1、第9章 直流穩(wěn)壓電源,9.1 直流電源的組成,9.2 單相整流電路,9.3 濾 波 電 路,9.4 穩(wěn) 壓 電 路,幾乎所有的電子設(shè)備都需要穩(wěn)定的直流電源，通常都是由交流電網(wǎng)供電，因此需要把交流電變成穩(wěn)定的直流電。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電經(jīng)過(guò)整流變成脈動(dòng)的直流電，然后通過(guò)濾波穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的直流電的儀器。它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。,9.1 直流電源的組成,電源變壓器,電源變壓器，一方面是“變壓”（大多情況下是進(jìn)行“降壓”，即將220V降為較低的交流電壓）；另一方面是“隔離”，把電子設(shè)備與電網(wǎng)隔開(kāi)。,整流電路的目的是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交

2、流電壓整流成為單方向的脈動(dòng)電壓。這種單方向的脈動(dòng)電壓有很大的脈動(dòng)成分。,整流電路,濾波電路的功能是將整流后的單向脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)成分盡可能地濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。它由電容、電感等儲(chǔ)能元件組成。,濾波電路,穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓電路的功能是采取一些措施，當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，使輸出的直流電壓保持穩(wěn)定。,輸出信號(hào)平均值,一、單相半波整流電路,+,-,9.2 單相整流電路,單相半波整流電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用元件少的優(yōu)點(diǎn)。但是也存在著一些缺點(diǎn)：如輸出波形脈動(dòng)大、直流的成分較低、變壓器只有半個(gè)周期導(dǎo)電，利用率低；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。因此，一般只在輸出電流較低，要求不太高的電

3、路中運(yùn)用。,二、橋式全波整流電路,輸出信號(hào)平均值,二極管最高反向電壓：,二極管的平均電流：,紋波系數(shù)：,表示了直流輸出電壓中紋波電壓的大小,二、橋式全波整流電路,橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓小，管子所承受的最大反向電壓比較低，同時(shí)由于電源變壓器在正、負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器的利用率高。因此，此電路在整流電路中有了較為廣泛的運(yùn)用。,整流橋堆外形,9.3 濾 波 電 路,從前面的分析可知，無(wú)論何種整流電路，它們的輸出電壓都含有較大的脈動(dòng)成分。為了減少脈動(dòng)，就需要采取一定的措施，即濾波。濾波的作用是一方面盡量降低輸出電壓中的脈動(dòng)成分，另一方面又要盡量保留其中的直流成分，使輸出

4、電壓接近于理想的直流電壓。,因?yàn)殡娍乖陔娐分心軆?chǔ)存能量，并聯(lián)的電容器C在電源供給的電壓升高時(shí)，能把部分能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，當(dāng)電壓降低時(shí)，能量就釋放出來(lái)，因此負(fù)載得到的電壓比較平滑，即電容C具有平波的作用；與負(fù)載串聯(lián)的電感L，當(dāng)電源供給的電流增加時(shí)，它把能量?jī)?chǔ)存起來(lái)，當(dāng)電流減小時(shí)，就將能量釋放出來(lái)，因此負(fù)載電流也較平滑，即電感L也有平波作用。,濾波電路一般由電抗元件組成，如在負(fù)載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負(fù)載串聯(lián)電感器L，以及由電容器、電感器復(fù)合而成的各種組合式濾波電路。,濾波電路的形式多種多樣，可分為電容輸入式（電容C接在最前面，如圖a、c）和電感輸入式（電感L接在最前面，如圖b）。前一種濾波電

5、路常用于小功率的電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中。,一、電容濾波電路,電容濾波,220V50Hz,+,-,1、電路結(jié)構(gòu),2、工作原理,D1D3 導(dǎo)通 電容 充電,D1D4 截止 電容 放電,D2、D4 導(dǎo)通，電容充電,電容的選擇,電容耐壓,電容容量,輸出電壓平均值,Vo1.2V2,一、電容濾波電路,濾波電容后電路的特點(diǎn) (1) 提高了輸出電壓的直流成分 (2) 降低了輸出電壓的脈動(dòng)成分 (3) 二極管導(dǎo)通角度變小而導(dǎo)通時(shí)的最大電流變大 (4) 電容濾波電路的外特性差,電感濾波電路,二、其他形式濾波電路,RC 型濾波電路,LC濾波電路,倒L濾波電路,9.4 穩(wěn) 壓 電 路,和理想的直

6、流電源相比，整流濾波電路的輸出電壓還有一定的差距，問(wèn)題是，當(dāng)負(fù)載電流變化時(shí)，導(dǎo)致輸出直流電壓的變化；以及當(dāng)電壓波動(dòng)時(shí)，整流電路的輸出電壓也隨之相應(yīng)地變化。因此，就引出了穩(wěn)壓電路。所謂穩(wěn)壓電路，就是在負(fù)載不變而輸入電壓變化時(shí)，輸出電壓不變；并且當(dāng)輸入電壓不變而負(fù)載改變時(shí)，輸出電壓也不變的電路。,一. 硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,負(fù)載電流最大變化范圍等于穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流和最小穩(wěn)定電流之差，即（Izm-Iz）。,二、串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路,比較 放大,由于調(diào)整管與負(fù)載相串聯(lián)，故稱這類電路為串聯(lián)型穩(wěn)壓電源。,由于調(diào)整管工作在線性區(qū)，故稱這類電路為線性穩(wěn)壓電源。,調(diào)整管,基準(zhǔn) 電壓,取樣 電路,穩(wěn)壓原理,當(dāng)電網(wǎng)電

7、壓波動(dòng)（或負(fù)載電阻的變化）使輸出電壓VO上升時(shí)，取樣電壓VN增大，由于穩(wěn)壓管的電壓VZ不變，運(yùn)放的輸入電壓VNP(=VN-VP=VN-VZ)增大，使A的輸出減?。凑{(diào)整管的基極電位降低），而使調(diào)整管T的c-e壓降增大，從而調(diào)節(jié)輸出電壓VO（=VI-Vce）減小，使輸出電壓得到穩(wěn)定?？梢?jiàn)，電路是靠引入深度電壓負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。,輸出電壓的可調(diào)范圍,當(dāng)電位器RP的滑動(dòng)端在最上端時(shí)，輸出電壓最小為,當(dāng)電位器RP的滑動(dòng)端在最下端時(shí)，輸出電壓最大為,若R1=RP=R2=300，VZ=6V，則輸出電壓9VVO18V。,調(diào)整管的選擇,在串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管是核心元件，它的安全工作是電路正常工作的保證

8、。調(diào)整管一般為大功率管，因而選用原則與功率放大電路中的功放管相同，主要考慮其極限參數(shù)ICM、V（BR）CEO和PCM。,ICM的選取,調(diào)整管中流過(guò)的最大集電極電流為ICmax=ILmax+IR1其中ILmax為負(fù)載電流最大額定值，IR1為取樣、比較放大和基準(zhǔn)環(huán)節(jié)所消耗的電流，通常R1上的電流可忽略，所以ICMILmax,擊穿電壓的選取,當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%時(shí)，穩(wěn)壓電路輸入電壓VI到最大值VImax，同時(shí)輸出電壓又最低時(shí)，調(diào)整管承受的管壓降最大，所以要求調(diào)整管擊穿電壓為V（BR）CEO VImax -VOmin,功率PCM的選取,調(diào)整管可能承受的最大集電極功耗為PCmax=VCEmax ICma

9、x=（VImax -VOmin）ICmax VImax是考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%時(shí)，穩(wěn)壓電路輸入電壓的最大值，VOmin是輸出電壓的最小額定值。所以要求PCM (VImax -VOmin)ILmax,實(shí)用的串聯(lián)型穩(wěn)壓電源至少包含調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓電路、取樣電路和比較放大電路四個(gè)部分組成。此外，為使電路安全工作，還常在電路中加保護(hù)電路，如圖所示。,三.集成穩(wěn)壓電路,為了適應(yīng)現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，穩(wěn)壓電路也迅速實(shí)現(xiàn)集成化。集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、抗干擾能力強(qiáng)、大規(guī)模生產(chǎn)、使用經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，越來(lái)越為大量電子設(shè)備所使用。特別是具有輸入端、輸出端和公共引出端的三端式穩(wěn)壓器，因?yàn)椴恍枰饨釉⑶冶旧碛?/p>

10、限流、過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)電路，所以運(yùn)用更加安全可靠。三端集成穩(wěn)壓器可分輸出電壓固定和輸出電壓可調(diào)兩種形式.,1.輸出電壓固定( 78L)的三端集成穩(wěn)壓器原理圖,W78XX、W78MXX、W78LXX,-輸出正電源,-輸出負(fù)電源,XX,-輸出電壓大小,有5、6、8、9、10、12、15、18、24V九個(gè)等級(jí),-輸出電流大小,W79XX、W79MXX、W79LXX,/、M、L,有1.5、0.5、0.1A三個(gè)等級(jí),外形封裝：,金屬菱形,塑封,金屬圓形,塑封,型號(hào)：,三端穩(wěn)壓器的典型接法,輸出直流電壓V0=XX,VI,整流輸出電壓VI大于VO 3-5V,防止電路產(chǎn)生自激振蕩,濾除輸出高頻信號(hào),（1）單電源穩(wěn)壓電路,470uF電容作用？,（2）雙電源穩(wěn)壓電路,2.三端可調(diào)式集成穩(wěn)壓器(LM317 ),三個(gè)接線端分別稱為輸入端VI、輸出端VO和調(diào)整端adj,內(nèi)部電路有比較放大器、偏置電路（圖中未畫(huà)出）、恒流源電路和帶隙基準(zhǔn)電壓VREF等，它