模拟电子技术课件10--直流稳压电源

信息学院低频电子线路1主讲：陈松第29-31次课（共32次课）低频电子技术信息学院低频电子线路2第十章直流稳压电源10.1小功率整流滤波电路单相桥式整流电路滤波电路10.2串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路三端集成稳压器信息学院低频电子线路3小功率直流稳压电源信息学院低频电子线路4小功率直流稳压电源信息学院低频电子线路5信息学院低频电子线路6开关直流稳压电源信息学院低频电子线路7•电源变压器:将交流电网电压v1变为合适的交流电压v2。整流电路滤波电路稳压电路v1v2v3v4vo•整流电路:将交流电压v2变为脉动的直流电压v3。•滤波电路:将脉动直流电压v3转变为平滑的直流电压v4。•稳压电路:消除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压vo的稳定。直流稳压电源的组成和功能整流电路滤波电路稳压电路信息学院低频电子线路8整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。§10.1小功率整流滤波电路信息学院低频电子线路9单相半波整流电路v20时，二极管导通。iLv1v2aTbDRLvo忽略二极管正向压降：vo=v2v1v2aTbDRLvoiL=0v20时，二极管截止,输出电流为0。vo=0信息学院低频电子线路10(1)输出电压波形：v1v2aTbDRLv2vovDt2340(2)二极管上的平均电流：ID=IL信息学院低频电子线路11(3)二极管上承受的最高电压：22RMVV(4)输出电压平均值（Vo）：()2021tdvVoo()021tdsint22V2245.02VV信息学院低频电子线路12信息学院低频电子线路13信息学院低频电子线路14单相全波整流电路v1v2aTbD1RLvoD2v2iLv2vovD1t2340vD2(1)输出电压波形：信息学院低频电子线路15单相全波整流电路(4)uo平均值Uo：(2)二极管上承受的最高电压：222RMVV(3)二极管上的平均电流：LDII21()01tdvVoo()01tdsint22V229.02VV2信息学院低频电子线路16信息学院低频电子线路17§10.1.1单相桥式整流电路组成：由四个二极管组成桥路v1v2TD3D2D1D4RLvoRLD1D3D2D4v2vov2vo信息学院低频电子线路18§10.1.1单相桥式整流电路桥式整流电路+-v2正半周时电流通路v1v2TD4D2D1D3RLvo信息学院低频电子线路19桥式整流电路-+v0v1v2TD4D2D1D3RLv2负半周时电流通路信息学院低频电子线路20v20时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:AD1RLD3Bv20时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！v2tt桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形vD4,vD2vD3,vD1tvov2D4D2D1D3RLvoAB信息学院低频电子线路21信息学院低频电子线路22信息学院低频电子线路23几种常见的硅整流桥外形：+AC-~+~-~+-~信息学院低频电子线路24整流电路的主要参数1.整流输出电压平均值（Vo）全波整流时，负载电压Uo的平均值为:负载上的(平均)电流:209LL.VIR一、整流输出电压的平均值与脉动系数整流输出电压的平均值Vo和输出电压的脉动系数Kr是衡量整流电路性能的两个主要指标。()01tdvVoo()01tdsint22V229.02VV2信息学院低频电子线路25Kr定义：整流输出电压的总谐波电压与平均值Vo之比。2.脉动系数Kr，又称纹波系数0483LrroVK.V用傅氏级数对全波整流的输出vo分解后可得:224442(cos2cos4cos6)31535ovVttt信息学院低频电子线路26平均电流(ID)与反向峰值电压(VRM)是选择整流管的主要依据。210452DoLVII.R22RMVV例如：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二、平均电流与反向峰值电压信息学院低频电子线路27例题1、根据单相桥式整流电路的工作原理，如图所示电路在出现下列故障时，会产生什么现象？A、D1的正负极接反B、D1短路C、D1开路信息学院低频电子线路28例题A、D1的正负极接反信息学院低频电子线路29例题B、D1短路若D1短路，在v2的负半周，D2导通时将流过较大的电流，当超过其最大整流电流时，D2及变压器副边会损坏。C、D1开路若D1开路，电路变成了半波整流电路，输出电压下降为正常情况下的1／2信息学院低频电子线路30滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。§10.1.2滤波电路信息学院低频电子线路31电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。一、滤波原理桥式整流电容滤波电路av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–信息学院低频电子线路321.RL未接入时(忽略整流电路内阻)v2tvot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–信息学院低频电子线路332.RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻)v2tvot电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，vo会逐渐下降。av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–信息学院低频电子线路34v2tvot只有整流电路输出电压大于vo时，才有充电电流iD。因此整流电路的输出电流是脉冲波。整流电路的输出电流iDav1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–iD可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。信息学院低频电子线路35v2tvot电容充电时，电容电压滞后于v2。整流电路的输出电流RLC越小，输出电压越低。3.RL接入（且RLC较大）时(考虑整流电路内阻)av1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–信息学院低频电子线路36信息学院低频电子线路37信息学院低频电子线路38信息学院低频电子线路39一般取2)53(TCRτLd(T:电源电压的周期)近似估算:Vo=1.2V2。(2)流过二极管瞬时电流很大。RLC越大Vo越高负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短iD的峰值电流越大故一般选管时，取1(23)(23)22oLDFLVII~~R二、电容滤波电路的特点(1)输出电压Vo与放电时间常数RLC有关。RLC愈大电容器放电愈慢Vo(平均值)愈大信息学院低频电子线路40输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,Vo和Kr也随之改变。如:RL愈小(IL越大),Vo下降多,Kr增大。(3)输出特性(外特性)vo电容滤波纯电阻负载1.4V20.9V20IL结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。信息学院低频电子线路41电感滤波电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。电感滤波电路v2v1RLLvo信息学院低频电子线路42一、滤波原理对直流分量:XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上。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。Vo=0.9V2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：v2v1RLLvo信息学院低频电子线路43二、电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。v2v1RLLvo信息学院低频电子线路45例题2、桥式整流滤波电路如图所示，（1）试问输出电压VO对地电压是正还是负？电容C的极性如何？（2）当电路参数满足RLC（3～5）T／2时，若要求输出电压VO为25V，V2的有效值应为多少？（3）如负载电流为200mA，试求每个二极管流过的电流和最大反向电压VRM。（4）若电容开路，VO为多少？信息学院低频电子线路46例题（1）试问输出电压VO对地电压是正还是负？电容C的极性如何？输出电压为负，电容极性应上负下正。信息学院低频电子线路47例题（2）当电路参数满足RLC（3～5）T／2时，若要求输出电压VO为25V，V2的有效值应为多少？当电路参数满足RLC（3～5）T／2时，VO＝（1.1～1.2）V2故V2＝25V／1.2＝20.83V信息学院低频电子线路48例题3）如负载电流为200mA，试求每个二极管流过的电流和最大反向电压VRM由于ID＝IL／2，所以ID＝200mA／2＝100mAVRM＝1.41V2＝29.37V信息学院低频电子线路49例题（4）若电容开路，VO为多少？电容开路时，电路为全波桥式整流电路，故VO＝0.9V2＝18.75V信息学院低频电子线路503、电路如下图所示。（1）分别标出uO1和uO2对地的极性；（2）uO1、uO2分别是半波整流还是全波整流？（3）当u21＝u22＝20V时，uO1（AV）和uO2（AV）各为多少？（4）当u21＝18V，u22＝22V时，画出uO1、uO2的波形；并求出uO1（AV）和uO2（AV）各为多少？例题信息学院低频电子线路51解：（1）均为上“＋”、下“－”。（2）均为全波整流。（3）uO1（AV）和uO2（AV）为：uO1（AV）＝－uO2（AV）≈0.9u21＝0.9u22＝18V（4）uO1、uO2的波形如解图所示。它们的平均值为uO1（AV）＝－uO2（AV）≈0.45u21＋0.45u22＝18V信息学院低频电子线路52稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用稳压电路(小功率设备)以下主要讨论线性稳压电路。电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。效率较高，目前应用很广。§10.2串联反馈式稳压电路信息学院低频电子线路53电路结构的一般形式串联式稳压电路的组成：（1）基准电压；（2）比较放大；（3）输出电压取样电路；（4）调整元件VOT+_VI比较放大基准电压Vo取样VRFVORL调整元件+–+–信息学院低频电子线路54因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为：串联反馈式稳压电路。若因输入电压变化或负载变化而使VO加大,比较放大电路使VB1变小,从而使VO降低.VOT1+_VI比较放大基准电压Vo取样VRFVORL调整元件+–+–VB1+VIVoRLR3比较放大信息学院低频电子线路55T1调整管R3、T2比较放大R1、RW、R2采样电阻R、VZ基准电压一种实际的串联式稳压电源R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB2信息学院低频电子线路56稳压原理VoVB2VBE2=（VB2-VZ）VC2（VB1）Vo当VI增加或输出电流减小使Vo升高时R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIUB2VC2（VB1）信息学院低频电子线路57例：VI=18V，VZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB2221ZWWOminVRRRRRV+++4=6V4.74.7++4.74.7+4.7221ZWOmaxVRRRRV++4=12V4.74.7++4.74.7信息学院低频电子线路58实际的稳压电源采取的改进措施1.比较放大级采用差动放大器或集成运放2.调整管采用复合三极管3.采用辅助电源(比较放大部分的电源)4.用恒流源负载代替集电极电阻以提