模电第5单元

第5单元直流稳压电源模拟电子技术主编曾令琴5.1小功率整流滤波电路5.2稳压电路5.3集成稳压器模拟电子技术第5单元直流稳压电源了解单相整流电路的组成，工作原理及参数计算；熟悉电容滤波电路的组成及工作原理，理解稳压电路的主要性能指标；熟悉稳压二极管稳压电路的结构和工作原理；掌握典型串联型稳压电路的组成、工作原理、输出电压调节范围及其计算；熟悉三端固定式集成稳压器的引脚功能及其应用；了解开关型稳压电路的特点。任务导入模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.1小功率整流滤波电路电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动直流电压u3变为较为平滑的直流电压u4。稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.1.1整流电路D1D2D3D4RLTuiu2uituotuO由四个二极管组成的桥式整流电路单相电桥整流原理图简化的单相电桥电路图+–D1、D4导通，D2、D3截止+–D2、D3导通，D1、D4截止1.工作原理模拟电子技术第5单元直流稳压电源2.负载上的直流电压UL和直流电流IL的计算u20时D1,D4导通D2,D3截止电流通路:aD1RLD4bu20时D2,D3导通D1,D4截止电流通路:bD2RLD4a整流输出电压平均值：UL=0.9U2负载电流平均值:IL=UL/RL=0.9U2/RL二极管平均电流：ID=IL/2二极管最大反向电压u2ttuD2,uD3uD1,uD4tuo22UURM模拟电子技术第5单元直流稳压电源集成的硅整流桥模拟电子技术第5单元直流稳压电源22UURMLDRUI245.02221.145.01.1UURUIRLF考虑到电网电压波动范围为±10％，因此，二极管的极限参数应满足：二极管的选择模拟电子技术第5单元直流稳压电源单相桥式整流电路如图示。已知220V交流电源的频率为50HZ，要求直流电压UL=30V，负载电流IL=50mA，试求电源变压器副边电压U2，并选择二极管。V2252130.U（2）选择二极管mA1LD252IIV322RM5UU流经二极管的平均电流二极管承受的最大反向电压故可选2CZ51D整流二极管（IF＝50mA,URM=100V)2LU.U21＝（1）变压器副边电压由可得或选择QL－1型硅桥堆（IF＝50mA,URM=100V)模拟电子技术第5单元直流稳压电源模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.1.2滤波电路交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联电感与负载RL串联Π型滤波电路C1C2R模拟电子技术第5单元直流稳压电源1.桥式整流电容滤波电路（1）工作原理滤波电容D1D2D3D4RLTuiu2uituOCu2tuot无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形模拟电子技术第5单元直流稳压电源u2上升，u2大于电容上的电压uc，u2对电容充电，uo=ucu2u2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电，uc按指数规律下降，时间常数=RLCuot（1）工作原理模拟电子技术第5单元直流稳压电源一般取(式中T是电源电压的周期)近似估算:UL=（1.1~1.2)U2IL=UL/RL流过二极管的瞬时电流很大RLC越大UL越高负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短iD的峰值电流越大。输出电压平均值UL与时间常数RLC有关，RLC愈大电容器放电愈慢UL(平均值)愈大。二极管承受的最高反向电压22UURM（2）电容滤波电路的特点2)5~3(TCRLd电容滤波电路由于上述特点，适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。模拟电子技术第5单元直流稳压电源电路结构：在桥式整流电路与负载间串入一个电感L，就构成了电感滤波电路。2.桥式整流电感滤波电路模拟电子技术第5单元直流稳压电源电感电路的滤波原理：对谐波分量:f越高，XL越大,电压大部分降在XL上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为对直流分量:XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上电感滤波的特点是峰值电流很小，输出特点比较平坦，但是由于线圈铁心的存在，因此体积大笨重，所以只适用于低电压、大电流的场合。模拟电子技术第5单元直流稳压电源模拟电子技术第5单元直流稳压电源整流的作用主要是什么？主要采用什么元件实现？最常用的整流电路是哪一种？滤波电路的主要作用是什么？滤波电路的最重要元件是什么？什么是直流稳压电源，由哪几部分组成？模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.2稳压电路以下主要讨论线性稳压电路。电路最简单，但带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.2.1直流稳压电源的主要性能指标1.输出电阻Ro（越小越好）输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。即：常数IOOOUIUR2.稳压系数Sr（越小越好）稳压系数Sr反映了电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。即：常数常数//LLOIIOIIOOrRRUUUUUUUUS模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.2.2串联型稳压电路1.采样电阻由R1、R2、R3组成，当输出电压发生变化时，采样电阻取其变化量的一部分回送到放大电路的反相输入端。A的作用是将稳压电路输出变化量进行放大，然后送到调整管VT的基极。由稳压管VDZ提供。2.放大电路3.基准电压模拟电子技术第5单元直流稳压电源在输出电压或负载电流等发生变化或波动时，其变化量经采样、比较、放大后送到调整管VT的基极，使VT的集－射极电压发生相应变化，从而调整输出电压基本保持稳定。调整管VT电路的稳压过程：UI或ILUOUFUIdUBEICUCE↑UO模拟电子技术第5单元直流稳压电源输出电压的调节范围由于O32132FZURRRRRUU当R2的滑动端调至最上端时，UO为最小值Z32321OURRRRRUZ32321OminURRRRRU当R2的滑动端调至最下端时，UO为最大值，Z3321OmaxURRRRU则：所以U+=U-，UF=UZ，模拟电子技术第5单元直流稳压电源模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.2.3并联型稳压电路电路因二极管与负载并联而称为并联型稳压电路，也称为硅稳压管稳压电路。图中电阻R为限流电阻，用来限制通过稳压二极管VZ的电流，起限流保护作用。模拟电子技术第5单元直流稳压电源硅稳压管的伏安特性IΔUΔ由伏安特性曲线可看出：在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。模拟电子技术第5单元直流稳压电源1.电路的组成和工作原理硅稳压管稳压电路原理图稳压原理1.UI不变，RL减小RLILURUOIZIR=IL+IZ基本不变2.RL不变，UI升高UIUOIZURUO=UI-UR基本不变UOUO模拟电子技术第5单元直流稳压电源（1）内阻RoZZIOo//ΔΔrRrUUR（2）稳压系数Sr当rZRL，rZR时IZOΔΔURrUOIZIIOOr/Δ/ΔUURrUUUUS所以2.内阻和稳压系数的估算模拟电子技术第5单元直流稳压电源3.限流电阻的选择（1）当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，此时IZ不应超过允许的最大值，即ZmaxLminZImaxIIRUU或：LminZmaxZImaxIIUUR（2）当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，此时IZ不应低于其允许的最小值，即ZminLmaxZIminIIRUU或：LmaxZminZIminIIUUR参看例8.3.1模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.2.4开关型稳压电路开关稳压电路的调整管VT工作在开关状态，依靠调节其导通时间实现稳压，所以简称为开关稳压电路。开关稳压电路由于其管耗很低，一般可达80%~90%，因此电路效率较高，且不受输入电压大小的影响，稳压范围较宽。这些突出优点，使得开关稳压电源被广泛应用于电脑、电视机做为直流供电电源。模拟电子技术第5单元直流稳压电源工作原理当utuA时，uB=+UOPP，调整管饱和导通，iE向负载提供电流，并将能量储存在电感的磁场中；当utuA时，uB=-UOPP，调整管截止，iE=0，电感释放能量，产生的电流流过负载和二极管。模拟电子技术第5单元直流稳压电源结论调整管处于开关状态，发射极电位是高低交替的脉冲波形，经LC滤波电路后，负载上得到较平滑的输出电压互感器uO。110DCESI0EOd)(d)(1d1TTTTtUtUUTtuTUII10IO1d1DUUTTtUTUT——脉冲波形的占空比。TTD1模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.2.5调整管的选择1.集电极最大允许电流ICM2.集电极和发射极之间的最大允许电压U(BR)CEO3.集电极最大允许耗散功率PCMCOICEC)(IUUIUPCRLmaxCMIII≥2Imax(BR)CEO21.1UUU≥EmaxOmin2CmaxOminImaxCM)2.11.1()(IUUIUUP≥稳压电路的输入直流电压为：V)8~3(OmaxIUU变压器副边电压为：1.21.1I2UU模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.2.6稳压电路的过载保护1.限流型保护电路R4很小，约为1。负载电流超过某一值后，VT2导通，限制VT1中的电流，保护调整管。保护电路的输出特性正常稳压区限流保护模拟电子技术第5单元直流稳压电源三极管保护电路过载时，VT2导通，引起正反馈过程：IC2IB1UOUE2IC2UBE2最后使VT2饱和，输出电压下降到1V左右。三极管保护电路属于截流型过流保护电路，它能够在电路出现短路时使调整管发射极电流迅速减小或切断，因此称为截流型过流保护电路。模拟电子技术第5单元直流稳压电源截流型保护电路实例负载故障排除后，IL减小，引起正反馈过程：UR4UB2IC2IB1UOIC2使稳压电路的输出恢复到原来的数值。UE2UBE2模拟电子技术第5单元直流稳压电源串联型稳压电路有何特点？通常运用于哪些场合？在选择调整管的型号时，应主要考虑调整管的哪些主要参数？？稳压电路的主要作用是什么？稳压电路的主要质量指标是哪两个？开关型稳压电路的主要特点是什么？一般开关电源的输出电压是平滑波吗？关联型稳压电路有何特点？通常应用于哪种场合？二极管和三极管的保护电路中，哪种属于限流保护型？哪种属于截流保护型？模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.3集成稳压器特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：W7800系列——稳定正电压W7805输出+5VW7809输出+9VW7812输出+12VW7815输出+15VW7900系列——稳定负电压W7905输出-5VW7909输出-9VW7912输出-12VW7915输出-15V模拟电子技术第5单元直流稳压电源5.3.1固定输出的三端集成稳压器模拟电子技术第5单元直流稳压电源三端集成稳压器的主要参数模拟电子技术第5单元直流稳压电源1.三端集成稳压器的外形及电路符号W7800INOUTGNDW7900INOUTGND模拟电子技术第5单元直流稳压电源1.基本应用电路若输出电压较高，接一保护二极管VD，以保护集成稳压器内部的调整管。模拟电子技术第5单元直流稳压电源扩大输出电流的应用电路VD的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。模拟电子技术第5单元直流稳压电源提高输出电压的应用电