模拟电子技术--直流电源-课件

模拟电子技术-直流电源教学内容教学内容第十章 直流电源10.1 直流电源的组成直流电源的组成10.2 单相整流电路单相整流电路10.3 滤波电路滤波电路10.4 倍压整流电路倍压整流电路10.5 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路10.6 串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路10.7 集成稳压器集成稳压器10.1 直流电源的组成直流电源的组成作用作用:将频率为将频率为50Hz、有效值为有效值为220V的单相的单相交流电压转换为幅值稳定，输出电流为几百交流电压转换为幅值稳定，输出电流为几百mA以下的直流电压。以下的直流电压。组成组成电源变压器电源变压器整流电路整流电路滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路整整流流电电路路滤滤波波电电路路稳稳压压电电路路RL稳稳压压电电路路u5整整流流电电路路u3滤滤波波电电路路u4 电源变压器：电源变压器：将电网交流电压将电网交流电压u1变为整流电路所需变为整流电路所需的交流电压的交流电压u2.整流电路：整流电路：将变压器次级输出的交流电压变成单向将变压器次级输出的交流电压变成单向的脉动直流电压的脉动直流电压u3。u1u2 滤波电路滤波电路:消除脉动电压中的谐波分量消除脉动电压中的谐波分量,输出比较平输出比较平滑的直流电压滑的直流电压u4.稳压电路：稳压电路：能在电源电压或负载电流变化时，保持能在电源电压或负载电流变化时，保持输出直流电压的稳定。输出直流电压的稳定。10.1 直流电源的组成直流电源的组成10.2 单相整流电路单相整流电路10.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路u2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降：uo=u2u20 时时D1,D2导通导通 D3,D4截止截止 电流通路电流通路:A D1RLD2Bu20 时时D3,D4导通导通 D1,D2截止截止 电流通路电流通路:B D3RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD3uD2,uD1u2D4D3D1D2RLuoABUo(AV)0.9U2二极管承受反压为二极管承受反压为几种常见的硅整流桥外形几种常见的硅整流桥外形 +-10.2.3 主要参数主要参数一、输出直流电压一、输出直流电压Uo(AV)整流电路的输出电压瞬时值整流电路的输出电压瞬时值uo在一个周期内的平在一个周期内的平均值。均值。二、脉动系数二、脉动系数S 输出电压基波的最大值输出电压基波的最大值Uo1m与其平均值与其平均值Uo(AV)之之比。比。三、二极管正向平均电流三、二极管正向平均电流ID(AV)四、二极管最大反向峰值电压四、二极管最大反向峰值电压URM 二极管不导电时，其两端出现的最大反向电压。二极管不导电时，其两端出现的最大反向电压。单相半波整流单相半波整流单相桥式整流单相桥式整流波波形形图图Uo(AV)SID(AV)URM0.45U20.9U2 1.570.67Io/2 Io表表10-1单相整流电路单相整流电路 主要参主要参数数(P396)例例 子子例例10.2.1解：解：Uo(AV)0.9U2输出直流电流：输出直流电流：整流二极管正向平均电流：整流二极管正向平均电流：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：脉动系数脉动系数 S=0.67 半波整流：半波整流：Uo(AV)0.45U2输出直流电流：输出直流电流：整流二极管正向平均电流：整流二极管正向平均电流：二极管承受的最大反向电压：二极管承受的最大反向电压：脉动系数脉动系数 S=1.57例例 子子10.3 滤波电路滤波电路作用：作用：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D3D1D2RLuoSC+-+-+-工工作作原原理理RLuoau1u2u1bD4D3D1D2SC+-+-+-1.RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路2.RL接入接入（且且RLC较大较大）时时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot电容通过电容通过RL放电，在放电，在整流电路电压小于电整流电路电压小于电容电压时，二极管截容电压时，二极管截止，整流电路不为电止，整流电路不为电容充电，容充电，uo会逐渐下会逐渐下降。降。aRLuou1u2u1bD4D3D1D2SC+-+-+-10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路iD只有整流电路输只有整流电路输出电压大于出电压大于uo(uc)时，才有时，才有充电电流充电电流iD。因。因此整流电路的输此整流电路的输出电流是脉冲波。出电流是脉冲波。u2t可见，采用电容滤可见，采用电容滤波时，整流管的导波时，整流管的导通角较小。通角较小。uotRLuo+au1u2u1bD4D3D1D2SC+-+-+-整流电路的整流电路的输出电流输出电流iD二、特点：二、特点：1.加了电容滤波电路后，输出电压的直流成分提高加了电容滤波电路后，输出电压的直流成分提高了，脉动成分降低了。了，脉动成分降低了。2.RLC越大，放电过程越慢，则输出电压越高，越大，放电过程越慢，则输出电压越高，同时脉动成分越小，滤波效果越好。同时脉动成分越小，滤波效果越好。3.RL=（开路开路）时时，Uo(AV)=电容滤波电路适用于负载电流变化不大的场合电容滤波电路适用于负载电流变化不大的场合.三、输出电压平均值三、输出电压平均值Uo(AV)1.2U2四、参数选择四、参数选择电容耐压应大于电容耐压应大于10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路例例 子子例例1:桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路,滤波电容滤波电容C=220uF,RL=1.5k。问：问：要求输出电压要求输出电压Uo12V,U2需多大？需多大？若该电路电容若该电路电容C值增大值增大，Uo是否变化？是否变化？改变改变RL对对Uo有无影响？有无影响？RL增大增大Uo如何变化？如何变化？解：解：Uo=1.2U2 U2=Uo/1.2=12/1.2=10V C值增大，放电变慢，值增大，放电变慢，Uo增大。增大。RL值增大，放电变慢，值增大，放电变慢，Uo增大。增大。例例 子子例例2：桥式整流电容滤波电路，已知变压器副边电压桥式整流电容滤波电路，已知变压器副边电压有效值为有效值为30V，若测得输出电压平均值若测得输出电压平均值Uo(AV)分别为分别为1 15 5五种数值，请找出它们与五种数值，请找出它们与ae五种工作情况的对五种工作情况的对应关系。应关系。1.Uo(AV)42.4V2.Uo(AV)36V3.Uo(AV)27V4.Uo(AV)25V5.Uo(AV)13.5Va.正常工作正常工作b.电容断路电容断路c.负载开路负载开路d.一只二极管和电一只二极管和电容同时开路容同时开路e.一只二极管开路一只二极管开路例例 子子例例3：已知变压器副边电压有效值已知变压器副边电压有效值U2=10V,RLC3T/2,测得输出电压平均值测得输出电压平均值Uo(AV)可能的数值为：可能的数值为：A.14V B.12V C.9V D.4.5V选择合适的答案填入空内：选择合适的答案填入空内：(1)正常情况正常情况Uo(AV)=;(2)电容虚焊时电容虚焊时Uo(AV)=;(3)负载电阻开路时负载电阻开路时Uo(AV)=;(4)一只整流管和滤波电容同时开路，一只整流管和滤波电容同时开路，Uo(AV)=。10.3.2 电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路u2u1RLLuo电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。原原 理理整流电路输整流电路输出的电压出的电压直流分量直流分量交流分量交流分量电感线圈对其电抗很小电感线圈对其电抗很小电抗为电抗为L,L足够大，交流足够大，交流分量几乎全部降在电感上分量几乎全部降在电感上 从而使得输出只有直流电压，而无交流电压，从而使得输出只有直流电压，而无交流电压，达到滤波的目的。适用于大电流场合。达到滤波的目的。适用于大电流场合。优点：优点：减小了二极管的冲击电流，可延长整流二极减小了二极管的冲击电流，可延长整流二极管的寿命。管的寿命。缺点：缺点：体积大、笨重，输出电压稍低。体积大、笨重，输出电压稍低。10.4倍压整流电路倍压整流电路10.4.1二倍压整流电路二倍压整流电路iD1iD210.4.2多倍压整流电路多倍压整流电路+-+-+u2+-+-+-+-+-适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。10.硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路整流滤波后输出的电压，主要存在两方面整流滤波后输出的电压，主要存在两方面的问题：的问题：当当负载电流变化负载电流变化时，由于整流滤波电路存时，由于整流滤波电路存在内阻，输出直流电压将随之变化；在内阻，输出直流电压将随之变化；当当电网电压波动电网电压波动时，变压器副边电压变化，时，变压器副边电压变化，输出直流电压也将随之发生变化。输出直流电压也将随之发生变化。因此，应加稳压电路。因此，应加稳压电路。常用稳压电路常用稳压电路（小功率设备）（小功率设备）稳压管稳压管稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路串联型串联型直流稳直流稳压电源压电源集成稳集成稳压电路压电路电路最简单，电路最简单，但带负载能但带负载能力差，一般力差，一般只提供基准只提供基准电压，不作电压，不作为电源使用。为电源使用。效率高，目效率高，目前使用也比前使用也比较多，不作较多，不作详细介绍。详细介绍。常用稳压电路常用稳压电路一、内阻一、内阻 Ro二、稳压系数二、稳压系数 Sr10.5.110.5.1稳压电路的主要指标稳压电路的主要指标 稳压系数稳压系数 Sr反映电网波动时对稳压电路的影响。反映电网波动时对稳压电路的影响。定义为当负载不变时，输出电压的相对变化量与输定义为当负载不变时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。入电压的相对变化量之比。输出电阻反映稳压电路受负载变化的影响。定义输出电阻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，输出电压的变化量与输出电为当输入电压固定时，输出电压的变化量与输出电流变化量之比。它实际就是电源戴维南等效电路的流变化量之比。它实际就是电源戴维南等效电路的内阻。内阻。UoRu2u1CRLD+-+-UIIRIZIL桥式整流桥式整流电容滤波电容滤波稳压电路稳压电路一、电路组成一、电路组成硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路二、稳压原理二、稳压原理由图知：由图知：UI=UR+UO IR=IZ+ILRu2u1CRLD+-+-UIIRIZILUo稳压管工作在稳压区，管稳压管工作在稳压区，管子两端电压基本稳定在子两端电压基本稳定在UZ.UZIIZminIZUZU当电网电压波动时：当电网电压波动时：（RL不变不变）Ru2u1CRLD+-+-UIIRIZILUoUo电网电压电网电压UIUo(UZ)IZIRURUo基本不变基本不变 当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻R上上电压的变化来抵消电压的变化来抵消UI的变化的变化，即即URUI，从而从而使使Uo基本不变。基本不变。二、稳压原理二、稳压原理二、稳压原理二、稳压原理 当负载变化时：当负载变化时：（UI不变不变）Ru2u1CRLD+-+-UIIRIZILUoUoILUo(UZ)IZIRURUo基本不变基本不变RLIRUR 用用IZ的减小来补偿的减小来补偿IL的增大，最终使的增大，最终使IR基本保持不基本保持不变，从而输出电压变，从而输出电压Uo也维持基本稳定。也维持基本稳定。因此，限流电阻必不可少，利用稳压管所起的电因此，限流电阻必不可少，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻上电压或电流的变化进流调节作用，通过限流电阻上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。行补偿，来达到稳压的目的。R的选择应使的选择应使 IZminIZIZmaxRu2u1CRLD+-+-UIIRIZILUo三、限流电阻三、限流电阻R R的选择的选择若电网电压波动若电网电压波动：四、适用场合四、适用场合适用于负载电流较小，输出电压不变的场合。适用于负载电流较小，输出电压不变的场合。优点：优点：电路简单电路简单缺点：缺点：输出电流较小，输出电压不可调。输出电流较小，输出电压不可调。例例10.5.1 UZ=6V,IZmax=40mA,IZmin=5mA,UImax=15V,UImin=12V,RLmax=600,RLmin=300,选择限流电阻选择限流电阻。解：解：例例 子子10.6 串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路10.6.1 电路组成和工作原理电路组成和工作原理调整管：射极输出调整管：射极输出（电压跟随器）（电压跟随器）基准电压基准电压采采样样环环节节放大电路放大电路采样电压采样电压稳压原理稳压原理由于调整管与负载串联，有：由于调整管与负载串联，有：UI=UCE+UO若电网波动或负载电阻若电网波动或负载电阻变化使得输出增大，则变化使得输出增大，则UoUF基准电压基准电压UZ基本不变基本不变 UBUBEICUCEUo基本不变基本不变电路靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。电路靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。调整管的调整作用是依靠调整管的调整作用是依靠UF和和UZ之间的偏差来实之间的偏差来实现的，必须有偏差才能调整，因此，现的，必须有偏差才能调整，因此，Uo不可能达到不可能达到绝对稳定，只能是基本稳定。绝对稳定，只能是基本稳定。10.6.2 输出电压的调节范围输出电压的调节范围集成运放工作在线性区集成运放工作在线性区，u+=u-即即UZ=UF例例 子子例例10.6.1 UZ=7 V,R1=3k,R2=2k,R3=3k,估算输出电估算输出电压调节范围压调节范围.解解：稳压电路输出电压的调节范围是稳压电路输出电压的调节范围是（11.218.7）V。一、集电极最大允许电流一、集电极最大允许电流 ICM 二、集电极和发射极之间的最大允许电压二、集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO三、集电极最大允许耗散功率三、集电极最大允许耗散功率 PCM10.6.3调整管的选择调整管的选择稳压电路的输入直流电压为：稳压电路的输入直流电压为：变压器副边电压为：变压器副边电压为：10.6.3调整管的选择调整管的选择R4 很小，约为很小，约为 1 。负负载载电电流流超超过过某某一一值值后后，VT2 导导通通，限限制制 VT1 中中的的电电流流，保保护调整管。护调整管。保护电路的输出特性保护电路的输出特性UOILO正常稳压区正常稳压区限流保护限流保护一、限流型保护电路一、限流型保护电路10.6.4稳压电路的过载保护稳压电路的过载保护二、截流型保护电路二、截流型保护电路过载时，过载时，T2 导通，引起正反馈过程：导通，引起正反馈过程：IC2 IB1 UO UE2 UBE2 IC2使使 VT2 饱和，输出电压下降到饱和，输出电压下降到 1 V 左右。左右。10.6.4稳压电路的过载保护稳压电路的过载保护负载故障排除后，负载故障排除后，IL 减小，引起正反馈过程：减小，引起正反馈过程：UR4 UB2 IC2 IB1 UOIC2 使稳压电路的输出恢复到原来的数值。使稳压电路的输出恢复到原来的数值。UE2 UBE2 10.6.4稳压电路的过载保护稳压电路的过载保护二、截流型保护电路二、截流型保护电路10.7 集成稳压器集成稳压器 一、三端集成稳压器组成及主要参数一、三端集成稳压器组成及主要参数组成组成：内部包括了串联型直流稳压电路的各个组成部内部包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，同时将保护电路和启动电路集成在里面。分，同时将保护电路和启动电路集成在里面。参数及分类：参数及分类：按输出电压按输出电压正输出正输出W7800负输出负输出W7900按输出电流按输出电流1.5A（W7800）500mA（W78M00）100mA（W78L00）W7800INGNDOUT123W7900INGNDOUT123电电路路符符号号 二、三端集成稳压器外形及电路符号二、三端集成稳压器外形及电路符号10.7 集成稳压器集成稳压器 三、三端集成稳压器应用电路三、三端集成稳压器应用电路+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW7809CIUI+_Uo1321F 1 1、输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路10.7 集成稳压器集成稳压器2 2、输出正负电压的电路输出正负电压的电路正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路W78XXCIUI+_UO132+_CIW79XX13COCO2UO 三、三端集成稳压器应用电路三、三端集成稳压器应用电路10.7 集成稳压器集成稳压器COW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX:为为W78XX固定输出电压固定输出电压 UO=UXX+UZ3、提高输出电压的电路提高输出电压的电路 三、三端集成稳压器应用电路三、三端集成稳压器应用电路10.7 集成稳压器集成稳压器4 4、输出电压可调式电路输出电压可调式电路 三、三端集成稳压器应用电路三、三端集成稳压器应用电路10.7 集成稳压器集成稳压器Uo=Uxx+UA10.7 集成稳压器集成稳压器