模拟电子技术基础黄瑞祥直流稳压电源PPT教案.pptx

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1、模拟(mn)电子技术基础 黄瑞祥 直流稳压电源第一页，共72页。(8-(8-2 2)电源变压器:将交流电网(dinwng)电压u1变为合适的交流电压u2。整 流 电 路滤 波 电 路稳 压 电 路u 1u 2u 3 u 4u o整 流 电 路滤 波 电 路稳 压 电 路 整流电路(dinl):将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。滤波电路:将脉动(midng)直流电压u3转变为平滑的直流电压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u o 的稳定。10.1 概述：直流电源的组成及各部分的作用第1页/共72页第二页，共72页。(8-(8-3 3)整流电路的任务：把交流电压转变(z

2、hunbin)为直流脉动的电压。10.2 整流(zhngli)电路常见的小功率(gngl)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。第2页/共72页第三页，共72页。(8-(8-4 4)10.2.1 整流(zhngli)电路的分析方法及其基本参数u 2 0 时，二极管导通。i L u 1u 2aTbDR L u o忽略(hl)二极管正向压降：uo=u2一、工作(gngzu)原理第3页/共72页第四页，共72页。(8-(8-5 5)u 1u 2aTbDR L u oi L=0u20 时，二极管截止,输出(

3、shch)电流为0。u o=0第4页/共72页第五页，共72页。(8-(8-6 6)图10.2.2 半波整流电路(dinl)的波形图输出(shch)电压波形：半波整流仿真(fn zhn)第5页/共72页第六页，共72页。(8-(8-7 7)(1)输出(shch)电压平均值Uo（AV）：二、主要参数图10.2.3 单相半波整流电路(dinl)输出电压平均值第6页/共72页第七页，共72页。(8-(8-8 8)(4)二极管上承受(chngshu)的反向最高电压：(2)负载(fzi)电流的平均值：(3)二极管电流(dinli)的平均值：(5)脉动系数S：S定义：整流输出电压的基波峰值U O1M 与平

4、均值U O(AV)之比。第7页/共72页第八页，共72页。(8-(8-9 9)三、二极管的选择(xunz)第8页/共72页第九页，共72页。(8-(8-10 10)10.2.2 单相(dn xin)桥式整流电路桥式整流(zhngli)电路+-u2 正半周时电流(dinli)通路u1u2TD4D2D1D3RLuo一、单相桥式整流电路的组成二、工作原理第9页/共72页第十页，共72页。(8-(8-11 11)桥式整流(zhngli)电路-+u 0u1u2TD4D2D1D3RLu2 负半周时电流(dinli)通路第10页/共72页第十一页，共72页。(8-(8-12 12)u20 时D1,D3 导通

5、D2,D4 截止(jizh)电流通路:A D1 RL D3 Bu20 时D2,D4 导通D1,D3 截止(jizh)电流通路:B D2 RL D4 A输出(shch)是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1u ou 2D 4D 2D 1D 3R Lu oAB桥式整流仿真第11页/共72页第十二页，共72页。(8-(8-13 13)图10.2.5 单相桥式整流电路(dinl)的习惯画法第12页/共72页第十三页，共72页。(8-(8-14 14)几种(j zhn)常见的硅整流桥外形：+A C-+-+-第13页/共72页第十四页，共72页。(8-(8

6、-15 15)1.整流(zhngli)输出电压平均值Uo（AV）3.二极管电流(dinli)的平均值ID（AV）三、主要参数2.输出(shch)电流平均值Io（AV）第14页/共72页第十五页，共72页。(8-(8-16 16)4.反向(fn xin)峰值电压 二极管截止时两端承受(chngshu)的最大反向电压：用傅氏级数(j sh)对全波整流的输出 uo 分解后可得:5.脉动系数S第15页/共72页第十六页，共72页。(8-(8-17 17)四、二极管的选择(xunz)第16页/共72页第十七页，共72页。(8-(8-18 18)10.2.3 单相全波整流电路的工作(gngzu)原理u 1

7、u 2aTbD 1R Lu oD 2u 2i L(4)u o 平均值U o：U o=0.9U 2(1)输出电压(diny)波形：(2)二极管上承受(chngshu)的最高电压：u o(3)二极管上的平均电流：第17页/共72页第十八页，共72页。(8-(8-19 19)10.3 滤波(lb)电路滤波电路的结构特点:电容与负载(fzi)RL 并联，或电感与负载(fzi)RL串联。交流(jioli)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。第18页/共72页第

8、十九页，共72页。(8-(8-20 20)10.3.1 电容滤波(lb)电路以单相桥式整流电容滤波(lb)为例进行分析，其电路如图所示。一、滤波(lb)原理桥式整流电容滤波电路au 1u 2u 1bD 4D 2D 1D 3R Lu oSC+第19页/共72页第二十页，共72页。(8-(8-21 21)au 1u 2u 1bD 4D 2D 1D 3R Lu oSC+1.RL未接入时(忽略(hl)整流电路内阻)u 2tuot设t1时刻接通电源t1整流电路为电容充电充电(chng din)结束没有电容(dinrng)时的输出波形仿真第20页/共72页第二十一页，共72页。(8-(8-22 22)2.

9、RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路(dinl)内阻)u 2tu ot电容通过(tnggu)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，uo会逐渐下降。au 1u 2u 1bD 4D 2D 1D 3R Lu oSC+仿真(fn zhn)第21页/共72页第二十二页，共72页。(8-(8-23 23)u 2tu ot电容充电时，电容电压(diny)滞后于u2。整流电路的输出电流RLC 越小，输出(shch)电压越低。3.RL接入（且RLC较大）时(考虑整流(zhngli)电路内阻)au 1u 2u 1bD 4D 2D 1D 3R Lu oSC+第22页/共72

10、页第二十三页，共72页。(8-(8-24 24)二、输出(shch)电压平均值图10.3.3 电容滤波电路输出(shch)电压 平均值的分析第23页/共72页第二十四页，共72页。(8-(8-25 25)根据(gnj)相似三角形可得第24页/共72页第二十五页，共72页。(8-(8-26 26)当当三、脉动(midng)系数第25页/共72页第二十六页，共72页。(8-(8-27 27)u 2t只有整流电路输出电压大于 uo时，才有充电电流(dinli)iD。因此整流电路的输出电流(dinli)是脉冲波。au 1u 2u 1bD 4D 2D 1D 3R Lu oSC+i D可见，采用(ciyn

11、g)电容滤波时，整流管的导通角较小。四、整流(zhngli)二极管的导通角u ot整流电路的输出电流iD第26页/共72页第二十七页，共72页。(8-(8-28 28)五、电容(dinrng)滤波电路的输出特性和滤波特性结论：电容(dinrng)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。输出波形(b xn)随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变,Uo 和S 也随之改变。如:R L 愈小(I L 越大),U o下降多,S 增大。第27页/共72页第二十八页，共72页。(8-(8-29 29)一、二倍压整流(zhngli)电路u 2 的正半周时：D 1 导通，D 2 截止，理想

12、情况下，电容C 1 的电压充到：u 2 的负半周时：D 2 导通，D 1 截止，理想情况下，电容C 2 的电压充到：负载(fzi)上的电压：+u 1u 2+D 1C 2C 1D 2u oR L10.3.2 倍压整流(zhngli)电路图10.3.6 二倍压整流电路第28页/共72页第二十九页，共72页。(8-(8-30 30)+二、多倍压整流(zhngli)电路+u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1充电到：u2的第一个负半周：u2、C2、D2、C1构成回路，C2充电到：C1u 1 u 2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6第29页/共72页第三十页，共72页。(8-(8-

13、31 31)+C1u 1 u 2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：u2、C1、C3、D3、C2构成回路，C1补充电荷，C3充电到：u2的第二个负半周：u2、C2、C4、D4、C3、C1构成回路，C2补充电荷，C4充电到：把电容接在相应电容组的两端，即可获得(hud)所需的多倍压直流输出。第30页/共72页第三十一页，共72页。(8-(8-32 32)10.3.3 其它形式的滤波(lb)电路一、电感滤波(lb)电路图10.3.8 单相桥式整流电感滤波(lb)电路电路结构: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。第31页/共72页第三十二页，共72页

14、。(8-(8-33 33)1、滤波(lb)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(shch)端得到比较平滑的直流电压。U o=0.9U 2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出(shch)平均电压约为：2、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。第32页/共72页第三十三页，共72页。(8-(8-34 34)电感(din n)滤波后的输出电压平均值为输出(shch)电压的交流分量为第33页/共72页第三十四

15、页，共72页。(8-(8-35 35)二、复式滤波(lb)电路图10.3.9 复式滤波(lb)电路三、各种滤波电路(dinl)的比较（见表10.3.1）第34页/共72页第三十五页，共72页。(8-(8-36 36)10.4 稳压(wn y)二极管稳压(wn y)电路稳压管稳压(wn y)电路开关(kigun)型稳压电路串联型稳压电路常用稳压电路(小功率设备)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，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。第35页/共72页第三十六页，共72页。(8-(8-37 37)10.4.1 稳压(wn y)管稳压(

16、wn y)电路的组成图10.4.1 稳压二极管组成(z chn)的稳压电路第36页/共72页第三十七页，共72页。(8-(8-38 38)图10.4.2 稳压管的伏安(f n)特性第37页/共72页第三十八页，共72页。(8-(8-39 39)10.4.2 稳压(wn y)原理UIUO(UZ)IDZIR电网电压变化(binhu)时的稳压过程：电网(dinwng)电压URUOUO(UZ)IDZIR电网电压UIURUO第38页/共72页第三十九页，共72页。(8-(8-40 40)UO(UZ)IDZIR负载(fzi)变化RLILIRIR 基本(jbn)不变第39页/共72页第四十页，共72页。(8

17、-(8-41 41)10.4.3 稳压(wn y)管稳压(wn y)电路的性能指标 一、稳压(wn y)系数 Sr 稳压系数(xsh)Sr反映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。二、输出电阻Ro 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。第40页/共72页第四十一页，共72页。(8-(8-42 42)图10.4.3 稳压(wn y)管稳压(wn y)电路的交流等效电路第41页/共72页第四十二页，共72页。(8-(8-43 43)第42

18、页/共72页第四十三页，共72页。(8-(8-44 44)10.4.4 电路(dinl)参数的选择选择元件要求知道：输出电压UO，负载电流IL的最小值ILmin和最大值ILmax(或RLmax和RLmin),输入(shr)电压UI的波动范围（一般为10）。1.稳压(wn y)电路输入电压UI的选择2.稳压管的选择第43页/共72页第四十四页，共72页。(8-(8-45 45)3.限流电阻(dinz)R的选择第44页/共72页第四十五页，共72页。(8-(8-46 46)10.5 串联(chunlin)型稳压电路10.5.1串联型稳压(wn y)电路的工作原理负载电流的变化(binhu)量可以比

19、稳压管工作电流的变化(binhu)量扩大（1+）倍。TU OR L+U ZU Ii Ri Zi L实际上是射极输出器，U o=U Z-U BE。但带负载的能力比稳压管强。一、基本调整管电路第45页/共72页第四十六页，共72页。(8-(8-47 47)TU OR L+U ZU Ii Ri Zi L串联式直流稳压电路的基本形式两个主要(zhyo)缺点：(1)稳压效果(xiogu)不好。U o=U Z U BE(2)输出(shch)电压不可调。改进的方法：在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。第46页/共72页第四十七页，共72页。(8-(8-48 48)串联式稳压电路由基准电压、比较(bjio

20、)放大、取样电路和调整元件四部分组成。T+_U IU O比较放大基 准取 样U RFU O+_C 2R L调整元件+二、具有放大(fngd)环节的串联型稳压电路1.电路(dinl)的构成第47页/共72页第四十八页，共72页。(8-(8-49 49)T+_UIUO比较放大基 准取 样URFUO+_C2RL调整元件+调整元件(yunjin)T：与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：可以是单管放大电路(dinl)，差动放大电路(dinl)，集成运算放大器。基准电压：可由稳压(wn y)管稳压(wn y)电路组成。取样电路取出输出电压UO的一部分和基准

21、电压相比较。第48页/共72页第四十九页，共72页。(8-(8-50 50)T+_U IU O比较放大基 准取 样U RFU O+_C 2R L调整元件+因调整管与负载接成射极输出器形式(xngsh)，为深度电压串联负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。第49页/共72页第五十页，共72页。(8-(8-51 51)一种实际(shj)的串联型稳压电源2.稳压(wn y)原理U o U B2U BE2(=U B2-U Z）U C2U o当 UI 增加或输出电流(dinli)减小使 Uo升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2U CE1第50页/共72页第五十一页，共

22、72页。(8-(8-52 52)3.输出电压(diny)的可调范围R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2第51页/共72页第五十二页，共72页。(8-(8-53 53)4.调整(tiozhng)管的选择R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2第52页/共72页第五十三页，共72页。(8-(8-54 54)三、影响稳压特性的主要(zhyo)因素 2.流过稳压管的电流随 UI 波动，使UZ 不稳定(wndng)，降低了稳压精度。1.电路(dinl)对电网电压的波动抑制能力较差。例：UI UC2 Uo 3.温度变化时，T2组成的放大电路产生零

23、点漂移，时输出电压的稳定度变差。第53页/共72页第五十四页，共72页。(8-(8-55 55)四、改进(gijn)措施在运放(yn fn)理想条件下:1.选用差动放大器或运放构成(guchng)的放大器代替T2管构成(guchng)的放大器，可以解决零点漂移的问题。串联反馈式稳压电路U ITR 1R 2U FR LU oAV+-R WRU Z第54页/共72页第五十五页，共72页。(8-(8-56 56)2.采用辅助电源(比较放大部分的电源)。3.用恒流源负载代替(dit)集电极电阻以提高增益。4.4.调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLU

24、O+_+_UIUB2第55页/共72页第五十六页，共72页。(8-(8-57 57)图10.5.5 稳压管基准(jzhn)电压电路10.5.2集成稳压器中的基准(jzhn)电压电路和保护电路一、基准电压(diny)电路1.稳压管基准电压电路第56页/共72页第五十七页，共72页。(8-(8-58 58)2.能隙基准(jzhn)电压电路图10.5.7 能隙基准电压(diny)电路第57页/共72页第五十八页，共72页。(8-(8-59 59)1.限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调整管的基极电流进行(jnxng)分流，使发射极电流不至于过大。二、保护(boh)电路为避免使用中因某种原因输出(

25、shch)短路或过载致使调整管流过很大的电流，使之烧坏故需有快速保护措施。常见保护电路有两类1.过流保护电路第58页/共72页第五十九页，共72页。(8-(8-60 60)图10.5.8 限流型过流保护(boh)电路及其输出特性I LR0 为一小电阻(dinz)，用于检测负载电流。第59页/共72页第六十页，共72页。(8-(8-61 61)当IL不超过额定值时，T1截止(jizh)；当IL超过额定值时，T1导通，其集电极从T1的基极分流。第60页/共72页第六十一页，共72页。(8-(8-62 62)2.截流(ji li)型:过流时使调整管截止或接近截止。T1T2RLUO+_+UI+_R2R

26、1R3R4输出(shch)电流在额定值以内时：三极管T2截止，这时，电压负反馈保证电路正常(zhngchng)工作。U O U+U O U B1 第61页/共72页第六十二页，共72页。(8-(8-63 63)输出电流(dinli)超出额定值时：因输出电压降低(jingd)，三极管T2逐渐导通，U+，稳压管截止，电压负反馈被切断。这样U+U B1 U C1(=U O)U B2 I C2 U+T1T2RLUO+_+UI+_R2R1R3R4最终(zu zhn)UO降低到零。第62页/共72页第六十三页，共72页。(8-(8-64 64)七、串联(chunlin)反馈式稳压电路缺点损耗(snho)(

27、P=UCE IL)大电源的效率(=Po/Pi=UoIL/UiIi)较低为了提高效率，可采用(ciyng)开关型稳压电源。调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:第63页/共72页第六十四页，共72页。(8-(8-65 65)9.6 集成(j chn)稳压电源随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成(j chn)稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成(j chn)稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成(j chn)稳压器。本节主要介绍常用的W7800系列三端集成(j chn)稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳

28、压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。第64页/共72页第六十五页，共72页。(8-(8-66 66)1端:输入端2端:公共(gnggng)端3端:输出端W7800系列(xli)稳压器外形1231端:公共(gnggng)端2端:输入端3端:输出端W7900系列稳压器外形123第65页/共72页第六十六页，共72页。(8-(8-67 67)注：型号后 XX两位数字(shz)代表输出电压值输出(shch)电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等。三端(sn dun)集成稳压器固定式可调式正稳压W78XX负稳压W79XX9.6.1 集成稳压电源的分类第66

29、页/共72页第六十七页，共72页。(8-(8-68 68)一、输出为固定(gdng)电压的电路9.6.2 应用(yngyng)电路输出(shch)为固定正压时的接法如图所示。注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器 基本接线图C oW7800C I U I+_U o1 320.11 F1F第67页/共72页第六十八页，共72页。(8-(8-69 69)二、输出(shch)正负电压的电路正负电压同时输出电路W78XXC IU I+_U O1 32+_C IW79XX13C OC O2U O第68页/共72页第六十九页，共72页。(8-(8-70 70)C OW78XXC

30、 I U I+_+_U O1 32 U XXU ZRD ZUXX:为W78XX 固定(gdng)输出电压 UO=UXX+UZ三、提高(t go)输出电压的电路第69页/共72页第七十页，共72页。(8-(8-71 71)四、输出(shch)电压可调式电路用三端(sn dun)稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的730V可调式稳压电源。W7805132R 1C IC oU I76234U oR 2 F0070.33 33V10k0.1第70页/共72页第七十一页，共72页。(8-(8-72 72)(U XX=5V)运算放大器作为电压跟随器使用,它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗(sh r z kn)很高,输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。132R 1C IC oU I76234U oR 2 F0070.33 33V10k0.1W7805U o1第71页/共72页第七十二页，共72页。