1、低頻電子線路 (17),信息科學(xué)與工程學(xué)院 劉志軍,2020/8/7,低頻電子線路,2,上次課,3.1電壓比較器（續(xù)） 遲滯比較器 3.2 馳張振蕩器 2.4 有源濾波器,2020/8/7,低頻電子線路,3,本次課,第十章 電源電路 10.1直流穩(wěn)壓電源組成框圖 10.2整流電路 10.3濾波電路 10.4穩(wěn)壓電路,2020/8/7,低頻電子線路,4,穩(wěn)壓電源簡介,直流穩(wěn)壓電源的作用 直流穩(wěn)壓電源是所有電子設(shè)備的重要組成部分，它的基本任務(wù)是將電力網(wǎng)交流市電變換為電子設(shè)備所需要的穩(wěn)定的直流電源電壓。 直流穩(wěn)壓電源應(yīng)用十分廣泛 電子設(shè)備供電需要直流穩(wěn)壓電源。,2020/8/7,低頻電子線路,5,電

2、源的分類,根據(jù)穩(wěn)壓目標(biāo)分為兩大類： 交流穩(wěn)壓器 直流穩(wěn)壓器,2020/8/7,低頻電子線路,6,交流穩(wěn)壓器,用以穩(wěn)定交流電壓 一般指不間斷電源（UPS）,2020/8/7,低頻電子線路,7,直流穩(wěn)壓器,直流穩(wěn)壓器提供穩(wěn)定的直流電壓 直流穩(wěn)壓器包括： 電流源（充電器） 電壓源,2020/8/7,低頻電子線路,8,電壓源,根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作方式分為兩大類 線性電源 開關(guān)電源,2020/8/7,低頻電子線路,9,10.1直流穩(wěn)壓電源組成框圖,以下介紹直流穩(wěn)壓電源的組成結(jié)構(gòu)與性能指標(biāo)。,2020/8/7,低頻電子線路,10,（1）直流穩(wěn)壓器的方框圖,變壓器,整流電路,濾波電路,穩(wěn)壓電路,220V 50

3、HZ,UO,2020/8/7,低頻電子線路,11,各單元波形圖,圖 直流穩(wěn)壓電源框圖與波形圖,2020/8/7,低頻電子線路,12,（2）穩(wěn)壓電源的主要參數(shù),穩(wěn)壓電源參數(shù)很多，這里僅介紹最主要的幾個參數(shù)： 穩(wěn)壓系數(shù)S 輸出阻抗R0 溫度系數(shù)ST,2020/8/7,低頻電子線路,13,穩(wěn)壓系數(shù)S,穩(wěn)壓系數(shù)S表示輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比，即：,2020/8/7,低頻電子線路,14,輸出阻抗R0,輸出阻抗RO表示負(fù)載變化（IL變化）對輸出電壓的的影響，即：,2020/8/7,低頻電子線路,15,溫度系數(shù)ST,ST表示溫度變化對輸出電壓的影響，其表達(dá)式為：,2020/8/7,低頻電子

4、線路,16,10.2 整流電路,整流電路位于穩(wěn)壓電源的前端，在變壓器降壓之后，在穩(wěn)壓電路和濾波電路之前。 其主要作用是要將雙向變化（過零點(diǎn)）的交流電變成單向變化（不過零點(diǎn)）的直流電。,2020/8/7,低頻電子線路,17,整流電路類型,整流電路主要有以下類型： 半波整流 全波整流 橋式整流 倍壓整流,2020/8/7,低頻電子線路,18,半波整流電路,利用二極管的單向?qū)щ娦阅芸蓪崿F(xiàn)整流。,2020/8/7,低頻電子線路,19,全波整流電路,利用兩只二極管可實現(xiàn)全波整流。,2020/8/7,低頻電子線路,20,橋式整流電路,利用四只二極管可實現(xiàn)橋式整流。,2020/8/7,低頻電子線路,21,倍

5、壓整流電路,利用變壓器、二極管和電容器可實現(xiàn)倍壓整流。,2020/8/7,低頻電子線路,22,10.3 濾波電路,交流市電經(jīng)整流后變成脈動直流電，再經(jīng)濾波后降低紋波。 濾波電路種類很多，主要有以下類型： 電容濾波 電感濾波 電容電感濾波 電阻電容濾波,2020/8/7,低頻電子線路,23,電容濾波電路,(a)電容濾波；(b)電感電容型濾波；(c)電阻電容型濾波 注意電容一定要和負(fù)載是并聯(lián)關(guān)系（考慮為什么？）。,2020/8/7,低頻電子線路,24,全波整流電容濾波電路,圖 全波整流電容濾波電路圖,2020/8/7,低頻電子線路,25,電路結(jié)構(gòu),全波整流的變壓器有中心抽頭，且要求次級兩繞組十分對

6、稱，注意中間是“地電位”和同名端標(biāo)示。 整流管VD1、VD2接于變壓器次級兩端和負(fù)載之間，采用簡單電容濾波。,2020/8/7,低頻電子線路,26,電路工作原理,設(shè)濾波電容電壓初始值uC(0)=0,當(dāng)ui為正半周時， ui 起作用。VD1導(dǎo)通，VD截止，ui給C充電。由于二極管內(nèi)阻較小，充電時常數(shù)較小，uC上升快。 當(dāng)uC上升到等于ui(t1)時，VD1、VD2均截止，電容C通過負(fù)載RL放電，uo下降（到 ui(t2)時刻）。 當(dāng)ui為負(fù)半周時， ui 起作用。VD2導(dǎo)通，VD截止，ui給C充電。當(dāng)uC上升到等于ui(t3)時，VD1、VD2均截止，電容C通過負(fù)載RL放電，uo下降。 周而復(fù)始

7、工作。輸出為近似直流（有紋波電壓）。,2020/8/7,低頻電子線路,27,全波整流電容濾波電路的電壓電流波形,圖 管子流過的電流及輸入輸出電壓波形,2020/8/7,低頻電子線路,28,EWB仿真情況,2020/8/7,低頻電子線路,29,電容濾波分析,不接電容時(C=0) 接入電容后(C0)， 且負(fù)載RL=時 一般情況下 (RL ,C0)，,2020/8/7,低頻電子線路,30,電路設(shè)計分析,濾波電容估算值 濾波電容的選擇要滿足下式，即 此時，波紋電壓峰峰值Urpp約為 式中：T為交流電網(wǎng)信號周期；IL為負(fù)載電流。,2020/8/7,低頻電子線路,31,電路設(shè)計分析,整流管的選擇 全波整流

8、時，流過每個二極管的平均電流是負(fù)載電流的一半。即整流管最大允許電流 整流管反向擊穿電壓UBR 2 半波整流只有一個整流管，波紋大，所以一般用得不多。,2020/8/7,低頻電子線路,32,電感濾波,注意電感是和負(fù)載是串聯(lián)關(guān)系（考慮為什么？）。,2020/8/7,低頻電子線路,33,電容電感濾波,電容電感濾波是電容濾波和電感濾波兩種方式的結(jié)合。,2020/8/7,低頻電子線路,34,電阻電容濾波,電阻電容濾波是用電阻代替電感的位置。,2020/8/7,低頻電子線路,35,10.4 穩(wěn)壓電路,交流市電經(jīng)過整流濾波變成平滑的直流電，但由于受到電網(wǎng)電壓波動、負(fù)載變化以及環(huán)境溫度等因素的影響，都會造成直

9、流電壓的不穩(wěn)定。故需要采用穩(wěn)壓電路。 穩(wěn)壓電路種類很多，包括穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路、串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、集成穩(wěn)壓電路和開關(guān)穩(wěn)壓電路。,2020/8/7,低頻電子線路,36,（1）穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是一種最簡單的穩(wěn)壓電路。依靠限流電阻R（與負(fù)載串聯(lián)）和穩(wěn)壓管（與負(fù)載并聯(lián)）組成。,2020/8/7,低頻電子線路,37,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路形式,IR,2020/8/7,低頻電子線路,38,電路分析,穩(wěn)定輸出電壓的工作原理和穩(wěn)壓過程自行分析。 設(shè)計時關(guān)鍵是R的取值范圍的確定。,2020/8/7,低頻電子線路,39,電路特點(diǎn),主要特點(diǎn)是： 電路簡單，調(diào)整方便。 但輸出不可調(diào)。 主要用于IL不大且負(fù)載RL變化也

10、不大的場合。,2020/8/7,低頻電子線路,40,（2）串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路,串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路是一種應(yīng)用非常廣泛的電路形式。,2020/8/7,低頻電子線路,41,原理框圖及電路,串聯(lián)反饋型穩(wěn)壓電路原理框圖以及電路形式介紹如下：,2020/8/7,低頻電子線路,42,原理框圖,調(diào)整管,誤差放大,基準(zhǔn)部分,取樣部分,Ui,U0,RL,+,+,2020/8/7,低頻電子線路,43,電路形式,串聯(lián)型穩(wěn)壓電源框圖,2020/8/7,低頻電子線路,44,工作原理,穩(wěn)壓電路的工作原理如下： 當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化（不穩(wěn)定）時，經(jīng)取樣電路反應(yīng)到誤差放大電路，與穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，取出誤差量放大后去控制調(diào)

11、整管的變化，從而引起輸出電壓發(fā)生與原來變化量相反的變化。此為電壓串聯(lián)負(fù)反饋調(diào)節(jié)過程。,2020/8/7,低頻電子線路,45,電路分析,調(diào)整管為共集（CC）電路（射隨器）。發(fā)射極為總輸出電壓。 A為運(yùn)放差動放大。同相端接取樣電壓，反相端接參考電壓。 參考電壓為穩(wěn)壓管電壓。 閉環(huán)回路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。,2020/8/7,低頻電子線路,46,穩(wěn)壓過程分析,UO U- U+不變 UB UE UO - 反之亦然,2020/8/7,低頻電子線路,47,電路分析,2020/8/7,低頻電子線路,48,保護(hù)電路,限流保護(hù) 截流保護(hù),2020/8/7,低頻電子線路,49,（3）集成三端穩(wěn)壓器,主要介紹 三端穩(wěn)壓

12、器。 此集成器件的實際應(yīng)用十分廣泛。,2020/8/7,低頻電子線路,50,三端穩(wěn)壓器的簡介和分類,按輸出方式不同分為兩大類 固定輸出穩(wěn)壓器 輸出可調(diào)穩(wěn)壓器,2020/8/7,低頻電子線路,51,固定輸出穩(wěn)壓器,固定輸出三端穩(wěn)壓器 分為 兩類 正輸出 三端穩(wěn)壓器（78系列） 負(fù)輸出 三端穩(wěn)壓器（79系列）,2020/8/7,低頻電子線路,52,輸出可調(diào)穩(wěn)壓器,輸出可調(diào)三端穩(wěn)壓器 分為 兩類： 正輸出可調(diào)三端穩(wěn)壓器 （117/217/317系列） 負(fù)輸出可調(diào)三端穩(wěn)壓器 （137/237/337系列）,2020/8/7,低頻電子線路,53,(a)固定輸出78系列,按輸出電壓值分為7檔： 5V、6V

13、、9V、12V、15V、18V、24V。 最小輸入/輸出壓差2.5V,2020/8/7,低頻電子線路,54,輸出電流,輸出功率按輸出電流大小分為三類 78 輸出電流 1.5A 78M 輸出電流 0.5A 78L 輸出電流 0.1A,2020/8/7,低頻電子線路,55,器件類型舉例,7812 -固定正輸出 12V，輸出電流1.5A 78M05 - 固定正輸出 5V，輸出電流0.5A,2020/8/7,低頻電子線路,56,(b)固定輸出79系列,按輸出電壓值也分為7檔，包括： 5V、 6V、 9V、 12V、 15V、 18V、 24V。 最小輸入/輸出壓差2.5V,2020/8/7,低頻電子線

14、路,57,輸出電流,輸出功率 按輸出電流 大小也分為 三類 79 輸出電流 1.5A 79M輸出電流 0.5A 79L 輸出電流 0.1A,2020/8/7,低頻電子線路,58,器件類型舉例,7912 -固定負(fù)輸出 12V，輸出電流1.5A 78M05 - 固定負(fù)輸出 5V，輸出電流0.5A,2020/8/7,低頻電子線路,59,(c)可調(diào)式正電壓三端穩(wěn)壓器,型號 117/217/317系列 輸出電壓 1.2V 37V 連續(xù)可調(diào) 最小負(fù)載電流 10mA 輸出電流能力與封裝類型有關(guān),2020/8/7,低頻電子線路,60,管子封裝與外觀,封裝型號與外觀 TO 3(K) 20W 1.5A TO 22

15、0(T) 15W 1.5A TO 202(T) 7.5W 0.5A TO 39(H) 2W 0.5A TO 92(Z) 0.6W 0.1A 注意以上所標(biāo)管腳均為78系列情況。,2020/8/7,低頻電子線路,61,(d)可調(diào)式負(fù)電壓三端穩(wěn)壓器,型號 137/237/337系列。 情況與正輸出系列相似，僅輸出為負(fù)電壓 值( 1.2V 37V)連續(xù)可調(diào)。,2020/8/7,低頻電子線路,62,基本應(yīng)用電路,三端穩(wěn)壓器的使用非常簡便，只要將三端穩(wěn)壓器的三個端子分別接到規(guī)定的位置即可正常工作。 注意三端穩(wěn)壓器的管腳（輸入、輸出、接地）的標(biāo)示和管子的封裝形式有關(guān)，千萬不要搞錯了！,2020/8/7,低頻

16、電子線路,63,78系列典型接法圖 (a),2020/8/7,低頻電子線路,64,79系列典型接法圖(b)和79三端穩(wěn)壓器外形圖(c),2020/8/7,低頻電子線路,65,三端穩(wěn)壓器功能的擴(kuò)展,(a)擴(kuò)流電路,2020/8/7,低頻電子線路,66,三端穩(wěn)壓器功能的擴(kuò)展,(b)擴(kuò)壓電路,2020/8/7,低頻電子線路,67,三端穩(wěn)壓器功能的擴(kuò)展,(c)輸出電壓可調(diào)電路,2020/8/7,低頻電子線路,68,（4）串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源,集成開關(guān)穩(wěn)壓器是一種效率高，體積小的開關(guān)式穩(wěn)壓電源。 開關(guān)穩(wěn)壓器應(yīng)用非常廣泛。,2020/8/7,低頻電子線路,69,（1）簡介,由以上學(xué)習(xí)內(nèi)容可知，直流穩(wěn)壓電源的

17、基本組成包括 四部分 即 電源變壓器， 整流器， 濾波器， 穩(wěn)壓器。 其中關(guān)鍵 是穩(wěn)壓器。,2020/8/7,低頻電子線路,70,穩(wěn)壓器組成,穩(wěn)壓器 由 四部分組成： 即 基準(zhǔn)電壓源， 誤差放大器， 取樣電路， 調(diào)整電路。,2020/8/7,低頻電子線路,71,調(diào)整電路分類,如調(diào)整電路工作于 線性放大狀態(tài) - 線性穩(wěn)壓器。 如調(diào)整電路工作于 開關(guān)狀態(tài) - 開關(guān)穩(wěn)壓器。,2020/8/7,低頻電子線路,72,特點(diǎn),以下將線性穩(wěn)壓器與開關(guān)穩(wěn)壓器的特點(diǎn) 進(jìn)行比較。,2020/8/7,低頻電子線路,73,線性穩(wěn)壓器特點(diǎn),精度高、紋波??；電路結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計容易。 調(diào)整管工作在線性放大狀態(tài)，管壓降大，功耗

18、大，效率較低(一般為40%60%)，且需要散熱裝置。 電源變壓器的工作頻率為50Hz，頻率低，變壓器體積大且重。,2020/8/7,低頻電子線路,74,開關(guān)穩(wěn)壓器特點(diǎn),效率高（一般80%90%）。 體積小、重量輕，革除電源變壓器。 方便、實用。,2020/8/7,低頻電子線路,75,開關(guān)穩(wěn)壓器分類,按 激勵方式 分 自激式， 它激式。 按 調(diào)制方式 分 脈寬調(diào)制（PWM）， 脈頻調(diào)制（PFM）， 混合型。,2020/8/7,低頻電子線路,76,（2）一種開關(guān)穩(wěn)壓電源的框圖,2020/8/7,低頻電子線路,77,工作原理分析,首先將電網(wǎng)電壓（220V、50HZ)不經(jīng)電源變壓器直接整流成直流高壓，即一次整流。輸出一般為300多伏，該直流作為開關(guān)管V的電源電壓。 開關(guān)管在控制電路作用下，時而導(dǎo)通時而截止，將直流高壓又“斬波”成交流方波，即DCAC，所謂“逆變器”。斬波頻率一般為幾十幾百KHZ。 斬波電壓經(jīng)一個小型高頻變壓器隔離、降壓，并經(jīng)二次整流后（ ACDC )，即可得到所需的直流電壓。 穩(wěn)壓原理基于負(fù)反饋。,2020/8/7,低頻電子線路,78,工作原理分析,如果電網(wǎng)電壓不穩(wěn)，使輸出直流電壓Uo增大。 經(jīng)光耦合器隔離，誤差放大器反相輸入端電壓增大，其輸出減小。 該電