电路与电子技术第12章.ppt

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1、12.1 整流电路整流电路12.2 滤波电路滤波电路12.3 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路12.4 串联型稳压电路串联型稳压电路12.5 集成稳压器集成稳压器直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源12.6 开关型稳压电源开关型稳压电源第第 12 章章12.1 整流电路整流电路 12.1.2 倍压整流电路倍压整流电路 12.1.1 二极管整流电路二极管整流电路滤波滤波整流整流稳压稳压变压变压交流交流电源电源负负载载OtuOtuOtuOtuOtu220 V单向脉动单向脉动直流电压直流电压合适的合适的交流电压交流电压滤波滤波稳压稳压直流稳压电源的组成框图直流稳压电源的组成框图直

2、流稳压电源的组成框图直流稳压电源的组成框图 to 2 3 u2 to 2 3 uO to 2 3 iD=iO to 2 3 uDDRL220 V+uu2iD=iOuD+一、单相半波整流电路一、单相半波整流电路12.1.1 12.1.1 二极管整流电路二极管整流电路+uo RLio+u2 u1+uo ioRLD4D3D2D1u2u1D4D1D2D3+u2 RL+uo iou1D3D1D2D4+u2 RL+uo iou11.桥式整流电路（几种画法）桥式整流电路（几种画法）二、单相桥式整流电路二、单相桥式整流电路2.桥式整流电路工作原理桥式整流电路工作原理RLioD4D3D2D1+u2+uo 承受反

3、承受反压截止压截止+u1 u2正半周：正半周：D1和和D3导通，导通，D2和和D4截止。截止。RLD4D3D2ioD1+u2+uo u2负半周：负半周：+u1 承受反承受反压截止压截止D2 和和 D4导通导通,D1和和 D3 截止。截止。（1）波形波形输入负半周输入负半周输入负半周输入负半周D3RLD4D2D1u1u2+uo+ioioRLD4D3D2D1+u2u1+uo 输入正半周输入正半周输入正半周输入正半周 to to to to 2 3 2 3 2 2 3 3 uOu2uDiD=iOD2、4D1、3（2）参数估算参数估算1)整流输出电压平均值整流输出电压平均值2)二极管平均电流二极管平均

4、电流3)二极管最大反向压二极管最大反向压 to to to to 2 3 2 3 2 2 3 3 uOu2uDiD=iO例例 已知负载电阻已知负载电阻RL=50,负载电压负载电压UO=100V。今。今采用采用单相桥式整流电路，交流电源电压为单相桥式整流电路，交流电源电压为220V。根。根据电路要求选择二极管。据电路要求选择二极管。解：解：负载电流负载电流每个二极管通过的平均电流每个二极管通过的平均电流变压器二次侧电压的有效值为变压器二次侧电压的有效值为 考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，变压考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降，变压器二次侧电压一般要高出（器二次侧电压一般要高出（510%）

5、U2，即，即111 1.1 122V。可选用可选用2CZ12D二极管，其二极管，其最大整流电流最大整流电流为为3A，反向工作峰值电压反向工作峰值电压为为300V。（1）半桥堆半桥堆D2D1内部接线内部接线RL+u2+u2 与变压器、负载的接线与变压器、负载的接线+1/2QL1.5A200+2CQA外型外型型号型号:1/2QL(额定正向整流电流额定正向整流电流)A(最高反向峰值电压最高反向峰值电压)3.常用的整流组合元件常用的整流组合元件（2）全桥堆全桥堆内部接线内部接线型号型号:QA(额定正向整流电流额定正向整流电流)A(最高反向峰值电压最高反向峰值电压)D4D1D2D3+-+电路符号电路符号

6、外型外型+-+QL0.5A200-QL0.1A1001.二倍压整流电路二倍压整流电路u2的正半周时：的正半周时：D1导通，导通，D2截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C1的电压充到：的电压充到：u2的负半周时：的负半周时：D2导通，导通，D1截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C2的电压充到：的电压充到：负载上的电压：负载上的电压：+u1u2+D1C2C1D2uoRL12.1.2 12.1.2 倍压整流电路倍压整流电路+2.2.多倍压整流电路多倍压整流电路+u2的第一个正半周：的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，构成回路，C1充充电到：电到：u2的第一个负半周：的第一个

7、负半周：u2、C2、D2、C1构成回路，构成回路，C2充电到：充电到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6+C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：的第二个正半周：u2、C1、C3、D3、C2构成回构成回路，路，C1补充电荷，补充电荷，C3充电到：充电到：u2的第二个负半周：的第二个负半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1构构成回路，成回路，C2补充电荷，补充电荷，C4充电到：充电到：从不同端点可引出所需的多倍压直流输出。从不同端点可引出所需的多倍压直流输出。滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联

8、，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理：原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流电滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成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。份，达到平滑输出电压波形的目的。12.2 12.2 滤波电路滤波电路 io +uo=uc RLD1D4D3D2+u2+u1 1.电路和工作原理电路和工作原理电容电容电容电容充电充电充电充电电容电容电容电容放电放电放电放电C u2正

9、半周正半周D1和和D3导通，给导通，给 C 充电充电,u2达到最大达到最大值时，值时，C 两端电压充到最大值。两端电压充到最大值。当当u2从最大值开始下降时，从最大值开始下降时，D1和和D3截止，截止，C 向向 RL 放电。放电。经经经经C C C C 滤波后滤波后滤波后滤波后 u uo o 的波形变得平缓的波形变得平缓的波形变得平缓的波形变得平缓,平均值提高。平均值提高。平均值提高。平均值提高。12.2.112.2.1电容滤波电容滤波2.波形及输出电压波形及输出电压 当当 RL=时时（C没有放电回路）没有放电回路）:0 tuO 2 当当 RL 为有限值时为有限值时:此时此时此时此时 U UO

10、 O=1.2=1.2U U2 2RC 越大（越大（C放电越慢）放电越慢）UO 越大。越大。RL=为获得良好滤波效果为获得良好滤波效果,一般取一般取:(T 为输入为输入交流电压交流电压的周期的周期)（半波整流（半波整流（半波整流（半波整流 U UO O=U U2 2）例例 单相桥式电容滤波整流单相桥式电容滤波整流,交流电源频率交流电源频率 f=50 Hz,负载电阻负载电阻 RL=40 ,要求直流输出电压要求直流输出电压 UO=20V,选择选择整流二极管整流二极管及及滤波电容。滤波电容。解：解：1.1.选二极管选二极管选二极管选二极管可选可选:2CZ55C(IOM =1 A，UDRM =100 V

11、)或或1 A、100 V 整整流桥。流桥。电流平均值电流平均值:承受最高反压：承受最高反压：2.2.选滤波电容选滤波电容选滤波电容选滤波电容可选可选：1000 F,耐压耐压50 V 的电解电容的电解电容整流后的输出电压：整流后的输出电压：直流分量直流分量被电感被电感 L 短路短路（L=0）,交流分量交流分量主要主要降在降在 L 上。上。频率越高，电感频率越高，电感越大，滤波效果越好。越大，滤波效果越好。RLL+u2+uO 一般：一般：一般：一般：U UOO=0.9=0.9U U2 212.2.2 12.2.2 电感滤波电感滤波 当电感线圈的电流发生变化时当电感线圈的电流发生变化时,要产生自感电

12、动要产生自感电动势阻碍电流的变化势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。使负载电流和电压的脉动减小。然后又经过电容再一次滤波，得到更为平直的输出电然后又经过电容再一次滤波，得到更为平直的输出电压。压。1.LC 滤波滤波LRL+u2 C+uO 12.2.3 12.2.3 复式滤波复式滤波2.型滤波型滤波L C1RL+u2 C2C1、C2 对交流对交流容抗小容抗小L 对交流对交流感抗感抗很很大大负载电流小时负载电流小时12.3 稳压二极稳压二极 管稳压电路管稳压电路一一、工作原理工作原理RLCRIRIZDZ+UL+UC+u IL+UR稳压稳压电路电路引起电压不稳定的原因引起电压不稳定的原因交

13、流电源电压的波动交流电源电压的波动负载电流的变化负载电流的变化 交流电源电压增加交流电源电压增加 整流输出电压整流输出电压UC增加增加负载电压增加负载电压增加 稳压管的电流稳压管的电流IZ显著增加显著增加 限限流电阻流电阻R上的压降增加上的压降增加负载电压保持基本不变。负载电压保持基本不变。1.1.负载电阻负载电阻负载电阻负载电阻R RL L不变，交流电源电压波动时稳压过程不变，交流电源电压波动时稳压过程不变，交流电源电压波动时稳压过程不变，交流电源电压波动时稳压过程RLCRIRIZDZ+UL+UC+u IL+URu UC ULIZIRURUL 2.2.电源电压不变，负载电流变化时稳压过程电源

14、电压不变，负载电流变化时稳压过程电源电压不变，负载电流变化时稳压过程电源电压不变，负载电流变化时稳压过程RLCRIRIZDZ+UL+UC+u IL+URRL IL ULIZIRURUL 电源电压保持不变，负载电流增大电源电压保持不变，负载电流增大电阻电阻R上的上的压降增大压降增大负载电压下降负载电压下降 稳压管电流显著减小稳压管电流显著减小通通过电阻过电阻R的电流和电阻上的压降保持近似不变的电流和电阻上的压降保持近似不变负载负载电压近似不变。电压近似不变。二二、元件的选择元件的选择稳压管选择：稳压管选择：一般取一般取UZ=UL IZmax=2ILmax整流滤波后整流滤波后的电压：的电压：UC=

15、(23)UL 限流电阻限流电阻R的选择：的选择：限流电阻限流电阻R的功率：的功率：选择稳压管选择稳压管2CW18（UZ=1012V,IZ=5mA,IZmax=20mA）例例 某某稳压管稳压电路，稳压管稳压电路，负载电阻负载电阻RL 由开路变到由开路变到2k，交流，交流经经整流滤波后的整流滤波后的电压电压UC=30V。设。设UC的变化范围为的变化范围为 10%，负载电压负载电压UL=10V，试选择，试选择稳压管和限流电阻稳压管和限流电阻R。解：解：负载电流负载电流选择选择1.5k 选择选择选择选择1.5k1.5k 、1W1W的电阻的电阻的电阻的电阻12.4串联型稳压电路串联型稳压电路8+Uo+U

16、I RLV1+UCE 并联型并联型稳压电路稳压电路 调整管与负载并联调整管与负载并联串联型串联型稳压电路稳压电路 调整管与负载串联调整管与负载串联1.串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理+UI 取取样样电电路路调整管调整管比较放比较放大电路大电路基准电压基准电压UZUF 一、结构和稳压原理一、结构和稳压原理 稳压的实质：稳压的实质：UCE 的自动调节使输出电压恒定的自动调节使输出电压恒定2.输出电压的调节范围输出电压的调节范围8+Uo+UI R 2RLR 1R1UFUZR2RP12.5 集成稳压集成稳压器器12.5.1 固定式三端集成稳压器固定式三端集成稳压器12.5.2 可调式三

17、端集成稳压器可调式三端集成稳压器一、一、一、一、分类分类分类分类1.三端固定输出正稳压器三端固定输出正稳压器 W78系列系列三端三端三端三端:电压输入端、电压输出断、公共接地端。电压输入端、电压输出断、公共接地端。输出输出正正正正即输出即输出正电压正电压正电压正电压。2.三端固定输出负稳压器三端固定输出负稳压器 W79系列系列输出输出负负负负即输出即输出负电压负电压负电压负电压。5 V/6 V/9 V/12 V/15 V/18 V/24 V7878、79 79 系列的型号命名系列的型号命名系列的型号命名系列的型号命名输出电流输出电流78L /79L 输出电流输出电流 100 mA78M/9M

18、输出电流输出电流 500 mA78 /79 输出电流输出电流 1.5 A输出电压输出电压12.5.1 固定式三端集成稳压器固定式三端集成稳压器例如例如:W7805 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 1.5 AW78M05 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 0.5 A封装封装W78051 3 2UIUOGNDW79051 3 2UIUOGND符号符号W7800+213W790013_2_塑料封装塑料封装塑料封装塑料封装金属封装金属封装金属封装金属封装3123.三端可调输出正稳压器三端可调输出正稳压器 三端三端三端三端:电压输入端、电压输出端、电压调整端。电压输入端、电压输出端、电压调整端

19、。输出正电压且可调。输出正电压且可调。4.三端可调输出负稳压器三端可调输出负稳压器 输出负电压且可调。输出负电压且可调。二、二、二、二、W78W78系列三端固定式集成稳压电路系列三端固定式集成稳压电路系列三端固定式集成稳压电路系列三端固定式集成稳压电路内部内部结构结构+UI 取取样样电电路路调整电路调整电路保护保护电路电路电路电路基基准准电电压压比比较较放放大大启启动动电电路路+UO 三、三、W78、W79系列三端系列三端 集成稳压器的应用电路集成稳压器的应用电路1.输出固定电压的稳压电路输出固定电压的稳压电路 Uo=12VW7812123Co+UiCi抵消输入抵消输入长接线的长接线的电感效应

20、，电感效应，防止自激防止自激改善负载改善负载的暂态响的暂态响应应,消除高消除高频噪声频噪声C Ci i:0.11:0.11 F FC Co o:1:1 F FUo W78 123Co+UiCiUo W79 321Co+UiCiW78 系列系列W79 系列系列2.提高输出电压的电路提高输出电压的电路 输出电压输出电压 UO=U +UZW78 132 Ci CO DZ+UO+Ui +U +UZ R1 12 2+Ui W78 3 3+UO R1R2IQIR2CiCO +U IR1(1)(2)改变改变R1、R2可改变输出电压可改变输出电压3.输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路 LM317LM

21、317的输的输出端和调整出端和调整端的电压为端的电压为1.2 V1.2 V。静态电流静态电流 IQ很小可忽略。很小可忽略。UOmin=1.2 VUo LM3171 12 23C+UiCIR1RPCOI IQQI IR R1 1240 240 6.8 k6.8 k +RP 调到最上端时调到最上端时:RP 调到最调到最下端时下端时:输出电压输出电压输出电压输出电压调整范围为：调整范围为：调整范围为：调整范围为：1.2 V UO 35.2V4.扩大输出电流的方法扩大输出电流的方法 设设 =10,UBE=0.3V,R=0.5，I2=1A。VICW78123CICOI2RIQI1+UO+Ui IRIBI

22、OIO=I2+IC则则:IC=4A，输出电流输出电流IO=I2+IC=5A，比比比比I I2 2扩大了扩大了扩大了扩大了。5.输出正、负电压的稳压电路输出正、负电压的稳压电路 24V24V220VW7815W79151 13 32 22 23 31 11000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+15 V+15 V 15 V15 V+1000 F 0.1 F220 F 一、典型产品型号命名一、典型产品型号命名CW117/217/317系列系列(正电源正电源)CW137/237/337系列系列(负电源负电源)工作温度工作温度CW117(137)-55 150 CCW217(237

23、)-25 150 CCW317(337)0 125 C基准电压基准电压1.25 V输出电流输出电流L 型型 输出电流输出电流 100 mAM 型型 输出电流输出电流 500 mA12.5.2 可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器二、二、CW117 内部结构和基本应用电路内部结构和基本应用电路内部内部结构结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路电路保护电路电路IREFUIUOADJ1 12 23 3外形外形引脚引脚CW1171 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 A基本应基本应用电路用电路Uo CW3171 12 23C2+UiC1C30.1 F10 F33 F

24、R1R2C4I IOOI IQQI II REF0.1 FV1V2V1 防止输入端短路时防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳压器反向放电损坏稳压器V2 防止输出端短路时防止输出端短路时C2 通通过调整端放电损坏稳压器过调整端放电损坏稳压器UREF=1.25 V使使 UREF 很稳定很稳定R1=UREF/IQ=125 静态电流静态电流 IQ(约约10 mA)从输出端流出，从输出端流出，RL 开路时流过开路时流过 R1R2=0 2.2 k 时，时，120 120 I REF 50 A2.2 k2.2 k UO=1.25 24 V0 30 V 连续连续可调电路可调电路Uo CW3171 12 23+

25、UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+3 k 120 680 +32 V10 VAUA=1.25 V当当 R2=0 时，时，UO=0 V12.6开关型开关型 稳压电源稳压电源 12.6.2 串联型开关稳压电源串联型开关稳压电源 12.6.3 集成开关稳压器及其应用集成开关稳压器及其应用 12.6.1 开关型稳压电源的特点开关型稳压电源的特点线性稳压电路的缺点：线性稳压电路的缺点：调整管调整管管耗大管耗大电源电源效率低效率低(40%60%)改进思路：改进思路：使调整管使调整管截止截止(电流小电流小)饱和饱和(管压降小管压降小)开关稳压电路的优点：开关稳压电路的优点：效率高效率

26、高(80%90%)体积小、重量轻体积小、重量轻稳压范围宽稳压范围宽开关稳压电路的缺点：开关稳压电路的缺点：电路电路复杂复杂对电网要求不高对电网要求不高对电子设备对电子设备干扰较大干扰较大输出电压含输出电压含较大纹波较大纹波 12.6.1 开关型稳压电源的特点开关型稳压电源的特点一、一、串联型开关稳压电路串联型开关稳压电路调整管调整管取样取样电路电路开关调整管控制开关调整管控制组成框图组成框图滤波滤波+UI+Uo RLV18A8C基准电压三角波发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO频率固定频率固定的三角波的三角波误差放大误差放大续流续流 12.6.2 串联型开关稳压电源串联

27、型开关稳压电源工作波形工作波形+UI V1LuEIO+Uo RL8A8CV2C+UREFuFuAuTuBiL=DUI 占空比占空比OOOOUOtttOttuTuAuBuEiLuoIOtofftonUI脉宽调制式脉宽调制式(PWM)+UI+Uo RLV18A8C基准基准电压电压三角波三角波发生器发生器R1R2V2LC+UREFuFuAuTuBuEiLIO稳压原理稳压原理UIUOuFuA占空比占空比 UOD=50%当当 uF=UREF，uA=0，UO 为预定标称值为预定标称值二、二、并联型开关稳压电路（自学）并联型开关稳压电路（自学）+UI+Uo RLV1R1R2LC+UREFuFuB控控 制制电

28、电 路路V2+UI+Uo RLV1LC+uBV2+UI+Uo RLV1LC+uBV2iL高电平高电平iO低电平低电平uBtofftonT 截止截止截截止止iL单片脉宽调制式单片脉宽调制式(外接开关功率管外接开关功率管)补充补充 集成开关稳压器及其应用（自学）集成开关稳压器及其应用（自学）类型类型单片集成开关稳压器单片集成开关稳压器CW1524CW4960/4962一、一、CW1524/2524/3524(区别在于温度范围区别在于温度范围)组成：组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、基准电压源、误差放大器、脉宽调制器、振荡器、触发器、振荡器、触发器、2 只输出功率管、过热保护只输出功率管、过

29、热保护最大输入电压最大输入电压：40 V最高工作频率最高工作频率：100 kHz每路输出电流每路输出电流：100 mA内部基准电压内部基准电压：5 V(承受承受 50 mA电流电流)取样电压取样电压基准电压基准电压输出输出方波方波定时电容定时电容定时电阻定时电阻关闭关闭,控制脉宽控制脉宽接扩流晶体接扩流晶体管管 C、E 极极输入输入电压电压振荡振荡/同步同步1 234 5678161514131211109IN+INUINUREF(+5 V)EBCBCAEARTCTGND限流限流+限流限流断路断路补偿补偿CW1524 系列引脚排列系列引脚排列防止寄生振荡防止寄生振荡外接复合管扩流外接复合管扩流

30、产生产生振荡振荡1 234 5678161514131211109。+R1R2R3R4R5R6R7R9R8RLC2C1C3C4V3V2V15 k 3 k 5 k 5 k 5 k 2 k 50 k 180 68 0.1 UIUOR00.1 F0.02 F0.01 F 500 F(28 V)CW1524L0.9 mHf0=1.15/R5C2=19.2 kHz+5 V2.5 V2.5 V+5 V限流取样电阻限流取样电阻(1 A)二、二、CW4960/4962组成：组成：基准电压源、误差放大器、脉宽调制器基准电压源、误差放大器、脉宽调制器 开关功率管开关功率管(内接内接)、软启动电路、软启动电路、过流

31、限制、过热保护过流限制、过热保护功能：功能：慢起动、过流保护、过热保护慢起动、过流保护、过热保护 占空比可调占空比可调(0 100%)最大输入电压：最大输入电压：50 V输出电压：输出电压：5.1 40 V 连续可调连续可调最高工作频率：最高工作频率：100 kHz额定输出电流：额定输出电流：CW4960 CW4960 2.5 A(过流保护过流保护 3.0 4.5 A)CW4960 CW4960 1.5 A(过流保护过流保护 2.5 3.5 A)小散热片小散热片不用散热片不用散热片CW4960/4962 系列引脚图系列引脚图1 2 3 4 5 6 7CW4960IN反馈反馈补偿补偿GNDRT/

32、CT软启动软启动输出输出1 234 5678161514131211109NC输出输出NC补偿补偿NCGNDGNDNC输入输入NC软启动软启动RT/CTGNDGND反馈反馈NCCW4962CW4960/4962 应用电路应用电路 220 FR115 k L150 H4962(4960)11(3)10(2)7(1)14(5)4(4)15(6)2(7)。R2RPRTCPCTC1UIUO4.7 k+220 F220 F/40 VC2C34.3 k 33 nF2.2 F2.2 nFV取样电阻取样电阻500 10 k 工作频率控制工作频率控制f =1/RTCT106 kHz一般一般 RT=1 27 k

33、CT=1 3.3 nF 频率补偿频率补偿防寄生振荡防寄生振荡续流二极管续流二极管采用肖特基管采用肖特基管软启动电容软启动电容1 4.7 F 小小小小 结结结结第第 12 章章一、整流滤波电路的参数关系一、整流滤波电路的参数关系输出电压输出电压均值均值UO流过二极管流过二极管电流均值电流均值 ID二极管二极管最高反压最高反压 URM半波整流半波整流0.45U2IO全波整流全波整流0.9U20.5IO桥式整流桥式整流0.9U20.5IO1.1.整流整流2.2.电容滤波电容滤波当当当当:UO 1.2U2二、分立元件稳压电路二、分立元件稳压电路1.稳压管稳压稳压管稳压适合于负载电流小，适合于负载电流小，输出电压固定的场合输出电压固定的场合2.三极管作调整管的稳压电路三极管作调整管的稳压电路UIUORRLILIRIZ8+Uo+UI RLR1UFUZR2三、三端集成稳压电路三、三端集成稳压电路 1.三端固定集成稳压器三端固定集成稳压器2.三端可调集成稳压器三端可调集成稳压器Uo=VW78123C2+UiC1C30.33 F0.1 FRL+Uo CW3171 12 23C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I IOOI IQQI I0.1 FV1V2