1、第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源引引 言言 電子電路工作時都需要直流電源提供能量，電池因使用費用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設備中。本章討論如何把交流電源變換為直流穩(wěn)壓電源，一般直流電源由如下部分組成： 第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 1. 整流變壓器整流變壓器:是將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。 下圖是半導體直流電源的原理方框圖原理方框圖，它表示把交流電變換為直流電的過程。圖中各環(huán)節(jié)的功能如下：第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 2. 整流電路整流電路:是將交流電壓變換單向脈動電

2、壓。其中的整流元件（晶體二極管、電子二極管或晶閘管）所以能整流，是因為它們都具有單向?qū)щ姷墓餐匦浴?3. 濾波器濾波器:是將脈動直流中的交流成分濾除，減少整流電壓的脈動程度，以適合負載的需要。4. 穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動或負載變動時，使直流輸出電壓穩(wěn)定。在對直流電壓的穩(wěn)定程度要求較低的電路中，穩(wěn)壓環(huán)節(jié)也可以不要。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18.1 18.1 整整 流流 電電 路路18.1.2 18.1.2 單相半波整流電路單相半波整流電路如圖所示是單相半波整流電路。它是最簡單的整流電路，由整流變壓器Tr、整流元件D(晶體二極管)及負載電阻RL組成。設整流變壓器

3、副邊的電壓為第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源其波形如圖(a)所示。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 在負載電阻RL上得到的是半被整流電壓uo?？梢哉J為uo的這半個波和u的正半波是相同的。 負載上得到的整流電壓雖然是單方向的(極性一定)，但其大小是變化的。這種所謂單向脈動電壓，常用一個周期的平均值來說明它的大小。 單相半波整流電壓的平均值為 整流電流的平均值 整流元件截止時所承受的最高反向電壓UDRM 根據(jù)Uo，Io和UDRM就可以選擇合適的整流元件。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18.1.2 18.1.2 單相橋式整流電路單相橋式整流電路1.工作原理 單相橋式整

4、流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向?qū)щ娦浴ｋ娐穲D可知： 當正半周時二極管當正半周時二極管D1、D3導通，導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。在負載電阻上得到正弦波的正半周。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向?qū)щ娦?。電路圖可知： 在負載電阻上正負半周經(jīng)過合成，得到的在負載電阻上正負半周經(jīng)過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖電路的波形

5、圖見圖。 當負半周時二極管當負半周時二極管D2、D4導導通，在負載電阻上得到正弦波的負通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。半周。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源2202LO9 . 022dsin21VVttVVV 根據(jù)上面圖可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓輸出平均電壓為2.參數(shù)計算 流過負載的平均電流平均電流為L2L2L9 . 022RVRVIL2L2LD45. 022RVRVII流過二極管的平均電流平均電流為2Rmax2VV二極管所承受的最大反向電壓最大反向電壓第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和

6、交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)脈動系數(shù)S。)4cos1542cos342(22OttVv67. 0322232422VVS第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源3.單相橋式整流電路的負載特性曲線 單相橋式整流電路的負載特性曲線是指輸出電壓與負載電流之間的關系曲線)(OOIfV 該曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源幾種濾波電路（a）電容濾波器（C濾波器）（b）電感電容濾波器（LC濾波器）（c）型濾波器濾波電路的結(jié)構(gòu)特點: 電容與負載 RL 并聯(lián)，或電感與負載RL串聯(lián)。18

7、.2 18.2 濾濾 波波 器器第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18.1.1電容濾波器(C濾波器) （1）空載時的情況22 輸出電壓為 U2 二極管承受的最高反向電壓URM=2 U2充電放電Du1u2 C RL uoi0LR251 tuo第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源220)27. 118. 1 ()41 (2UCRTUuL 輸出電流的平均值大，UL由放電時間常數(shù)決定 =RLC RLCULCRCLeUU122一般取 RLC（35）T （半波整流） RLC（35）T/2 （全波整流）此時，輸出電壓的平均值為202.1Uu通常取 來估算。（3）結(jié)論 二極管的導通角，流過二極管

8、的瞬時電流大，故常串入一個限流電阻(1/25)RL。（2）接負載的情況 在工作過程中，二極管并非在整個半周內(nèi)導電，按能量守恒的觀點，在較長時間內(nèi)釋放的電荷等于在較短時間內(nèi)沖得的電荷，所以充電電流較大。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源141TCRSL脈動系數(shù)小 電路的外特性ULI022U0.45 U2半波0.9 U2全波SI0157%67%半波全波外特性濾波特性 電容濾波電路使用于負載電流變化不大，負載整流電壓較高的場合。一般情況（全波整流）半波整流）222 . 1(UUuo第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源2.電感電容濾波器(LC濾波器)（1）工作原理： 當忽略電感線圈的直流

9、電阻時，負載上的直流電壓與不加濾波時負載上的直流電壓相同。209 . 0 Uu 第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源（2）特點： 電感濾波電路的外特性是很平坦的，U0隨I0增大而略有下降的原因是輸出電流增大時，整流電路的內(nèi)阻和電感的整流電阻壓降也略有增加的緣故。 導通角=，因而避免了過大的沖擊電流。輸出電壓沒有電容濾波高。 電感濾波電路適用于負載所需的直流電壓不高，輸出電流較大及負載變化較大的場合。 電感體積大，成本高，輸出電壓稍低。 為了提高濾波效果，通常采用倒L型濾波電路。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源3.形濾波器如果要求輸出電壓的脈動更小，可以在LC濾波器的前面再并聯(lián)一

10、個濾波電容C1，便構(gòu)成了形LC濾波器。它的濾波效果比LC濾波器更好，但整流二極管的沖擊電流較大。如圖(a)所示。用電阻去代替形濾波器中的電感線圈，便構(gòu)成了形RC濾波器。這種濾波電路主要適用于負載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。如圖(b)所示。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源+-u+-C1C2RLRuo+-u+-C1C2RLuoL(a)(b)第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18.318.3直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路18.3.118.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電源 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管電路為基礎，利用晶體管的電流放大作用，增大負載電流；在電路中引入深度電

11、壓負反饋使輸出電壓穩(wěn)定；并且，通過改變反饋網(wǎng)絡參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。最簡單的直流穩(wěn)壓電路是采用穩(wěn)壓二極管來穩(wěn)定電壓的。下圖是一種穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路。引起電壓不穩(wěn)定的原因是交流電壓的波動和負載電流的變化。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源選擇穩(wěn)壓二極管時，一般取穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18.3.218.3.2恒壓源恒壓源由穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路和運算放大器組成的恒壓源，有下圖所示的兩種。圖(a)是反相輸入恒壓源，可得出圖(b)是同相輸入恒壓源，可得出第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源18.3.3 18.3.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源串聯(lián)型穩(wěn)壓電源1.基本電路

12、 顯然，VO =VI-VR，當VI增加時，R受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵消了VI增加對輸出電壓的影響。若負載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當于VR。要想輸出電壓穩(wěn)定，必須按電壓負反饋電路的模式來構(gòu)成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。（1）電路組成 它由調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、基準電壓源準電壓源幾個部分組成。2.典型串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路第第1

13、818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源(2) 工作原理 當輸入電壓變化，負載電流保持不變 VIVOVfVO1VCEVO第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源負載電流變化，輸入電壓保持不變ILVIVOVfVO1VCEVO第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源（3）輸出電壓調(diào)節(jié)范圍的計算根據(jù)圖可知VfVREFREF2321O1O)+(1=VRRRRVV調(diào)節(jié)R2顯然可以改變輸出電壓。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源（4）穩(wěn)壓電路的保護環(huán)節(jié) 串聯(lián)型穩(wěn)壓電源的內(nèi)阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。

14、同時輸入電壓將全部降落在調(diào)整管上，使調(diào)整管的功耗大大增加，調(diào)整管將因過損耗發(fā)熱而損壞，為此必須對穩(wěn)壓電源的短路進行保護。過載也會造成損壞。 保護的方法保護的方法反饋保護型反饋保護型溫度保護型溫度保護型截流型截流型限流型限流型利用集成電路制造工藝，利用集成電路制造工藝，在調(diào)整管旁制作在調(diào)整管旁制作PN結(jié)溫度傳感器。結(jié)溫度傳感器。當溫度超標時，啟動保護電路工作，當溫度超標時，啟動保護電路工作，工作原理與反饋保護型相同。工作原理與反饋保護型相同。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源截流型截流型限流型限流型當發(fā)生短路時，通過保當發(fā)生短路時，通過保護電路使調(diào)整管截止，護電路使調(diào)整管截止，從而限制了

15、短路電流，從而限制了短路電流，使之接近為零。使之接近為零。當發(fā)生短路時，通過電當發(fā)生短路時，通過電路中取樣電阻的反饋作路中取樣電阻的反饋作用，輸出電流得以限制。用，輸出電流得以限制。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源1. 概述 將串聯(lián)穩(wěn)壓電源和保護電路集成在一起就是集成穩(wěn)壓器。早期的集成穩(wěn)壓器外引線較多，現(xiàn)在的集成穩(wěn)壓器只有三個：輸入端、輸出端和公共端，稱為三端集成穩(wěn)壓器。18.3.4 18.3.4 集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源特點：體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉內(nèi)部電路：串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路。第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源類型：W7800系列 穩(wěn)定正電壓穩(wěn)定正電壓W78

16、05 輸出+5V W7809 輸出+9V W7812 輸出+12V W7815 輸出+15V 第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 W7900系列 穩(wěn)定負電壓穩(wěn)定負電壓 W7905 輸出-5V W7909 輸出-9V W7912 輸出-12V W7915 輸出-15V第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源2. 輸出電壓固定的三端集成穩(wěn)壓器恒流源恒流源基準電壓電路基準電壓電路調(diào)整電路調(diào)整電路比較放大比較放大減流保護減流保護過熱保護過熱保護啟動電路啟動電路取取樣樣電電路路R4T1T4T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T

17、11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源3.可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器（正電壓LM317、負電壓LM337）輸出電壓)1(12REFORRVV 基準電壓Iadj調(diào)整管TVREFIVBVI+VoR2R1I2I1第第1818章章 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源1端端: 輸入端輸入端2端端: 公共端公共端3端端: 輸出端輸出端1.W7800系列穩(wěn)壓器外形及接線圖123+_W7805UI+_Uo132CI0.11 FCo1F+10V+5V注意：輸入與輸出端注意：輸入與輸出端 之間的電壓不之間的電壓不 得低于得低于3V！18.3.5 18.3.5 集成穩(wěn)壓電路的應用集成穩(wěn)壓電路的應用