电路-电容滤波电路演示幻灯片.ppt

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1、电源电源 整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。1单相桥式整流电路单相桥式整流电路(1)(1)工作原理工作原理 当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半

2、周经过合成，在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。得到的是同一个方向的单向脉动电压。2动画动画5-13动画动画5-24(2)负载上的直流电压和直流电流 输出电压是单相脉动电压。通输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为输出平均电压为 流过负载的平均电流为流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压二极管所承受的最大反向电压5滤波电路滤波电路 滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载

3、两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。6电容滤波电路电容滤波电路 单相桥式电容滤波整流电路。在负载电阻上并联了一个滤波电容C。7当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。(1)(1)滤波原理滤波原理 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2，是正弦形。电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管

4、导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。在刚过90时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，二极管关断。8 需要指出的是，当 放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通 角增加。显然，当L很 小，即IL很大时，电容滤 波的效果不好，见滤波曲线 中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好,见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。

5、电容滤波的效果9动画动画5-311动画动画5-412(2)(2)电容滤波的计算电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC610。）13 （3）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线。整流滤波电路的外特性14电感滤波电路电感滤波电路 利利用用储储能能元元件件电电感感器器的的电电流流不不能能突突变变的的性性质质，把把电电感感与整流

6、电路的负载与整流电路的负载L相串联，也可以起到滤波的作用。相串联，也可以起到滤波的作用。电感滤波电路 波形图 当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3；D2、D4的导通角都是180。15稳压电路概述 稳压电源方框图稳压电源方框图 引起输出电压变化的原因是引起输出电压变化的原因是负载电流的变化负载电流的变化和和输输入电压的变化。入电压的变化。负载电流的变化会负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。从而使输入电压发生

7、变化。16稳压电路的技术指标稳压电路的技术指标 用用稳稳压压电电路路的的技技术术指指标标去去衡衡量量稳稳压压电电路路性性能能的高低。的高低。VI和和 IO引起的引起的 VO可用下式表示可用下式表示 (1)(1)稳压系数稳压系数Sr定义为定义为有时稳压系数也用下式定义17当输出电流从零变化到最大额定值时，当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。输出电压的相对变化值。（4 4）电流调整率）电流调整率SI (3)(3)输出电阻输出电阻Ro (2)(2)电压调整率电压调整率SV一般特指一般特指V Vi i/V Vi i=10%=10%时的时的Sr18输入电压交流纹波峰峰值与输出电压输入

8、电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。交流纹波峰峰值之比的分贝数。（6 6）输出电压的温度系数）输出电压的温度系数ST 如果考虑温度对输出电压的影响,则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数（5 5）纹波抑制比）纹波抑制比Srip 19硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理 它它是是利利用用稳稳压压二二极极管管的的反反向向击击穿穿特特性性稳稳压压的的，由由于于反反向向特特性性陡陡直直，较较大大的的电电流流变变化化，只只会会引引起起较较小小的电压变化。的电压变化。(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压由图可知由图可知 输输入入电电压压VI增

9、增加加，必必然然引引起起VO的的增增加加，即即VZ增增加加，从从而而使使IZ增增加加，IR增增加加，使使VR增增加加，从从而而使使输输出出电电压压VO减小。这一稳压过程概括为：减小。这一稳压过程概括为：VIVOVZIZIRVRVO20(2)(2)当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负负载载电电流流IL增增加加，必必然然引引起起IR的的增增加加，即即VR增增加加，从从而而使使VZ=VO减减小小，IZ减减小小。IZ的的减减小小必必然然使使IR减减小小，VR减减小，从而使输出电压小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程概括为：增加。这一稳压过程概括为：ILIRVRVZ（VO）IZIRV

10、RVO21稳压电阻的计算稳压电阻的计算 当当输输入入电电压压最最小小，负负载载电电流流最最大大时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电电流流最最小小。此此时时I IZ Z不不应应小小于于I IZminZmin，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电电阻阻的的最最大大值值，实实际际选选用用的的稳稳压电阻应小于最大值。即压电阻应小于最大值。即 当当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由由 此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即(1)(1)(2)

11、(2)稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！23串联反馈式稳压电源 稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。串联反馈式稳压电路的工作原理串联反馈式稳压电路的工作原理 典型的串联反馈式稳压电路，由基基准准电电压压、比比较较放放大、调整、取样大、调整、取样几个部分组成。251 1输入电压变化，负载电流保持不变输入电压

12、变化，负载电流保持不变 输入电压VI增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得误差信号V。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO262 2负载电流变化，输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负负载载电电流流IL增增加加，必必然然会会使使输输入入电电压压VI有有所所减减小小，输输出出电电压压VO必必然然有有所所下下降降，经经过过取取样样电电路路取取出出一一部部分分信信号号Vf与与基基准准源源电电压压VREF比比较较，获获得得的的误误差差信信号号使使V

13、O1增增加加，从从而而使使调调整整管管的的管管压压降降VCE下下降降，从从而而抵抵消消因因IL增加，使输入电压减小的影响。增加，使输入电压减小的影响。ILVIVOVfVO1VCEVO3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算可知可知VfVREF显然，调节显然，调节RW可以改变输出电压。可以改变输出电压。27动画16-228串联反馈式稳压电路的工作原理当VI时：时：VOVfVB、ICVCEVO29动画16-13016.3.2 稳压电路的保护环节 串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调则输出短路电

14、流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。过载也会造成损坏。保护的方法保护的方法反馈保护型反馈保护型温度保护型温度保护型截流型截流型限流型限流型利用集成电路制造工艺，利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作在调整管旁制作PN结温度传感器。结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。工作原理与反馈保护型相同。31截流型截流型限流型限流型 当发生短

15、路时，通过保当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近限制了短路电流，使之接近为零。截流特性见为零。截流特性见图图16.0516.05。是当发生短路时，通过是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，电路中取样电阻的反馈作用，输出电流得以限制。限流特输出电流得以限制。限流特性见性见图图16.0616.06。图图16.05 16.05 截流型特性截流型特性 图图16.06 16.06 限流型特性限流型特性32 三端集成稳压器三端集成稳压器 将将串串联联稳稳压压电电源源和和保保护护电电路路集集成成在在一一起起就就是是集集成成稳稳压压器器。集集成成

16、稳稳压压器器有有：输输入入端端、输输出出端端和和公公共共端端，称称三端集成稳压器。三端集成稳压器。集成稳压器符号集成稳压器符号 要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。外形图外形图33三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器34 三端集成稳压器的分类三端集成稳压器的分类1 1.三端固定正输出集成稳压器三端固定正输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器三端固定负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW79-/

17、CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器三端可调正输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW117-/CW117M-/CW117L-CW217-/CW217M-/CW217L-CW317-/CW317M-/CW317L-4.三端可调负输出集成稳压器三端可调负输出集成稳压器 国标型号国标型号:CW137-/CW137M-/CW137L-CW237-/CW237M-CW237L-CW337-/CW337M-/CW337L-5.5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6.6.大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上1 1-为军品级为军品级；2 2-为工业品级为工业品级；3 3

18、-为民品级为民品级。军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55-55150150；工业品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25-25150150；民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围00125125。35应用电路应用电路三端固定输出集成稳压器三端固定输出集成稳压器的的典型应用电路如图所示。典型应用电路如图所示。可可调调输输出出三三端端集集成成稳稳压压器器的的内内部部，在在输输出出端端和和公公共共端端之之间间是是1.251.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。的参考源

19、，因此输出电压可通过电位器调节。三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器的的典型应用电路如图所示。典型应用电路如图所示。防自激震荡防高频噪声36利用三端集成稳压器组成恒流源利用三端集成稳压器组成恒流源 稳压器做恒流源稳压器做恒流源 可调稳压器做恒流源电路可调稳压器做恒流源电路 小电流恒流源小电流恒流源 大电流恒流源大电流恒流源 三端集成稳压器可三端集成稳压器可 做做恒流源恒流源使用使用。3716.4 开关型稳压电源 为为解解决决线线性性稳稳压压电电源源功功耗耗较较大大的的缺缺点点，研研制制了了开开关关型型稳稳压压电电源源。开开关关型型稳稳压压电电源源效效率率可可达达90%以以上上，造造价价

20、低低，体体积积小小。现现在在开开关关型型稳稳压压电电源源已已经经比比较较成成熟熟，广广泛泛应应用用于于各各种种电电子子电电路路之之中中。开开关关型型稳稳压压电电源源的的缺缺点点是是纹纹波波较较大大，用用于于小小信信号号放放大大电电路路时时，还还应应采采用用第第二级稳压措施。二级稳压措施。16.4.1 开关型稳压电路的工作原理16.4.2 集成开关型稳压器3816.4.1 开关型稳压电路的工作原理 开开关关型型稳稳压压电电源源的的原原理理可可用用图图16.1316.13的的电电路路加加以以说说明明。它它由由调调整整管管、滤滤波波电电路路、比比较较器器、三三角角波波发发生器生器、比较放大器比较放大

21、器和和基准源基准源等部分构成。等部分构成。图图16.13 16.13 开关型稳压电源原理图开关型稳压电源原理图39 三角波发生器通过比较器产生一个方波三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。即可起到这个作用，有利于保护调整管。根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出放大器的输出时

22、，比较器输出高电平高电平，对应调整管的，对应调整管的导通时间为导通时间为t tonon；反之输出为反之输出为低电平低电平，对应调整管的，对应调整管的截止时间截止时间t toffoff。输出波形中电位水平高于高电输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分。当方波存在的部分。输出波形中电位水平低于低输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分。相当方波不存在的部分。为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连

23、线。设输出电馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，压增加，FVO增加，比较放大器的输出增加，比较放大器的输出Vf减小，比较减小，比较器方波输出的器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。电压下降。起到了稳压作用。40 各各点点波波形形见见图图16.14。由由于于调调整整管管发发射射极极输输出出为为方方波波，有有滤滤波波电电感感的的存存在在，使使输输出出电电流流iL为为锯锯齿齿波波，趋趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。于平滑。输出则为带纹波的直流电压。图图16.14 开关电源波形图开关电源波形图 分分析析见见下下页页

24、41 可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）来控制输出电压值。这种控制方式称为来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制脉冲宽度调制(PWM)。q q称为占空比称为占空比 方波高电平的时方波高电平的时间占整个周期的间占整个周期的百分比。百分比。在输入电压一定时，在输入电压一定时，输出电压与占空比成正比。输出电压与占空比成正比。忽略电感的直流电阻，输出电压忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为即为vE的平均分的平均分量。于是有量。于是有421调整管工作在开关状态，功耗大大降低，调整管工作在开关状态，功耗大大降低，电源效率大为提高；电源效率大为提高；

25、2调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，调整管在开关状态下工作，为得到直流输出，必须在输出端加滤波器；必须在输出端加滤波器；3可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4在许多场合可以省去电源变压器；在许多场合可以省去电源变压器；5由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体 积可大大减小。积可大大减小。由以上分析可以得出如下结论：由以上分析可以得出如下结论：4316.4.2 集成开关型稳压器典型的开关电源控制器和开关电源见下表典型的开关电源控制器和开关电源见下表 型号型号 电源范围电源范围/V 最大输出电流最大输

26、出电流/A 内部参考源内部参考源/V 输出级形式输出级形式 TL494 7TL494 740 0.2 5 40 0.2 5 推挽或单端推挽或单端 SG3524 8SG3524 835 0.1 5 35 0.1 5 推挽推挽 SG3525 8SG3525 835 0.5 5 35 0.5 5 推挽推挽 LM2575 3.5LM2575 3.535 1 1.23 _35 1 1.23 _ 表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。实际上就是一个脉冲宽度调制（实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器，控制器，经常也用于其它脉宽调

27、制场合。经常也用于其它脉宽调制场合。集成开关稳压器，集成开关稳压器，一般有两大类型一般有两大类型。一类是包。一类是包括调整管在内的括调整管在内的集成开关稳压器集成开关稳压器;另另一类称为一类称为开关电开关电源控制器源控制器，它不包括调整管。，它不包括调整管。(1)(1)开关稳压电源概述开关稳压电源概述44 利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。SG3524是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图16.15所示。(2)开关稳压电源控制器SG3524图16.15 SG3524的内部方框图 它的内部包括误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极

28、管等环节。45 SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图16.16所示。图16.16 开关稳压电源应用电路46 3524从11和14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，其开关频率由6和7脚外接的RT和CT决定。1和2脚是内部运算放大器的输入端，R1和R2构成反馈回路。16脚是基准源，由R3和R4给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。V3和V4是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。V3和V4的输出由V2、CP、Q或Q决定。因Q和Q只能有一个是高电平，T2和T1不可能同时导通。T1和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。47 SG3524电路控制过程的波形

29、如图16.17所示。图16.17 SG3524的波形图 锯齿波由振荡器提供，V1是误差放大器的输出，它们一起加到比较器上。V2是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动T 触发器，CP、Q和V2 的或非是V3，决定T1的通断。CP、Q和V2 的或非是V4，决定T2的通断。由于Q和Q等宽，加上V2的存在，所以V3和V4这两路信号之间有一定的死区，以保证T1和T2 管不会同时导通。48 当V1降低时，V2加宽，T1和T2的宽度变窄，导通时间减小。反之，当V1增加时，T1和T2 的导通时间增加。49图16.16 开关稳压电源应用电路 设负载电流加大，VO下降，反馈电压减小，误差放大器的输出V1增加，T1和

30、T2的导通时间增加，输出电压VO增加。(3)SG3524构成的开关稳压电源 现在来讨论3524构成的开关稳压电源的工作原理。图16.15 SG3524的内部方框图反之，当VO增加时，反馈电压增加，V输出减小，T1和T2的导通时间减小，输出电压VO 减小。50 SG3524的10脚也有保护功能，当10脚加高电平时，可以强迫V1下降，T1和T2关断。10脚与4脚可实现双重保护。当三极管的电流过大时，电阻R9上的压降增加到使限流运算放大器的输出为低，即V1在大大下降，使T1和T2 关断。由于SG3524可在较高的频率下工作，T1和T2 应选用高频开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都可

31、以选用较小的数值。51实验十三实验十三 单片集成直流稳压电路的应用单片集成直流稳压电路的应用变压器硅桥整流滤波稳压52实验十三实验十三 单片集成直流稳压电路的应用单片集成直流稳压电路的应用 调节RL，使IL200mA。1.调节调压器使输出V1=220V，再测量V2的电压。2.用双踪示波器同时观察硅桥的输入、输出电压波形。3.测量V3的值。（用万用表直流档测量）接上滤波电容C1。（先断开电源）4.用双踪示波器同时观察V2、V4的电压波形。5.测量V4的值。（用万用表直流档测量）53实验十三实验十三 单片集成直流稳压电路的应用单片集成直流稳压电路的应用用示波器观察V0的波形。并测量VI和V0的值。

32、（用万用表直流档测量）测量稳压系数：调节调压器使输出V1分别为242V和198V，再分别测量输入电压VI、VI和输出电压V0、V0。则：54实验十三实验十三 单片集成直流稳压电路的应用单片集成直流稳压电路的应用 调节RL，使IL200mA。并测量VI和V0的值。（用万用表直流档测量）测量输出电阻：断开RL(IL=0)，测量输出 电压V0，则：55实验十三实验十三 单片集成直流稳压电路的应用单片集成直流稳压电路的应用1.调节调压器，用万用表监视VI，使VI=30V。2.调节电位器RW，观察输出电压，分别测得V0max和V0min的值。3.当V0=V0max时，在重新测量和R0。56LM324运放运放57面包板面包板58面包板装配面包板装配bce59