1、第十章直流電源直流電源的組成及各局部作用整流電路濾波電路10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路10.6開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路第四版華成英直流電源的組成及各局部的作用圖 直流穩(wěn)壓電源的方框圖電網(wǎng)電壓電源變壓器整流電路濾波電路穩(wěn)壓電路負(fù)載整流：將交流變?yōu)橹绷鞯倪^(guò)程。濾波：將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。整流電路整流電路的分析方法及其根本參?shù)優(yōu)點(diǎn)：使用元件少。缺點(diǎn)：輸出波形脈動(dòng)大；直流成分小；變壓器利用率低。圖 一、工作原理圖二、主要參數(shù)1.輸出電壓平均值 UO(AV)輸出電壓平均值就是負(fù)載電阻上電壓的平均值三、二極管的選擇根據(jù)流過(guò)二極管電流的平均值和它所承受的最大反向電壓來(lái)選擇二極管的型號(hào)。

2、二極管的正向電流等于負(fù)載電流平均值二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值電壓對(duì)于二極管最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR均應(yīng)留10%的余地，以保證二極管平安工作。.2單相橋式整流電路圖 單向橋式整流電路圖 單向橋式整流電路的習(xí)慣畫法一、單向橋式整流電路的組成在實(shí)用電路中，多采用全波整流電路，最常用的是單向橋式整流電路二、工作原理1. u2 0時(shí)，電流由+流出，經(jīng)D1、RL、D2流入-。2. u2 0時(shí)，電流由-流出，經(jīng)D3、RL、D4流入+。iD1 iD2iD3 iD4uD3 uD4uD1 uD2圖 10.2.6單相橋式整流電路的波形圖動(dòng)畫三、輸出電壓平均值 UO(AV) 和輸出

3、電流的平均值IO(AV) 脈動(dòng)系數(shù)：四、二極管的選擇每只二極管只在變壓器副邊電壓的半個(gè)周期通過(guò)電流，所以每只二極管的平均電流只有負(fù)載電阻上電流平均值的一半。二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值電壓對(duì)于二極管最大整流平均電流IF和最高反向工作電壓UR均應(yīng)留10%的余地，以保證二極管平安工作。濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。交流電壓脈動(dòng)直流電壓整流濾波直流電壓RLLRLC濾波電路濾波：將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷?。電容濾波電路圖 10.3.1(a)濾波電路濾波電路濾波電容容量較大，一般采用電解電容器。電容濾波電路利用電容的充放電作用，使輸出電壓趨于

4、平滑。濾波電路輸出電壓波形(b)理想情況下的波形 (c)考慮整流電路內(nèi)阻時(shí)的波形動(dòng)畫動(dòng)畫以單向橋式整流電容濾波為例進(jìn)行分析，其電路如下圖。一、濾波原理a橋式整流電容濾波電路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC電容器的充、放電RL未接入時(shí)(忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot設(shè)t1時(shí)刻接通電源t1整流電路為電容充電充電結(jié)束沒(méi)有電容時(shí)的輸出波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入且RLC較大時(shí) (忽略整流電路內(nèi)阻)u2tuot無(wú)濾波電容時(shí)的波形參加濾波電容時(shí)的波形充電放電au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuotu2上升， u2大于電容上的電壓uc，u2對(duì)電容充電，uo

5、= uc u2時(shí)間常數(shù) = (RL / Rint ) Cu2下降， u2小于電容上的電壓。二極管承受反向電壓而截止。電容C通過(guò)RL放電， uc按指數(shù)規(guī)律下降，時(shí)間常數(shù) = RL C放電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于充電時(shí)間常數(shù)，濾波效果取決于放電，其值愈大，濾波效果愈好。二、輸出電壓平均值當(dāng)負(fù)載開(kāi)路時(shí)當(dāng)RLC35)T/2時(shí)考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng)，電容的耐壓值應(yīng)大于三、脈動(dòng)系數(shù) S 約為 10% 20%u2tuot只有整流電路輸出電壓大于uc時(shí)，才有充電電流。因此二極管中的電流是脈沖波。二極管中的電流充電電流au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC四、整流二極管的導(dǎo)通角二極管的導(dǎo)通角 五、電容濾波電路的輸出特性

6、和濾波特性當(dāng)濾波電容選定后，輸出電壓平均值UOAV和輸出電流平均值IOAV的關(guān)系。脈動(dòng)系數(shù)S和輸出電流平均值IOAV的關(guān)系。圖10.3.5a電容濾波電路的輸出特性圖10.3.5b電容濾波電路濾波的特性其它形式的濾波電路一、電感濾波電路L愈大，濾波效果愈好；適用于負(fù)載電流較大的場(chǎng)合。二、 LC濾波電路輸出直流電壓為：脈動(dòng)系數(shù) S ：適用于各種場(chǎng)合。圖 10.3.8單相橋式電感濾波電路圖 10.3.9復(fù)式濾波電路(a)三、LC - 型濾波電路圖 10.3.9復(fù)式濾波電路(b)四、RC - 型濾波電路圖 10.3.9復(fù)式濾波電路(c)適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合適用于負(fù)載電流較小的場(chǎng)合三、各種濾波電路的

7、比較表10 .3.1各種濾波電路的性能比較10.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路10.4.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的組成整流濾波電路輸出電壓不穩(wěn)定的主要原因：負(fù)載變化； 電網(wǎng)電壓波動(dòng)。圖10.4.1穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路兩個(gè)根本公式UIUR+UOIRIDZ+IL穩(wěn)壓管的伏安特性圖10.4.2穩(wěn)壓管的伏安特性在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，只要使穩(wěn)壓管始終工作在穩(wěn)壓區(qū)，保證穩(wěn)壓管的電流：IZIDZIZM 輸出電壓UO就根本穩(wěn)定。10.4.2穩(wěn)壓原理1. UI 不變，RL 減小RLILURUOIZIR=IL+IZ根本不變2. RL 不變， UI 升高UIUOIZURUO=UI - UR根本不變UOUO電網(wǎng)電壓波動(dòng)；負(fù)載變化。穩(wěn)

8、壓電路應(yīng)從以下二個(gè)方面考察其穩(wěn)壓特性IL綜上所述，在穩(wěn)壓二極管所組成的穩(wěn)壓電路中，利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過(guò)限流電阻R上電壓或電流的變化進(jìn)行補(bǔ)償，來(lái)到達(dá)穩(wěn)壓的目的。10.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)一、內(nèi)阻 Ro二、穩(wěn)壓系數(shù) Sr三、電壓調(diào)整率四、電流調(diào)整率內(nèi)阻和穩(wěn)壓系數(shù)的估算1. 內(nèi)阻 Ro2. 穩(wěn)壓系數(shù) Sr當(dāng) rZ RL ， rZ ILmaxILminIZM ILmax+ IZR的選擇1. 當(dāng)電網(wǎng)電壓最高和負(fù)載電流最小時(shí)，穩(wěn)壓管IZ 的值最大，此時(shí) IZ 不應(yīng)超過(guò)允許的最大值，即或：2. 當(dāng)電網(wǎng)電壓最低和負(fù)載電流最大時(shí)，穩(wěn)壓管IZ 的值最小，此時(shí) IZ 不應(yīng)低于其允許的最小值，

9、即或：例10.4.1在10.4.1所示的電路中，UI 15V，負(fù)載電流為1020mA；穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ6V，最小穩(wěn)定電流IZ 5A，最大穩(wěn)定電流IZM40A動(dòng)態(tài)電阻rZ15 。1求解R的取值范圍；解：1360 180 215 3在允許范圍內(nèi)R的取值應(yīng)當(dāng)偏大些。2假設(shè)R250 ，那么穩(wěn)壓系數(shù)和輸出電阻各為多少？3為使穩(wěn)壓性能好一些，R的值是大還是小些，為什么？10.5串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路輸出電流較小，輸出電壓不可調(diào)。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路以穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路為根底，利用晶體管的電流放大作用，增大負(fù)載電流；在電路中引入電壓負(fù)反響使輸出電壓穩(wěn)定；可通過(guò)改變反響網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)使輸出電壓可調(diào)。10.5.

10、1串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理一、根本調(diào)整管電路DZ(a)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路動(dòng)畫根本調(diào)整管電路圖10.5.1(b)加晶體管擴(kuò)大負(fù)載電流的變化范圍穩(wěn)壓電路圖10.5.1(c)常見(jiàn)畫法的穩(wěn)壓電路T的工作電源為UI ，不穩(wěn)定“輸入信號(hào)為穩(wěn)定電壓UZ在UI變化或負(fù)載電阻RL變化時(shí)，輸出電壓根本不變。穩(wěn)壓原理：晶體管的調(diào)節(jié)作用，T應(yīng)工作在放大狀態(tài)。調(diào)整管與負(fù)載串聯(lián)串聯(lián)型穩(wěn)壓電源電路調(diào)整管工作在線性區(qū)線性穩(wěn)壓電源電路二、具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路根本調(diào)整管穩(wěn)壓電路輸出電壓仍不可調(diào)節(jié)，且輸出電壓將因UBE的變化而變化，穩(wěn)定性較差。圖10.5.2具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路(a)原理電路圖電路組成 (b)常見(jiàn)畫法采

11、樣電路：R1、 R2、 R3 ；比較放大電路：A；基準(zhǔn)電壓電路：由R 、VDZ 提供。調(diào)整管：VT；UI UO UF UId UBE ICUCEUO圖10.5.2具有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路動(dòng)畫由于 U+ = U- ，UF = UZ， 所以當(dāng) R2 的滑動(dòng)端調(diào)至最上端時(shí)，UO 為最小值當(dāng) R2 的滑動(dòng)端調(diào)至最下端時(shí)，UO 為最大值，那么：圖 10.5.2串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路一、集電極最大允許電流 ICM 二、集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓 U(BR)CEO三、集電極最大允許耗散功率 PCM四、穩(wěn)壓電路的輸入直流電壓五、變壓器副邊電壓三、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖實(shí)用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路至少包括調(diào)整管、

12、基準(zhǔn)電壓電路、取樣電路、比較放大電路四個(gè)局部組成。此外為使電路平安工作，還常在電路中加保護(hù)電路。圖10.5.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的方框圖動(dòng)畫10.5.2集成穩(wěn)壓器中的基準(zhǔn)電壓電路和保護(hù)電路一、基準(zhǔn)電壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓取決于基準(zhǔn)電壓。要求基準(zhǔn)電壓應(yīng)具有溫度系數(shù)為零，輸出電阻小，噪聲低。圖10.5.5穩(wěn)壓管基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管具有正溫度系數(shù)，而晶體管具有負(fù)溫度系數(shù)。能進(jìn)行溫度補(bǔ)償。電路采用射極輸出形式，引入電壓副負(fù)反響。零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓源電路UREFUREF圖10.5.6零溫度系數(shù)基準(zhǔn)電壓源電路及等效電路基準(zhǔn)電壓：UREF=IER2+mUBE在m、n、穩(wěn)壓管的UZ和二極管的UBE的溫度系數(shù)

13、確定的情況下，只要R1和R2按要求選定，基準(zhǔn)電壓溫度系數(shù)那么為零。CJ336/329,MC1403 ,AD580UIUREFR3R2R1T1T2T3-+-II2I1圖10.5.7能隙基準(zhǔn)電壓源電路I3UREF UgoUgo為硅材料在0K時(shí)外推禁帶寬度的電壓值基準(zhǔn)電壓與溫度無(wú)關(guān)，從而獲得很好的穩(wěn)定性。二、保護(hù)電路R4 很小，約為 1 。負(fù)載電流超過(guò)某一值后，VT2 導(dǎo)通，限制 VT1 中的電流，保護(hù)調(diào)整管。保護(hù)電路的輸出特性：UOILO正常穩(wěn)壓區(qū)限流保護(hù)1.過(guò)流保護(hù)電路限流型過(guò)流時(shí)，使調(diào)整管發(fā)射電流限制在某一數(shù)值的電路。圖 10.5.8(a)圖 10.5.8(c)在集成穩(wěn)壓器電路內(nèi)部有各種保護(hù)電

14、路，如過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)、調(diào)整管平安區(qū)保護(hù)、芯片過(guò)熱保護(hù)。不適應(yīng)于大功率電路截流型過(guò)流保護(hù)電路圖10.5.9截流型過(guò)流保護(hù)電路及其輸出特性T1為調(diào)整管R0為取樣電阻，它與T2 、 R1和R2構(gòu)成保護(hù)電路保護(hù)原理過(guò)流時(shí)，使調(diào)整管發(fā)射電流迅速減小到較小數(shù)值的電路。圖10.5.10調(diào)整管的安全工作區(qū)保護(hù)電路圖10.5.11芯片過(guò)熱保護(hù)電路集成穩(wěn)壓器電路圖恒流源基準(zhǔn)電壓電路調(diào)整電路比較放大減流保護(hù)過(guò)熱保護(hù)啟動(dòng)電路取樣電路10.5.3 集成穩(wěn)壓器電路從外形上看，集成串聯(lián)型穩(wěn)壓電路有三個(gè)引腳，分別為輸入端、輸出端和公共端，因而稱為三端穩(wěn)壓器。固定式穩(wěn)壓電路：W78XX、W79XX?？烧{(diào)式穩(wěn)壓電路：W117

15、、W217、W317。一、W78XX三端穩(wěn)壓器 穩(wěn)定正電壓輸出電壓有七個(gè)等級(jí)：5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V。如W7805 ，輸出+5V；W7809 ，輸出+9VA、0.5AMAL。如W7805 ，輸出+5V；A；W78M05 ，輸出+5V；A；W78L05 ，輸出+5V；A。W79XX系列 穩(wěn)定負(fù)電壓1三端集成穩(wěn)壓器的組成圖10.5.14W7800的原理框圖輸入端和輸出端之間的電壓允許值為313V。二、W117三端集成穩(wěn)壓器10.5.4三端穩(wěn)壓器的應(yīng)用一、三端穩(wěn)壓器的外形及電路方框圖圖10.5.16三端穩(wěn)壓器的外形和方框圖金屬封裝塑料封裝不同封裝形式、正負(fù)電源管腳號(hào)不同。圖(c)(d)為金屬封裝式。二、W78XX應(yīng)用1. 根本應(yīng)用電路假設(shè)輸出電壓較高，接一保護(hù)二極管 D，以保護(hù)集 成穩(wěn)壓器內(nèi)部的調(diào)整管。圖 10.5.17三端集成穩(wěn)壓器根本應(yīng)用電路VD2. 擴(kuò)大輸出電流 VD 的作用：補(bǔ)償三極管的發(fā)射結(jié)電壓，使電路輸出電壓等于三端集成穩(wěn)壓器的輸出電壓。圖 10.5