西安交通大学-赵进全-模拟电子技术基础-第十章

上页下页返回模拟电子技术基础10.1概述交流电源电源变压器整流电路直流稳压电源的组成方框图波形图OOO10直流稳压电源上页下页返回模拟电子技术基础滤波电路稳压电路整流电路波形图OOO上页下页返回模拟电子技术基础10.2单相整流及电容滤波电路10.2.1单相桥式整流电路1.电路组成a+_uOTru2+_u1b+_D1D2D4D3RL上页下页返回模拟电子技术基础2.工作原理u2ωtO22UuOωtOωtOiO22UL2/2RU输入电压输出电压输出电流设(a)二极管D1~D4性能理想(b)uOTr++u1RLiD1D4+–D1D3D2u2iD2iOab––上页下页返回模拟电子技术基础ωtOuD1uD3,ωtOiD1iD3,u2ωtO22U输入电压二极管D1、D3电流二极管D1、D3电压22UL2/2RUuOTr++u1RLiD1D4+–D1D3D2u2iD2iOab––上页下页返回模拟电子技术基础3.主要性能指标(1)整流输出直流电压u2ωtO22UuOωtO22U因为输出电压输出直流电压上页下页返回模拟电子技术基础(2)输出电压纹波因数定义式中Uor——输出电压中各次谐波电压有效值的总和UO——输出电压的平均值上页下页返回模拟电子技术基础对于全波整流电路由于故上页下页返回模拟电子技术基础(3)整流二极管的正向平均电流(4)整流二极管的最高反向电压uOTr++u1RLiD1D4+–D1D3D2u2iD2iOab––上页下页返回模拟电子技术基础10.2.2电容滤波电路+_uOTru2+_u1+_D1D2D4D3RLC上页下页返回模拟电子技术基础(1)当C=0时1.工作原理Tr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C––输入电压π2π3π4πu2ωtO上页下页返回模拟电子技术基础π2π3π4πu2ωtO输入电压输出电压波形桥式整流电路输出电压Tr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO––uOπO2π3π4πωt上页下页返回模拟电子技术基础输出电压波形由于电容器的充电时间常数(2)当C≠0、RL=∞时uOπO2π3π4πωtTr+–+u1D4+D1D3D2u2uO+C––roπ2π3π4πu2ωtO输入电压上页下页返回模拟电子技术基础(3)当C≠0、RL≠∞时电容器的充电时间常数输出电压π2π3π4πu2ωtO输入电压Tr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C––roπO2π3π4πωtuOuC,uO=uCu2上页下页返回模拟电子技术基础输出电压π2π3π4πu2ωtO输入电压Tr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C––roπO2π3π4πωtuOuC,当C充电到最高点时C将通过RL开始放电二极管D1、D3将截止上页下页返回模拟电子技术基础电容器的放电时间常数由于2较大，放电比较缓慢Tr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C––π2π3π4πu2ωtO输出电压πO2π3π4πωtuOuC,ro上页下页返回模拟电子技术基础当|u2|uC时C又开始充电，直到最大值。二极管D2、D4导通π2π3π4πu2ωtOTr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C––ro输出电压πO2π3π4πωtuOuC,上页下页返回模拟电子技术基础ωt输出电压波形π2π3π4πu2ωtO输入电压Tr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C––roC放电C充电D截止D导通πO2π3π4πuOuC,上页下页返回模拟电子技术基础2．电容滤波电路的外特性及主要参数估计(1)电容滤波电路的外特性0.9U2C=0C小C大Tr+–+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C––iOuOiOO上页下页返回模拟电子技术基础a.当iO一定时，C越小，UO(AV)越小，纹波越大。b.当C一定时，iO越大,UO(AV)越小。外特性特点电容滤波电路适用于负载电流比较小或负载基本不变的场合。结论：外特性差0.9U2C=0C小C大uOiOO上页下页返回模拟电子技术基础(3)输出电流平均值(2)输出电压平均值一般取若≥上页下页返回模拟电子技术基础(4)整流二极管的平均电流(b)二极管导通时，有冲击电流(a)比无滤波电容时的平均电流大二极管电流的特点ωtπO2π3πOωtuCuOiDiD1iD3iD2iD4IDMuCuO流过二极管电流波形电压波形上页下页返回模拟电子技术基础放电时间常数越大，θ越小，冲击电流越大。(c)冲击电流与二极管的导通角θ(θ)有关πO2π3πωtOωtuCuOiDiD1iD3iD2iD4IDMuCuO(5)整流二极管的最高反向电压上页下页返回模拟电子技术基础3．π型滤波电路R++–C1C2uIuORL+–+L++–C1C2uIuORL+–+LC—π型滤波电路RC—π型滤波电路上页下页返回模拟电子技术基础在图示电烙铁供电电路中，试分析以下几种情况各属于什么供电电路？输出电压多高？哪种情况下电烙铁温度最低？为什么？(1)S1、S2均闭合;(2)S1、S2均分断;(3)S1闭合、S2分断;(4)S1分断、S2闭合。电烙铁UOC+D1D3D2D4S1S2~220V思考题上页下页返回模拟电子技术基础10.3.1稳压电路的功能和性能指标1．稳压电路的功能稳定输出直流电压2．稳压电路的主要性能指标(1)稳压系数10.3串联反馈型线性稳压电路上页下页返回模拟电子技术基础(2)电压调整率(3)输出电阻(4)电流调整率上页下页返回模拟电子技术基础(5)输出电压的温度系数稳压电路输出端的交流分量（通常为100Hz）的有效值或幅值。(6)纹波电压(7)纹波电压抑制比输入、输出电压中的纹波电压之比上页下页返回模拟电子技术基础10.3.2串联反馈型线性稳压电路的工作原理1．电路组成基准环节比较放大环节调整环节取样环节+R+–AUBUREFUIRLTDZRWR2R1UF+UO––上页下页返回模拟电子技术基础2．稳压原理IUCEUL)(R或FUOUBU+R+–AUBUREFUIRLTDZRWR2R1UF+UO––上页下页返回模拟电子技术基础3．输出电压UI+RRL+-ATDZRWR2R1UBUFUREF+UO––+–上页下页返回模拟电子技术基础4．调整管参数选取原则(1)ICM≥IOmax(2)PCM≥(3)≥上页下页返回模拟电子技术基础5．限流保护电路保护电路R+-UORL+–T1IB1T2IC2URUBIO比较放大环节I+–UI上页下页返回模拟电子技术基础(2)当Io增大,T2导通。IB1减小，限制了Io的增大。(1)当IO较小时，URUBE2,T2截止，电路正常工作。正常工作区OUOIOIOmax电路外特性保护电路R+-UORL+–T1IB1T2IC2URUBIO比较放大环节I+–UI工作原理上页下页返回模拟电子技术基础1.电路组成10.3.3高精度基准电压源微电流源温度补偿电路UIRE2T1T2IC1UREFIO+IC2RC2RC1T3+––上页下页返回模拟电子技术基础2.工作原理图中由此可得UIRE2T1T2IC1UREFIO+IC2RC2RC1T3+––上页下页返回模拟电子技术基础如果合理地选择IC1/IC2和RC2/RE2的值，使正温度系数的电压IC2RC2正好补偿负温度系数电压的UBE3，可获得零温度系数的基准电压。由式可知基准电压为式中Ug0为硅材料在0K时禁带宽度(能带间隙)的电压值。上页下页返回模拟电子技术基础2.主要特点10.3.4集成三端稳压器1.电路主要组成部分(1)串联反馈型线性稳压电路(2)高精度基准电压源(3)过流、过热保护等电路(2)外接元件少(1)工作可靠(3)使用方便上页下页返回模拟电子技术基础3213.外形图外形图4.分类按输出电压是否可调固定式三端稳压器可调式三端稳压器1——输入端3——输出端2——公共端78系列1——公共端3——输出端2——输入端79系列上页下页返回模拟电子技术基础——输出电压的标称值5.固定式集成三端稳压器的型号a.78××（输出正电压）系列b.79××（输出负电压）系列输出电压种类5V、6V、9V、12V、15V和24V等上页下页返回模拟电子技术基础LM78123LM791236.稳压器电路符号7.固定式三端稳压器的典型接法a.78系列UI+–+UOC10.33µF0.1µF100µFLM78+–132C3C2上页下页返回模拟电子技术基础C1防止自激振荡C2减小高频干扰C3减小输出纹波和低频干扰b.79系列各电容器的作用UI++UOC10.33µF0.1µF100µFLM79+–132C3C2–上页下页返回模拟电子技术基础a.输出正、负电压的稳压电路8.固定式三端稳压器的应用电路++UOC10.33µF0.1µF100µFLM78132C3C2–+UOC10.33µF0.1µF100µFLM79132C3C2+1000µFC~上页下页返回模拟电子技术基础b.提高输出电压UI+UOC1LM78+–132C2R2R1++IQ––忽略公共端电流IQ上页下页返回模拟电子技术基础c.扩大输出电流式中图中若=10，R1=0.5,|UBE|=0.3V,。则UI+UOC1LM78××+–132C2R1T–上页下页返回模拟电子技术基础具有抗饱和电路的低压差线性集成稳压器简化原理电路10.3.5高效率低压差线性集成稳压器e3AUO+UI基准UREF–+gmT3eT2T1e3BcUB3RL+–UFUB1IB1I辅助R2R1CO+IO+–误差放大器EA–上页下页返回模拟电子技术基础1.指出图示稳压电路中的错误，说明原因并改正之。RD1D3D2D4CRLUODZ+-uI+-思考题2.串联型稳压电路主要由哪四部分组成？简述各部分的主要作用及电路的稳压原理。上页下页返回模拟电子技术基础10.4开关型稳压电路线性稳压电路的主要特点(1)电压稳定度高(2)纹波电压小(3)响应速度快(4)电路简单(5)调整管的功耗大(6)功率变换效率低上页下页返回模拟电子技术基础开关型稳压电路的主要特点(1)调整管工作于开关状态，功耗低(2)功率变换效率高(3)体积小、重量轻(4)可以省去电源变压器(5)输出纹波大上页下页返回模拟电子技术基础降压型开关稳压电路的工作原理1.降压型开关稳压电路UO+TuLUIIO+C+T+iLCO+iC–uEDRLe––上页下页返回模拟电子技术基础开关管续流二极管储能电感滤波电容控制脉冲UO+TuLUIIO+C+T+iLCO+iC–uEDRLe––上页下页返回模拟电子技术基础控制脉冲的特点来自反馈控制电路周期T恒定UO+TuLUIIO+C+T+iLCO+iC–uEDRLe––上页下页返回模拟电子技术基础2.工作原理(1)当控制脉冲为高电平(Ton期间)时T饱和导通D截止CO充电、L储能UO+TuLUIIO+C+T+iLCO+iC–uEDRLe––上页下页返回模拟电子技术基础(2)当控制脉冲为低电平(Toff期间)时T截止D导通CO、L放能UO+TuLUIIO+C+T+iLCO+iC–uEDRLe––上页下页返回模拟电子技术基础uEOtUIUOOtUOUOminUOmaxUO/RLOtiL(3)工作波形ToffTon射极电压uE输出电压uO电感电流iLUO+–iO+–iLCOiCuERLL上页下页返回模拟电子技术基础占空比输出直流电压3.输出电压UOuEOtUIUOOtUOUOmaxUO/RLOtiLToffTonUOmin上页下页返回模拟电子技术基础4.反馈控制的降压型开关稳压电源方框图脉宽调制器采样电路UO+–TUI+–LCDRLR上页下页返回模拟电子技术基础思考题为什么说在开关型稳压电源中，当控制脉冲周期不变时，调整管饱和导通时间越长，输出电压越高？上页下页返回模拟电子技术基础[例1]某稳压电源如图所示,试问：(1)输出电压UO的极性和大小如何?(2)电容器C1和C2的极性如何?(3)如将稳压管接反，后果如何?(4)如R=0，又将产生怎样的后果?练习题UOu2RD1D3D2D4C1RLC2DZu1+-V15ZU++––上页下页返回模拟电子技