电子与电路第10章

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,10,章 直流电源,电源,变压器,交流电源,整流,电路,滤波,电路,稳压电路,负,载,图10.1 直流电源框图,10.1,串联型线性调整式直流稳压电源,串联型线性调整式直流稳压电源（以下简称串联型稳压电源）的基本电路如图,10.2,所示。,D,3,D,2,D,1,+,U,REF,C,T,u,1,u,2,D,4,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,u,E,u,B,图10.2 串联型线性调整式直流稳压电源,U,O,_,整流,滤波,稳压,整流与,滤波,：,D,1,D,4,与,C,组成桥式整流（,Bridge Rectifier,）,电容滤波电路，其作用是把来自变压器副侧的交流电压变成直流电压；,+,U,REF,T,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,D,3,D,2,D,1,C,u,1,u,2,D,4,u,E,u,B,图10.2 串联型线性调整式直流稳压电源,U,O,_,稳压,：虚线右半部分为稳压电路，其作用是为负载提供一个稳定的直流电压。,D,3,D,2,D,1,C,u,1,u,2,D,4,u,E,+,U,REF,T,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,u,B,图10.2 串联型线性调整式直流稳压电源,U,O,_,10.1.1,桥式整流电容滤波电路,在桥式整流电路基础上，为了减小输出电压的的脉动，在,R,L,两端并联一个,滤波电容,C,，,这就构成了桥式整流、电容滤波电路如图10.3（,a）,所示。,u,1,图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形,a,2,U,2,(,b,),波形图,u,O,u,C,b,U,O,0,t,2,u,2,D,4,D,1,D,3,D,2,C,(,a,),电路图,R,L,u,O,+,_,其输出电压波形如图,10.3,(,b,),所示。图中虚线为无电容时整流输出电压波形。,u,1,图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形,a,2,U,2,(,b,),波形图,u,O,u,C,b,U,O,0,t,2,u,2,D,4,D,1,D,3,D,2,C,(,a,),电路图,R,L,u,O,+,_,采用电容滤波的基本思想,电容是一个储存电荷的元件。要改变电容两端的电压，就必须改变其上的电荷，而电荷的改变速度决定于电容充放电时间常数。,充放电时间常数越大，电荷改变的速度就越慢，电容上的电压变化也就越慢，即交流分量就越小。,工作过程,由,图10.3（,b）,可见，这个输出电压波形比没有滤波电容时的输出电压波形要平滑得多。输出电压的平均值，即,直流输出电压通常为：,U,O,=(1.11.4),U,2,图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形,a,2,U,2,(,b,),波形图,u,O,u,C,b,U,O,0,t,2,u,1,u,2,D,4,D,1,D,3,D,2,C,(,a,),电路图,R,L,u,O,+,_,具体数值要视,R,L,C,的大小而定。当,R,L,开路时，,U,O,1.4,U,2,。,在工程上，一般在有负载的情况下选取滤波电容,C,，,使,U,O,为1.2,U,2,就可以了。其中,U,2,为,u,2,的有效值。,u,1,图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形,a,2,U,2,(,b,),波形图,u,O,u,C,b,U,O,0,t,2,u,2,D,4,D,1,D,3,D,2,C,(,a,),电路图,R,L,u,O,+,_,10.1.2,稳压电路,交流电压经整流滤波后，输出较平滑的直流电压。但这个直流电压是不稳定的。,造成直流电压不稳的原因有两个,交流电网电压波动,负载改变,时，整流滤波电路内阻压降的影响。,在有交流稳压装置的供电系统中，整流滤波电路内阻是造成输出直流电压不稳定的主要原因。为使输出电压稳定就必须采取,稳压,措施。,1.,电路结构,串联型晶体管直流稳压电路是目前常用的一种稳压电路，其原理图如图10.4所示。,+,U,REF,T,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,u,B,-,-,+,U,O,U,I,10.4,串联型晶体管直流稳压电路,整流滤波电路的输出,取样电路,比较放大器,各部分功能及作用,U,I,来自整流滤波电路的输出，图10.4中,T,称作调整管（,Regulating Device),，,其作用是通过电路自动调整,T,集电极,发射极之间的电压,U,CE,，,使输出电压,U,O,稳定。,+,U,REF,T,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,u,B,-,-,+,U,O,U,I,10.4,串联型晶体管直流稳压电路,R,1,和,R,2,为取样电路，其作用是把输出电压的变化量通过,R,1,和,R,2,分压取出，然后送入比较放大器,A,的反向输入端，,R,3,和稳压管,D,Z,构成基准电压使放大器的同相端电位固定。,+,U,REF,T,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,u,B,-,-,+,U,O,U,I,10.4,串联型晶体管直流稳压电路,A,为比较放大器，其作用是把取样电路取出的信号进行放大，以控制调整管,I,B,的变化，进而调整,U,CE,的值。,+,U,REF,T,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,u,B,-,-,+,U,O,U,I,10.4,串联型晶体管直流稳压电路,采用多级放大器提高稳定性,串联型晶体管直流稳压电路根据对稳定程度不同要求而有简有繁，例如可采用多级放大器来提高稳压性能，但基本环节是相同的，其框图如图,10.5,所示。,+,_,_,比较放大,基准电压,调整元件,取样回路,U,I,U,O,+,图10.5串联型稳压电源方框图,2,.稳压过程,稳压电路的稳压过程实质就是负反馈的自动调节过程。,稳压过程如下,：,如果外部因素,(,电网电压波动；负载变化,),使,U,O,有减小的趋势,，则稳压电路内部的调节过程就使,U,O,有增加的趋势,。由于这两种趋势恰好相反，于是使,U,O,基本维持不变,。,同理，若外部因素使,U,O,有增加的趋势，也会通过稳压电路内部的自动调节，使,U,O,基本保持不变。,10.1.3,输出电压的大小与调节方法,忽略放大器输入端电流。,改变电位计滑动端的位置就可以方便地调节输出电压的大小。图,10.6,所示电路的输出电压调节范围是：,U,I,10.6,输出电压可调的,串联型稳压电路,+,U,REF,T,A,R,3,D,Z,+,-,R,2,R,1,R,L,U,Z,u,A,+,-,u,B,-,-,+,R,W,U,0,10.2 线性集成稳压器,将串联型线性调整式直流稳压电路及其保护电路等制作在一块芯片上就构成了,线性集成稳压器,。,按外部引脚的数量，线性集成稳压器可以分为,多端集成稳压器和三端集成稳压器,两类。,目前使用的多为,三端式集成稳压器,。,10.2.1,三,端集成稳压器外型、符号及主要参数,三端式集成稳压器,因只有输入端、输出端及公共端三个引出端，故称之为三端集成稳压器。,目前常用约有最大输出电流,I,OM,=100mA,的,W78L,(W79L,),系列,，,I,OM,=500mA,的,W78M,(W79M,),系列,和,I,OM,=1.5A,的,W78,(W79,),系列,。,型号中，,78,表示输出为,正电压,，,79,表示输出为,负电压,；型号中,最后两位数表示输出电压值,。例如,W7806,表示输出电压为,+6,V,。,W78,系列外形及电路符号如图10.7所示。,(,a,),外型图,W78,公共端,输入端,输出端,1,2,3,(,b,),电路符号,图,10.7,三端集成稳压器,1,2,3,集成稳压器主要参数,有：,输出电压,U,O,：,表示集成稳压器可能输出稳定电压的范围。,最小电压差,(,U,I,-,U,O,),min,：,为维持稳压所需要的,U,I,与,U,O,之差的最小值。,容许输入电压的最大值,U,IM,。,容许最大输出电流值,I,OM,。,容许最大功耗,P,CM,。,电压调整率,S,J,：,表示输入电压变化,1,V,时，,U,O,的相对变化率。,输出电阻,R,O,。,10.2.2,三端集成稳压器的典型用法,图,10.8,所示电路是固定输出电压的稳压电路，其,输出电压,U,O,即为三端式稳压器标称值,。,U,I,C,1,_,_,W78,U,O,R,L,C,2,0.33,F,1,F,+,+,图10.8 固定输出电压的稳压电路,1,2,3,U,I,C,1,_,_,W78,U,O,R,L,C,2,0.33,F,1,F,+,+,图10.8 固定输出电压的稳压电路,1,2,3,图中电容,C,1,可以进一步减小输入电压的纹波，并能清除自激振荡。,电容,C,2,可以消除输出高频噪声。,如何选择稳压器,1.在选择三端稳压器时，应根据所设计的输出电流选择稳压器系列。,例如，输出电流小于,100,mA,时可选用,W78L,系列；,输出电流小于,500,mA,时可选用,W78M,系列；,输出电流小于,1.5,A,时可选用,W78,系列。,2.根据输出电压要求选择合适型号的三端稳压器。例如,:,稳压电源设计要求为,+12,V,，,1.2A,，,可选用,W7812,三端稳压器。,3.当所设计的稳压电路输出电压为负值时，可选用负压输出的集成稳压器,(,例如,W79,系列,),，接线方式与,图,10.8,相同。,U,I,C,1,_,_,W78,U,O,R,L,C,2,0.33,F,1,F,+,+,图10.8 固定输出电压的稳压电路,1,2,3,4.当同时需要正、负电压输出时，可同时选择,W78,和,W79,两个稳压器按,图,10.9,接线即可。,W78M18,W79M18,220,V,44,V ,C,0,C,1,C,1,C,2,C,2,U,O,(+18V),U,O,(-18V),1,2,3,3,图10.9 具有正负两路输出稳压电路,1,2,10.2.3 三端集成稳压器的扩展用法,提高输出电压的方法,输出电压为：,U,O,=,U,O,+,U,Z,_,U,Z,+,+,+,W78,1,2,3,R,1,U,O,U,O,U,I,_,+,_,I,1,图,10.10,提高输出电压的方法,提高输出电压的电路，如,图10.10,所示。,输出电压可调的稳压电路，如,图10.11,所示。,运放输入电压就是,U,O,与稳压器标称电压,U,O,之差。,输出电压可调的稳压电路,U,I,_,图10.11 输出电压可调的稳压电路,R,2,W78,U,O,U,O,U,O,+,_,C,R,1,R,3,R,L,+,+,_,+,_,3,+,_,该稳压电路的电压调节范围为,输出电流扩展电路，,如,图10.12,所示。,输出电流扩展电路,U,I,R,1,图10.12,扩大输出电流的稳压电路,C,2,I,E,I,C,+,_,W78,R,2,D,I,D,T,I,I,I,D,I,L,C,1,R,L,U,O,1,2,3,+,_,在三极管发射结压降与二极管正向压降相等的情况下，有,I,E,R,1,=,I,O,R,2,，,所以,图10.12,扩大输出电流的稳压电路,C,2,I,E,I,C,+,_,W78,R,2,D,I,D,T,I,I,I,D,I,L,C,1,R,L,U,O,1,2,3,+,_,在忽略三极管基极电流和流出云端稳压器公共端电流情况下，可得稳压电源输出电流为：,由式可知：,I,L,I,D,。,只要适当选择,R,1,，,R,2,的值就可获得所需要的负载电流。,