oR I I U U I U U 通 过 调 节 R上 的 压 降 来 达 到 稳 定 输 出 电 压 Uo的 目 的 。2u1u T LRZIRIRU OUoIC R ZDiU ZU返 回 三 、 稳 压 管 稳 压 电 路 特 点优 点 ： 电 路 简 单 ， 元 件 少 。缺 点 ： 稳 压 效 果 不 太 好 ， 输 出 电 压 不 可 调 。四 、 稳 压 管 选 择 办 法Z oU U OZmax max1.5 3I I i o2 3U U五 、 限 流 电 阻 R 的 选 择 原 则imax Z Zmin Zmax U U I IR 2.返 回 串 联 反 馈 式 稳 压 电 路 由 四 个 主 要 部 分 组 成 ：1、 基 准 电 压 环 节2、 比 较 放 大 环 节3、 取 样 环 节4、 调 整 环 节一 、 电 路 结 构 的 一 般 形 式 返 回 调 整 元 件 T与 负 载 串 联 ， 通 过 全 部 负 载 电 流 。 比 较 放大 器 可 以 是 单 管 放 大 电 路 或 集 成 运 算 放 大 器 。 调 整 元 件 可以 是 单 个 功 率 管 ， 复 合 管 或 用 几 个 功 率 管 并 联 。 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 。二 、 电 路 的 组 成返 回 一 、 一 种 实 际 的 晶 体 管 串 联 反 馈 式 稳 压 电 源二 、 稳 压 原 理U o Uf UBE2=（ Uf -UZ）UC2Uo当 Ui增 加 或 输 出 电 流 减 小 使 Uo升 高 时 ：返 回 三 、 输 出 电 压 的 确 定 和 调 节 范 围 2 21 2 P 1 2 PO Z BE2 ZP 2 P 21 2 POmax Z BE221 2 POmin Z BE2 P 2 RR R R R R RU U U UR R R RR R RU U URR R RU U UR 4、 调 整 管 r ce愈 大 越 好 (rce小 则 Ui引 起 的 Uo大 )。四 、 影 响 稳 压 特 性 的 主 要 因 素1、 比 较 放 大 部 分 的 AV和 电 压 反 馈 系 数 F 愈 大 越 好 ； 2、 基 准 电 压 愈 稳 定 越 好 ；3、 放 大 部 分 的 电 源 愈 稳 定 越 好 ； 调 节 RP可 改 变 Uo达 到调 压 的 目 的 。返 回 在 运 放 理 想 条 件 下 (AV= ri= )：1 P1o R R2 P2+ 1(1 )+R RU U UR R F 五 、 选 用 增 益 高 的 集 成 运 放 作 为 放 大 环 节 的 串 联 反 馈 式 稳 压电 源返 回 六 、 存 在 的 缺 点串 联 反 馈 式 稳 压 电 源 外 围 元 件 较 多 ； 另外 ， 调 整 管 工 作 在 线 性 放 大 区 ,当 负 载 电 流较 大 时 ， 其 损 耗 (P=UCEIo)大 ； 电 源 的 效 率为 ( =Po/Pi=UoIo/UiIi)较 低 。为 了 提 高 效 率 ， 可 采 用 开 关 型 稳 压 电 源 。 返 回 19.5.1 集 成 稳 压 电 源 简 介三 端 集 成 稳 压 器 的 硅 片 封 装 在 普 通 功 率 管 的 外 壳 内 ，电 路 内 部 附 有 短 路 和 过 热 保 护 环 节 。 随 着 半 导 体 工 艺 的 发 展 ,现 在 已 生 产 并 广 泛 应 用 的单 片 集 成 稳 压 电 源 ， 具 有 体 积 小 ,可 靠 性 高 ,使 用 灵 活 ,价 格 低 廉 等 优 点 。 最 简 单 的 集 成 稳 压 电 源 只 有 输 入 ， 输出 和 公 共 引 出 端 ,故 称 之 为 。 本 节 主 要 介 绍 常 用 的 7800、 7900系 列 固 定 输 出 式 三端 集 成 稳 压 器 组 件 及 其 应 用 ， 其 内 部 也 是 串 联 型 晶 体 管稳 压 电 路 。 根 据 输 出 端 电 压 是 否 可 调 可 分 为 固 定 输 出 式 和 可 变 输出 式 两 类 。 返 回 分 类正 稳 压7800系 列 负 稳 压37系 列正 稳 压17系 列负 稳 压7900系 列三 端 集 成 稳 压 器固 定 式 可 调 式注 意 ： 7800/7900系 列 型 号 后 两 位 数 字 XX代 表 输 出 电 压 值 。 返 回 三 端 集 成 稳 压 器 实 物 照 片 返 回 三 端 集 成 稳 压 器 管 脚 排 列78系 列 输 出 电 压 79系 列 输 出 电 压7805 5V7806 6V7808 8V7809 9V7810 10V7812 12V7815 15V7818 18V7824 24V 7905 5V7906 6V7908 8V7909 9V7910 10V7912 12V7915 15V7918 18V7924 24V输入 输出公共端 输入 输出公共端返 回 一 、 输 出 为 固 定 正 电 压 的 电 路19.5.2 应 用 电 路输 出 为 固 定 正 压 时 7800系 列 稳 压 器 的 基 本 接 线 图如 图 所 示 。注 意 ： 输 入 与 输 出 端 之 间 的 电 压 差 不 得 低 于 3V！ 返 回 二 、 输 出 正 、 负 电 压 的 电 路 返 回 UXX: 为 78XX固 定 输 出 电 压 ， 则 Uo=UXX+UZ三 、 提 高 输 出 电 压 的 电 路返 回 运 算 放 大 器 作 为 电 压 跟 随 器 使 用 , 它 的 电 源 借 助 于 稳 压器 的 输 入 直 流 电 压 。 由 于 运 放 的 输 入 阻 抗 很 高 ,输 出 阻 抗 很低 ， 可 以 克 服 稳 压 器 输 出 电 流 变 化 的 影 响 。四 、 输 出 电 压 可 调 式 电 路用 三 端 稳 压 器 也 可 以 实 现 输 出 电 压 可 调 ， 下 图 是 用 7805组 成 的 7 30V可 调 式 稳 压 电 源 。 返 回 2O XX 1(1 )RU U R (式 中 ， UXX=5V)稳 压 电 路 输 出 Uo可 用 下 式 表 示 : 返 回 结 束第 19 章 返 回