（中职）电子技术基础与技能模块4教学课件第二版（）.ppt

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1、YCF（中职）电子技术基础与技能模块4教学课件第二版模块模块4 4 直流稳压电源直流稳压电源电子技术基础与技能（电气电力类）（第电子技术基础与技能（电气电力类）（第2 2版）版）课题课题1 1 硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路 课题课题2 2 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路课题课题3 3 集成稳压电源集成稳压电源课题课题4 4 开关稳压电路简介开关稳压电路简介目录目录上一页 下一页 返回任务导入任务导入 我国某些农村地区，由于电力不够、电网不稳，致使许多家用电我国某些农村地区，由于电力不够、电网不稳，致使许多家用电器无法使用，在使用家庭稳压器后，不仅家里电源电压升高了，而且器无法使用

2、，在使用家庭稳压器后，不仅家里电源电压升高了，而且也变得稳定，由于电力不够、电网不稳造成的问题解决了，如图也变得稳定，由于电力不够、电网不稳造成的问题解决了，如图4-14-1所示。还有在各种电子设备和计算机中都离不开稳压电源，稳压电源所示。还有在各种电子设备和计算机中都离不开稳压电源，稳压电源又分为直流稳压电源和交流稳压电源，本模块主要学习直流稳压电源。又分为直流稳压电源和交流稳压电源，本模块主要学习直流稳压电源。导入图4-1 直流稳压电源作用示意图上一页 下一页 返回课题1 硅稳压管稳压电路 稳压管是一种特殊的硅二极管由稳压管是一种特殊的硅二极管由于它在电路中与适当数值的电阻配合于它在电路中

3、与适当数值的电阻配合后能起稳定电压的作用，故称为稳压后能起稳定电压的作用，故称为稳压管。在稳压设备和一些电子电路中经管。在稳压设备和一些电子电路中经常用到。常用到。小型稳压管与二极管外型无异，小型稳压管与二极管外型无异，图形符号如图图形符号如图4-1-14-1-1（a a）所示。）所示。一、稳压二极管一、稳压二极管1 1稳压二极管结构稳压二极管结构上一页 下一页 返回课题1 硅稳压管稳压电路 上一页 下一页 返回2 2稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性 稳压二极管的伏安特性曲线如稳压二极管的伏安特性曲线如图图4-1-14-1-1（b b）所示。所示。由稳压管的伏安持性曲线可知，其正向特性

4、与普通二极管的类似，由稳压管的伏安持性曲线可知，其正向特性与普通二极管的类似，其差异是稳压管的其差异是稳压管的反向特性曲线比较陡反向特性曲线比较陡。稳压管正常工作于反向击。稳压管正常工作于反向击穿区，且在外加反向电压撤除后，稳压管又恢复正常，即它的反向穿区，且在外加反向电压撤除后，稳压管又恢复正常，即它的反向击穿是可逆的。从反向特性曲线上可以看出，当稳压管工作于反向击穿是可逆的。从反向特性曲线上可以看出，当稳压管工作于反向击穿区时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化击穿区时，电流虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化很小，即它能起稳压的作用。很小，即它能起稳压的作用。课题1

5、 硅稳压管稳压电路 图4-1-1 伏安特性曲线上一页 下一页 返回课题1 硅稳压管稳压电路（1 1）稳定电压）稳定电压U UZ Z。U UZ Z指稳压管的稳压值。指稳压管的稳压值。（2 2）稳定电流）稳定电流I IZ Z。I IZ Z指稳压管工作电压等于稳定电压指稳压管工作电压等于稳定电压U UZ Z时的时的工作电流。对每一种型号的稳压管都规定有一个最大稳定电流工作电流。对每一种型号的稳压管都规定有一个最大稳定电流I IZMZM。（3 3）动态电阻）动态电阻r rZ Z。r rZ Z指稳压管两端电压的变化量与相应电流指稳压管两端电压的变化量与相应电流变化量的比值，变化量的比值，（4 4）最大允

6、许耗散功率）最大允许耗散功率P PZMZM。P PZMZM指管子不致发生热击穿指管子不致发生热击穿的最大功率损耗，即：的最大功率损耗，即：P PZMZM=U UZ Z I IZMZM3 3稳压管的主要参数稳压管的主要参数上一页 下一页 返回二、硅稳压管稳压电路二、硅稳压管稳压电路课题1 硅稳压管稳压电路 图图4-1-24-1-2所示的是硅稳压管稳压电路。图中可见稳压管所示的是硅稳压管稳压电路。图中可见稳压管VDzVDz并并联在负载联在负载RLRL两端，因此它是一个并联型稳压电路。电阻两端，因此它是一个并联型稳压电路。电阻R R是稳压是稳压管的限流电阻，是稳压电路中不可缺少的元件。稳压电路的输入

7、管的限流电阻，是稳压电路中不可缺少的元件。稳压电路的输入电压电压U Ui i是整流、滤波电路的输出电压。是整流、滤波电路的输出电压。1 1电路组成电路组成上一页 下一页 返回图4-1-2 硅稳压管稳压电路上一页 下一页 返回课题1 硅稳压管稳压电路 稳压管是利用调节流过自身的电流大小（端电压基本不变）来稳压管是利用调节流过自身的电流大小（端电压基本不变）来满足负载电流的改变的，并和限流电阻配合将电流的变化转换成电满足负载电流的改变的，并和限流电阻配合将电流的变化转换成电压的变化，以适应电网电压的波动。压的变化，以适应电网电压的波动。2 2稳压原理稳压原理 当电网电压波动或负载变化时，使得输出电

8、压当电网电压波动或负载变化时，使得输出电压UoUo下降，则流下降，则流过稳压二极管的反向电流过稳压二极管的反向电流IZIZ也减小，导致通过限流电阻也减小，导致通过限流电阻R R上的电流上的电流也减小，这样使也减小，这样使R R上的压降上的压降URUR也下降，根据也下降，根据Uo=UUo=Ui i U UR R的关系，使输的关系，使输出出UoUo的下降受到限制，上述过程可用符号表达为：的下降受到限制，上述过程可用符号表达为：UoIUoIZ ZIIR RUUR RUoUo上一页 下一页 返回课题2 串联型晶体管稳压电路 图图4-2-14-2-1所示为晶体管串联稳压电路实物图和原理图，它由取样电所示

9、为晶体管串联稳压电路实物图和原理图，它由取样电路、基准电压、比较放大器及调整元件等环节组成，其方框图如图路、基准电压、比较放大器及调整元件等环节组成，其方框图如图4-2-4-2-2 2所示。所示。1 1电路结构电路结构（1 1）取样电路）取样电路：由：由R1R1、RPRP、R2R2组成，取出输出电压组成，取出输出电压UoUo的一部分送到比较的一部分送到比较放大电路放大电路VT2VT2的基极。的基极。（2 2）基准电压）基准电压：由稳压管：由稳压管VDzVDz与电阻与电阻R3R3组成。其作用是提供一个稳定性较组成。其作用是提供一个稳定性较高的直流电压高的直流电压U2U2。其中。其中R3R3为稳压

10、管为稳压管VDzVDz的限流电阻。的限流电阻。（3 3）比较放大电路）比较放大电路：以三极管：以三极管VT2VT2构成直流放大器。其作用是将取样电压构成直流放大器。其作用是将取样电压U UB2B2和基准电压和基准电压U UZ Z进行比较，比较的误差电压进行比较，比较的误差电压U UBE2BE2经经VT2VT2管放大后去控制调整管放大后去控制调整管管VT1VT1。R4R4既是既是VT2VT2的集电极负载电阻，又是的集电极负载电阻，又是VT1VT1的偏置电阻。的偏置电阻。（4 4）调整电路）调整电路：调整管：调整管VT1VT1是该稳压电源的关键元件，利用其集射之间的是该稳压电源的关键元件，利用其集

11、射之间的电压电压UCEUCE受基极电流控制的原理，与负载受基极电流控制的原理，与负载RLRL串联，用于调整输出电压。串联，用于调整输出电压。2 2电路中各部分的作用电路中各部分的作用上一页 下一页 返回 图4-2-1 晶体管串联稳压电路原理图上一页 下一页 返回图4-2-2 串联型稳压电源方框图上一页 下一页 返回课题2 串联型晶体管稳压电路3 3稳压原理稳压原理 当电网电压升高或负载电阻增大而使输出电压有上升的趋势时，当电网电压升高或负载电阻增大而使输出电压有上升的趋势时，取样电路的分压点升高，因取样电路的分压点升高，因U UZ Z不变，所以不变，所以U UBE2BE2升高，升高，I IC2

12、C2随之增大，随之增大，U UC2C2降低，则调整管降低，则调整管U UB1B1降低，发射结正偏电压降低，发射结正偏电压U UBE1BE1下降，下降，I IB1B1下降，下降，I IC1C1随着减小，随着减小，U UCE1CE1增大，从而使输出电压增大，从而使输出电压U Uo o下降。因此使输出电压上升下降。因此使输出电压上升的趋势受到遏制而保持稳定。上述稳压过程可用下式表示为：的趋势受到遏制而保持稳定。上述稳压过程可用下式表示为：U Uo oU UB2B2U UBE2BE2I IC2C2U UC2C2U UB1B1U UCE1CE1U Uo o 当电网电压下降或负载变小时，输出电压有下降的趋

13、势，电路的当电网电压下降或负载变小时，输出电压有下降的趋势，电路的稳压过程与上面情形相反。稳压过程与上面情形相反。上一页 下一页 返回稳压原理稳压原理课题2 串联型晶体管稳压电路 调节电位器调节电位器R RP P可以调节输出电压可以调节输出电压U Uo o的大小，使其在一定的范围内变化。的大小，使其在一定的范围内变化。若将电位器若将电位器R RP P分为上下两部分，分为上下两部分，R RP P 为电位器上部分电阻为电位器上部分电阻，RPRP 为电位器下部分为电位器下部分电阻。则由原理图可得输出电压如下。电阻。则由原理图可得输出电压如下。电位器的作用是把输出电压调整在额定的数值上。电位器滑动触点

14、电位器的作用是把输出电压调整在额定的数值上。电位器滑动触点下移，下移，R RP P 变小，输出电压变小，输出电压UoUo调高。反之，电位器滑动触点上移，调高。反之，电位器滑动触点上移，R RP P 变变大，输出电压大，输出电压UoUo调低。输出电压调低。输出电压UoUo调节范围是有限的，其最小值不可能调节范围是有限的，其最小值不可能调到零，最大值不可能调到输入电压调到零，最大值不可能调到输入电压U Ui i。4 4输出电压的调节输出电压的调节上一页 下一页 返回课题3 集成稳压电源 集成电路是相对于分立电路而言的，就是把整个电路的各个元集成电路是相对于分立电路而言的，就是把整个电路的各个元件以

15、及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不件以及相互之间的连接同时制造在一块半导体芯片上，组成一个不可分割的整体。它与晶体管等分立元件连成的电路比较，体积更小，可分割的整体。它与晶体管等分立元件连成的电路比较，体积更小，重量更轻，功耗更低。重量更轻，功耗更低。一、集成电路一、集成电路表表4-3-14-3-1列出了四种不同引脚分布的集成电路外形图列出了四种不同引脚分布的集成电路外形图 上一页 下一页 返回课题3 集成稳压电源表4-3-1 四种不同引脚分布集成电路外形示意图名 称实 物 图解 说单列直插集成电路它的引脚只有一列，引脚是直的单列曲插集成电路它的引脚只有一列，引脚是弯曲的双

16、列集成电路它的引脚分成两列分布四列集成电路它的引脚分成四列分布上一页 下一页 返回课题3 集成稳压电源二、集成稳压电源二、集成稳压电源（1 1）外形特性）外形特性。只有三个引脚，标准封装是。只有三个引脚，标准封装是TO-220TO-220，也有，也有TO-92TO-92封装。封装。（2 2）系列）系列。7878和和7979两个系列。两个系列。（3 3）散热片要求）散热片要求。小功率应用时不用散热片，但带大功率时要在三端集。小功率应用时不用散热片，但带大功率时要在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器，否则稳压管温度过高，稳压性能将变成稳压电路上安装足够大的散热器，否则稳压管温度过高，稳压性能将变

17、差，甚至损坏。差，甚至损坏。（4 4）输出电压规格）输出电压规格。5V5V、6V6V、8V8V、9V9V、12V12V、15V15V、18V18V、24V24V；5V5V、6V6V、8V8V、9V9V、12V12V、15V15V、18V18V、24V24V。（5 5）输入电压范围）输入电压范围。上限可达。上限可达3030余伏，为保证工作可靠性，比输出电压余伏，为保证工作可靠性，比输出电压高出高出3 35V5V余量，过高的输入电压将导致器件的严重发热，甚至损坏，同余量，过高的输入电压将导致器件的严重发热，甚至损坏，同时输入电压也不能比输出电压低时输入电压也不能比输出电压低2V2V，否则稳压性能不

18、好。，否则稳压性能不好。（6 6）保护电路）保护电路。电路内部设有过电流、过热及调整管保护电路。电路内部设有过电流、过热及调整管保护电路。1 1三端集成稳压器三端集成稳压器上一页 下一页 返回课题3 集成稳压电源 三端固定集成稳压器的输出电压是固定的，且它只有三个接三端固定集成稳压器的输出电压是固定的，且它只有三个接线端，即输入端、输出端及公共端，如线端，即输入端、输出端及公共端，如图图4-3-14-3-1所示。它有两个所示。它有两个系列系列CW78XXCW78XX、CW79XXCW79XX。CW78XXCW78XX系列输出是正电压，系列输出是正电压，CW79XXCW79XX系列输系列输出是负

19、电压。出是负电压。CW78XXCW78XX的的1 1脚为输入端，脚为输入端，2 2脚为公共端，脚为公共端，3 3脚为输出脚为输出端。端。CW79XXCW79XX的的1 1脚为公共端，脚为公共端，2 2脚为输入端，脚为输入端，3 3脚为输出端。脚为输出端。2 2三端固定集成稳压器三端固定集成稳压器上一页 下一页 返回图4-3-1 三端固定集成稳压器外形上一页 下一页 返回 CW78XX CW78XX系列三端固定稳压器，系列三端固定稳压器，它们型号的后两位数字就表示输出电它们型号的后两位数字就表示输出电压值，比如压值，比如CW7805CW7805表示输出电压为表示输出电压为5V5V。根据输出电流的

20、大小又可分为根据输出电流的大小又可分为CW78XXCW78XX型（表示输出电流为型（表示输出电流为1.5A1.5A）、）、CW78MXXCW78MXX型（表示输出电流为型（表示输出电流为0.5A0.5A）和和CW78LXXCW78LXX型（表示输出电流为型（表示输出电流为0.1A0.1A）。其功能图如）。其功能图如图图4-3-24-3-2所示。所示。图中图中C1C1防止产生自激振荡，防止产生自激振荡，C2C2削弱电削弱电路的高频噪声。路的高频噪声。(1(1）输出正电压的三端固定稳压器）输出正电压的三端固定稳压器课题3 集成稳压电源 上一页 下一页 返回 CW79XX CW79XX系列三端固定稳

21、压系列三端固定稳压器是负电压输出，在输出电压器是负电压输出，在输出电压档次电流档次等方面与档次电流档次等方面与CW78XXCW78XX的规定一样。它们型号的后两的规定一样。它们型号的后两位数字表示输出电压值，比如位数字表示输出电压值，比如CW7905CW7905表示输出电压为表示输出电压为 5V5V。其功能图如图其功能图如图4-3-34-3-3所示。所示。“2”2”为输入端，为输入端，“3”3”为输出为输出端，端，“1”1”为公共端。为公共端。(2(2）输出负电压的三端固定稳压器）输出负电压的三端固定稳压器课题3 集成稳压电源上一页 下一页 返回课题3 集成稳压电源3 3三端可调集成稳压器三端

22、可调集成稳压器(1(1）输出正电压的可调集成稳压器）输出正电压的可调集成稳压器 CW117 CW117、CW217CW217、CW317CW317系列是正电压系列是正电压输出的三端可调集成稳压器，输出电压输出的三端可调集成稳压器，输出电压在在1.2V1.2V37V37V范围内连续可调，电位器范围内连续可调，电位器RPRP和电阻和电阻R1R1组成取样电阻分压器，接稳压组成取样电阻分压器，接稳压器的调整端器的调整端1 1脚，改变脚，改变RPRP可调节输出电压可调节输出电压U Uo o的大小。其功能图如图的大小。其功能图如图4-3-44-3-4所示。集所示。集成稳压器的成稳压器的“1”1”为调整端，

23、为调整端，“2”2”为输为输出端，出端，“3”3”为输入端。在输入端并联电为输入端。在输入端并联电容容C1C1旁路整流电路输出的高频干扰信号，旁路整流电路输出的高频干扰信号，电容电容C2C2可消除可消除R RP P上的纹波电压，使取样上的纹波电压，使取样电压稳定，电压稳定，C3C3起消振作用。起消振作用。上一页 下一页 返回课题3 集成稳压电源 CW137 CW137、CW237CW237、CW337CW337系列是系列是负电压输出的三端可调集成稳压器，负电压输出的三端可调集成稳压器，输出电压在输出电压在 1.2V1.2V 37V37V范围内连范围内连续可调，电位器续可调，电位器R RP P和

24、电阻和电阻R R1 1组成取组成取样电阻分压器，接稳压器的调整端样电阻分压器，接稳压器的调整端1 1脚，改变脚，改变R RP P可调节输出电压可调节输出电压U Uo o的大的大小，其功能图如图小，其功能图如图4-3-54-3-5所示。集所示。集成稳压器的成稳压器的“1”1”为调整端，为调整端，“2”2”为输出端，为输出端，“3”3”为输入端。为输入端。C C1 1、C C2 2、C C3 3的作用与图的作用与图4-3-44-3-4相同。相同。(2(2）输出负电压的可调集成稳压器）输出负电压的可调集成稳压器上一页 下一页 返回课题4 开关稳压电路简介一、开关稳压电路的组成一、开关稳压电路的组成

25、典型的开关稳压电路方框图如典型的开关稳压电路方框图如图图4-4-14-4-1所示。它由三大部分组所示。它由三大部分组成：成：开关电路开关电路（开关调整管（开关调整管VTVT与开关控制电路）、与开关控制电路）、反馈放大电路反馈放大电路（取样电路、比较放大电路和基准电路）和（取样电路、比较放大电路和基准电路）和滤波电路滤波电路（电感（电感L L、电、电容容C C和续流二极管和续流二极管VDVD）。）。上一页 下一页 返回图4-4-1 开关稳压电路方框图上一页 下一页 返回课题4 开关稳压电路简介 开关调整管开关调整管VTVT可接成集电极输出，也可接成发射极输出。它受可接成集电极输出，也可接成发射极

26、输出。它受开关控制电路产生的脉冲信号控制而工作于开关状态。如果开关调开关控制电路产生的脉冲信号控制而工作于开关状态。如果开关调整管整管VTVT饱和导通，则其集电极电压饱和导通，则其集电极电压U UC C等于输入电压等于输入电压U Ui i（忽略开关调整（忽略开关调整管的饱和压降），此时二极管承受反向电压而截止，负载中有电流管的饱和压降），此时二极管承受反向电压而截止，负载中有电流I Io o流过，电感流过，电感L L储存磁场能量，储存磁场能量，i iL L逐渐增大。当开关调整管逐渐增大。当开关调整管VTVT截止时，截止时，其集电极电压等于零，滤波电感产生极性如图所示的自感电势，使其集电极电压等

27、于零，滤波电感产生极性如图所示的自感电势，使二极管二极管VDVD导通，于是电感中储存的能量通过导通，于是电感中储存的能量通过VDVD向负载释放，使负载向负载释放，使负载R RL L继续有电流通过，因而常称继续有电流通过，因而常称VDVD为续流二极管为续流二极管。忽略二极管正向压降，。忽略二极管正向压降，则则VTVT集电极电压集电极电压U UC C=0=0，i iL L逐渐减小。逐渐减小。(4-4-1)式中称为脉动占空比，改变占空比的大小，就可以改变输出电压UO。二、开关稳压电路的工作原理二、开关稳压电路的工作原理 图图4-4-24-4-2画出了滤波电感电流画出了滤波电感电流i iL L、调整管

28、、调整管VTVT集电极电压集电极电压ucuc和和输出电压输出电压uouo的波形。图中的波形。图中t tonon是调整管是调整管VTVT的饱和导通时间，的饱和导通时间，t toffoff是是VTVT的截止时间，的截止时间，T=tT=tonon+t+toffoff，是开关转换周期。，是开关转换周期。上一页 下一页 返回开关稳压电路电流和电压的波形 图4-4-2 开关稳压电路电流和电压的波形上一页 下一页 返回课题4 开关稳压电路简介1.1.稳压范围宽稳压范围宽2.2.功耗小、功率高功耗小、功率高3.3.体积小、重量轻体积小、重量轻4.4.整机的稳定性与可靠性提高整机的稳定性与可靠性提高三、开关型稳压电路的特点三、开关型稳压电路的特点上一页 下一页 返回