模拟电子技术-第六版-第11章-直流稳压电源

1、江苏常熟理工学院江苏常熟理工学院 罗韩君罗韩君2电子技术基础模拟部分电子技术基础模拟部分1 1 绪论绪论2 2 运算放大器运算放大器3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路6 6 频率响应频率响应7 7 模拟集成电路模拟集成电路8 8 反馈放大电路反馈放大电路9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压电源直流稳压电源311 11 直流稳压电源直流稳压电源11.1 11.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路1

2、1.2 11.2 线性稳压电路线性稳压电路11.3 11.3 开关式稳压电路开关式稳压电路411.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路11.1.2 滤波电路滤波电路*11.1.3 倍压整流电路倍压整流电路5 交流电网电压转换为直流电压的一般过程交流电网电压转换为直流电压的一般过程变压器：变压器：整流：整流：滤波：滤波：稳压：稳压：降压降压滤除脉动滤除脉动交流变脉动直流交流变脉动直流进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力 电源变压器 v1 220V v2 50Hz 整流电路 vR 滤波电路 vF 稳压

3、电路 VO t 交流电网电压 v1 t v2 t vR t vF t VO 6u1u2TD3D2D1D4RLvL1. 组成：由四个二极管组成桥路组成：由四个二极管组成桥路RLD1D3D2D4u2vLu2vL11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路7 电网 电压 v1 Tr a b v2 D1 D2 D4 D3 iD1、3 iD2、4 vL R1 220V 50Hz iL 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性2. 工作原理工作原理8+u1u2TD3D2D1D4RLvLu2正半周时电流通路正半周时电流通路D1 、D4导通，导通， D2、D

4、3截止截止11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路9-+vLu1u2TD3D2D1D4RLu2负半周时电流通路负半周时电流通路D2、D3 导通，导通， D1 、D4截止截止11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路10 v2 O 2 3 4 t O iL iD1 iD3 iD2 iD4 iD1 iD3 iD2 iD4 t vL O D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 t 导通 导通 导通 导通 2V2 2V2 0.9V2 VL0.9V2 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 v1 Tr v2 RL D1D4 220V 50Hz + - 电网 电压 v1 Tr a

5、 b v2 D1 D2 D4 D3 vL R1 220V 50Hz iL 1. 工作原理工作原理利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性22442cos2cos4315LvVttvL傅立叶级数：傅立叶级数：1111.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路3. 纹波系数（脉动系数）纹波系数（脉动系数）LLLRVI 483. 0L2L22r VVVKL29 . 0RV 4. 平均整流电流平均整流电流D3D1II D4D2II L2L45. 021RVI 5. 最大反向电压最大反向电压2RM 2VV vL O D1 D3 D2 D4 D1 D3 D2 D4 t 导通 导通 导通 导通 2V2

6、0.9V2 VL0.9V2 2. VL和和IL22200112 22sin0.92LLVvd tVt d tVV2注：注：傅立叶级数基波即为负载电压平均值傅立叶级数基波即为负载电压平均值纹波：纹波：傅立叶级数各次谐波分量傅立叶级数各次谐波分量12例：例：已知电网电压为已知电网电压为220V，某电子设备要求，某电子设备要求12V直流电压，负载电直流电压，负载电 阻阻 。若选用单相桥式整流电路，试问：。若选用单相桥式整流电路，试问： （1）电源变压器副边电压有效值）电源变压器副边电压有效值V2应为多少？应为多少？（2）整流二极管正向平均电流）整流二极管正向平均电流ID和最大反向电压和最大反向电压V

7、RM各为多少？各为多少？（3）若整流电路中某只二极管因故开路，则输出电压平均值将）若整流电路中某只二极管因故开路，则输出电压平均值将变为多少？变为多少？ 11.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路解：解：100LR 20.9LVVO213 33V0 9VV .ODLL160mA22VIIRRM2218 85VVV.O20 456VVV.所以（1）因为（2）（3）一只二极管断路，则只有半个周期的正弦波被整流，副边电压有效值为原来的0.5倍1311.1.2 滤波电路滤波电路几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L型）型）（c）

8、型滤波电路型滤波电路# 为什么不用有源滤波电路为什么不用有源滤波电路?有源滤波电路用于信号处理，电源电路提供功率，有源滤波本身就需要外加有源滤波电路用于信号处理，电源电路提供功率，有源滤波本身就需要外加“源源”1411.1.2 滤波电路滤波电路电容滤波电路电容滤波电路 v2, vL, vC RL未接入 RL接入后 2 V2 vC2 V2 v22 V2sint a C 放电 C 充电 vCvL b O D1 D3 导 电 D2 D4 导 电 D1 D3 导 电 D2 D4 导 电 2 3 4 t t1 t2 2T vr iL iD O iD1，3 iLLLRv c d e O t t iD2，4

9、 Vr 1511.1.2 滤波电路滤波电路电容滤波的特点电容滤波的特点A. 二极管的导电角二极管的导电角 U 输出电压可输出电压可调稳压电路调稳压电路 UU( (虚短虚短) )313412ORRUVRRRR32134(1)ORRVURRR可产生可产生小于小于U 的的输出电压输出电压VOW78 C1 C2+VI + U +VO R1R2R3R4A12min1pOXXpRRRVVRR12max1pOXXRRRVVR1OXXVV0110102OORVVRR010201OXXRRVVR UU( (虚短虚短) ) 调节调节RP输出可调电压输出可调电压VORp + Vo1 W78 C1 C2+VI + V

10、 +VO R1R2AR01R021234. 三端集成稳压器应用电路三端集成稳压器应用电路 1） 输出固定电压的电路输出固定电压的电路 2） 提高输出电流的电路提高输出电流的电路 3） 提高输出电压的电路提高输出电压的电路 4） 输出电压可调的电路输出电压可调的电路 5） 输出正负电压的电路输出正负电压的电路1） 输出固定电压的电路输出固定电压的电路输入与输出之间的电压差不得低于输入与输出之间的电压差不得低于3VW7805 稳压器基本接线图稳压器基本接线图C2CW7805C1UIUO1320.33 F1F+LM7805W7905 稳压器基本接线图稳压器基本接线图C2CW7905C1UIUO231

11、0.33 F1F+LM7905电容电容C1防止自激振荡。防止自激振荡。 0.1 F 0.33 F电容电容C2减小高频干扰，改善瞬态特性。减小高频干扰，改善瞬态特性。1 FVD2 2）提高输出电流的电路）提高输出电流的电路VD VD 的作用：的作用：补偿三极管的发射结电压，使电路输出补偿三极管的发射结电压，使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。电压等于三端集成稳压器的输出电压。3 3）提高输出电压的电路）提高输出电压的电路ZOOUUU O12O)1(URRU 4 4）使输出电压可调的电路）使输出电压可调的电路O32132AURRRRRU 因为因为OAOUUU O213232132OO)1(

12、)1/(URRRRRRRRRUU 所以所以射极跟随射极跟随5)5)正、负对称固定输出的稳压电源正、负对称固定输出的稳压电源 正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路W78XXC1UI132C1W79XX13C2C22 +_ +UOUORL1RL20.33 F0.33 F1 F1 F三端固定稳压器注意事项三端固定稳压器注意事项 1）防止输入输出接反，损坏器件；）防止输入输出接反，损坏器件； 2）防止稳压器浮地故障；）防止稳压器浮地故障； 3）如果输出电压）如果输出电压|V0|7V，应接保护二极管，应接保护二极管 4）输入电压不能超过）输入电压不能超过VImax780518，VImax=35V，7

13、90518，VImax=-35V 5）输入电压必须大于）输入电压必须大于VImin78系列，系列，VImin7V，79系列，系列，VImin-7V 6）输出电流不能超过最大值）输出电流不能超过最大值IOmax 7）加散热片）加散热片47131RO12436RRVVRRRR例：例： 在图所示电路中，试求：在图所示电路中，试求： （1 1）电位器打在中间位置时的输出电压值；）电位器打在中间位置时的输出电压值；（2 2）输出电压的调节范围。）输出电压的调节范围。4O31616V2RVR ()Omin11614V23V ()Omax136112V21V ()解：解：（1 1）（2 2）（二）、三端可调

14、集成稳压器（二）、三端可调集成稳压器 三端固定输出集成稳压器主要用于固定输三端固定输出集成稳压器主要用于固定输出标准电压值的稳压电源中。虽然通过外出标准电压值的稳压电源中。虽然通过外接电路元件，也可构成多种形式的可调稳接电路元件，也可构成多种形式的可调稳压电源，但稳压性能指标有所降低。压电源，但稳压性能指标有所降低。 集成三端可调稳压器性能指标优良。集成三端可调稳压器性能指标优良。1、分类、分类 集成三端可调稳压器集成三端可调稳压器分为分为： CW117 、CW217、 CW317(正电压输出正电压输出) CW137 、CW237、 CW337(负电压输出负电压输出) 每个系列又有每个系列又有

15、100mA、0.5A、1.5A、3A等品种等品种 可以实现输出电压的连续可调。可以实现输出电压的连续可调。 其电压调整率、电流调整率和纹波抑制比其电压调整率、电流调整率和纹波抑制比都比都比CW78和和CW79系列高几倍系列高几倍 三端三端可调负可调负输出型号：输出型号： CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L CW337-/CW337M-/CW337L- 1.5A 0.5A 0.1A 以上以上1-军品级；军品级；2-工业品级；工业品级；3-为为民品级。民品级。 军级为金属壳或陶瓷封装，工作温度军级为金属壳或陶瓷封装，工作温度-55150； 工业级

16、为金属或陶瓷封装，工作温度工业级为金属或陶瓷封装，工作温度-25150； 民品级多为塑料封装，工作温度范围民品级多为塑料封装，工作温度范围0125。 三端可调正输出型号：三端可调正输出型号： CW117-/CW217M-/CW317L2 . 内部结构和基本应用电路内部结构和基本应用电路内内部部结结构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IadjVIVOADJ 50 A外外形形引引脚脚CW1171 2 3VIVOADJCW1371 2 3VIVOADJ基准源和基准源和adj端提供稳定性很高的电压端提供稳定性很高的电压VREF = 1.25 V（1.2V1.3V之间）之间）恒流

17、源电流恒流源电流I 50 A，作为基准源的供电电流，从，作为基准源的供电电流，从ADJ端流出。端流出。53 可调式三端集成稳压器（正压可调式三端集成稳压器（正压CW317/LM317、负压、负压CW337 /LM337 ）输出电压输出电压22REFORIVV VI 调整管调整管 比较放大器比较放大器 I1 I VREF 基准电压基准电压 1.2V T VB VO R1 R2 I2 Iadj adj (相对于相对于adj 点点) )1(12REFRRV 2adj1REF)(RIIV 由于由于 Iabj I1所以所以21REFORIVV 21REFREFRRVV CW317、CW337系列三端可调

18、稳压器使用系列三端可调稳压器使用非常方便，只要在输出端上外接两个电阻，非常方便，只要在输出端上外接两个电阻，即可获得所要求的输出电压值。即可获得所要求的输出电压值。 D1 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D2 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VO CW3173C2+VIC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I adj0.1 FD1D222121221OREFREFadjREFREFREFVVI RVIIRVI RVVRR)1 (25. 112RRVREF = 1.25 VI adj 50 A

19、一般固定一般固定R1，调，调R2以获得以获得1.25 37V的电压。的电压。若若R1R2的温度系数相同，则的温度系数相同，则R2 / R1不受温度影响。不受温度影响。一般选同材料做成的电阻。一般选同材料做成的电阻。R2 = 0 2.2 k 时，时，VO = 1.25 24 VVO CW3173C2+VIC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I adj0.1 FD1D2R1 = VREF/ IQ = 125 R1的选取应保证在输出端开路时，静态电流的选取应保证在输出端开路时，静态电流 IQ(约约10 mA)在在R1上的压降应上的压降应小于小于基准电压基准电压VREF VREF = 1.2

20、5 VI adj 50 A基本应用电路基本应用电路若若IQ=5 mA，则，则R1 = VREF/ IQ = 250 VO CW3173C2+VIC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I adj0.1 FD1D20 30 V 连续可调电路连续可调电路Vo CW3173+ViC10.33 F10 FR1R2C31 FDC2R3+ 3 k 120 680 +32 V10 VAVA = 1.25 V当当 R2 = 0 时时，VO= 0 V LM317三端可调稳压器，输出电流三端可调稳压器，输出电流1.5A。图示典型应用的电路，。图示典型应用的电路， C2滤去滤去R2两两端的纹波电压，接入端的纹

21、波电压，接入R1和和R2使输出电压可调使输出电压可调，电压可调范围为，电压可调范围为1.25 37V。3. 应用应用IN3OUT2ADJ1LM317C2C1R1电压调节电压调节ViVo100F240R2100FUREFI2I1)1(12REFORRUU 其中其中 UREF=1.25V。如果如果R1=240，R2=2.4k，则，则输出电压可调范围为输出电压可调范围为1.25 V 13.75VA50V25.121REF1 IIUUR且且IN1OUT3ADJ2LM317C2C1R1电压调节电压调节UiUo100F240R2100FUREFI2I1REFO212REFO2UURRRUUUR 若取若取R

22、1=240,R2=6.8k,则则Uo为为1.25V 37V 。所以输出电压：所以输出电压： LM317其特性参数：其特性参数： 输出电压可调范围：输出电压可调范围：1.2V37V 输出负载电流：输出负载电流：1.5A 输入与输出工作压差输入与输出工作压差U=Ui-Uo：340V61 三端集成稳压器的应用三端集成稳压器的应用可调式应用举例可调式应用举例62最小输入输出电压差最小输入输出电压差 VI 1 3 2 VO 三端稳压器三端稳压器 类类 型型三端固定三端固定三端可调三端可调参参 数数符号符号单单位位正压正压78负压负压79正压正压LM317负压负压LM337输入电压输入电压VIV (840

23、) (340)输出电压输出电压VOV (524) (1.237)最小（输入输出）最小（输入输出）电压差电压差（VIVO）minV (2.02.5)1.2226311.3 开关式稳压电路开关式稳压电路11.3.1 开关试稳压电路的工作原理开关试稳压电路的工作原理*11.3.2 带隔离变压器的直流变换型带隔离变压器的直流变换型电源电源11.3.3 开关稳压电源的应用举例开关稳压电源的应用举例6411.3.1 开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理1. 串联（降压）型开关稳压电路（串联（降压）型开关稳压电路（Buck）电路组成电路组成开关管开关管T与负载与负载RL串联串联6511.3.1

24、开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理1. 串联（降压）型开关稳压电路（串联（降压）型开关稳压电路（Buck）工作原理工作原理输出电压的平均值输出电压的平均值IIonDoffCESIonO)()(qVVTtVTtVVTtV 式中式中qton/T 称为脉冲波形的占空比称为脉冲波形的占空比脉宽调制（脉宽调制（PWM）式）式降压型开关稳压电源降压型开关稳压电源6611.3.1 开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理1. 串联（降压）型开关稳压电路（串联（降压）型开关稳压电路（Buck）工作原理工作原理稳压原理稳压原理VI（或（或RL）VO VF vA vB q（ton）VOIIo

25、nOqVVTtV 6711.3.1 开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理1. 串联（降压）型开关稳压电路（串联（降压）型开关稳压电路（Buck）工作原理工作原理 当当ton不变，改变不变，改变T（或（或fk）同样能调节）同样能调节VO的大小，称为脉的大小，称为脉冲频率调制冲频率调制PFM控制方式。控制方式。IIonOqVVTtV 6811.3.1 开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理2. 并联（升压）型开关稳压电路（并联（升压）型开关稳压电路（Boost）主回路主回路工作原理工作原理开关管开关管T与负载与负载RL并联并联 当控制电压当控制电压vG为高为高电平（电平（to

26、n期间）时，期间）时，T饱和导通，输入电压饱和导通，输入电压VI直接加到直接加到L两端，电感两端，电感储存能量储存能量 。 二极管二极管D截止，电截止，电容容C向负载提供电流向负载提供电流i放放 当当vG为低电平（为低电平（toff期间）时，期间）时，T截止，截止，iL不能突变。不能突变。L产生反电势产生反电势vL为为左负（）右正（）左负（）右正（） 若若VIvLVO，则，则D导通，导通，VIvL给负载提供电流给负载提供电流iO。显然。显然VOVI，所以电路称为升压型开关稳压电路所以电路称为升压型开关稳压电路6911.3.1 开关式稳压电路的工作原理开关式稳压电路的工作原理2. 并联（升压）型开关稳压电路（并联（升压）型开关稳压电路（Boost）工作波形工作波形控制与驱动电路可以采用电压控制与驱动电路可以采用电压-脉冲宽脉冲宽度调制器（度调制器（PWM）集成电路来实现）集成电路来实现也有包括所有单元电路在内的单片集也