第十章直流稳压电源

1、本章目录本章目录总目录点击即可进入学习习题解答习题解答模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页 电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。 整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。 滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流电压变为平滑的直流电压u4。 稳稳压电路压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳定。10.1 直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电

2、 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页 整流电路的任务是利用二极管的单向导电性，整流电路的任务是利用二极管的单向导电性，把正、负交变的把正、负交变的50Hz50Hz电网电压变成电网电压变成单方向脉动单方向脉动的直流电压。的直流电压。 10.2 整流电路整流电路 本讲主要介绍本讲主要介绍半波整流电路、全波整流电路、半波整流电路、全波整流电路、桥式全波整流电路桥式全波整流电路这三种这三种单相整流电路，参照单相整流电路，参照单相整流电路可得三相

3、整流电路。单相整流电路可得三相整流电路。模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页+12L+uR-L1u2u220VD一、半波整流电路一、半波整流电路二极管导通，二极管导通，uL=u2 ，uD=0二极管截止二极管截止, uL=0 ，uD= u2+io+u2 0 时时:u20时时:u2uLuD t 2 3 4 0模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页主要参数：主要参数：IO(AV)= =IL(AV)= UL(AV) /RL =0.45 U2 / RL uL 2 0 t（2）输出电流平均值）输出电流平均值Io(AV) ：+12L+uR-L1u2u220VDI

4、L )(2120)()(tduUULAVLAVO （1）输出电压平均值）输出电压平均值UO(AV)：)(sin22102ttdU 2245. 02UU )(2102tdu 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页uD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：URMURM=22U（4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：+12L+uR-L1u2u220VDIL ID(A V) =IL(A V) =0.45 U2 / RL 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页)(1AVOMOUUS （5）脉动系数）脉动系数:用傅氏

5、级数对用傅氏级数对半波半波整流整流的输出的输出 uO 分解后可得其基波分解后可得其基波:整流输出电压基波峰值整流输出电压基波峰值整流输出电压平均值整流输出电压平均值221UUMO 22)(45. 02UUUAVO 又又57. 12)(1 AVOMOUUS则则由定义可见：越大，则输出脉动越大。由定义可见：越大，则输出脉动越大。模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页220 V1212R2+Luuu2L1DD2二、全波整流电路二、全波整流电路+原理：原理：+变压器副边中变压器副边中心抽头，感应心抽头，感应出两个相等的出两个相等的电压电压u2当当u2正半周时，正半周时， D1导通

6、，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页全波整流电压波形全波整流电压波形u2uLuD1 t 2 3 4 0uD2V22012122uuDD221+uLLR当当u2正半周时，正半周时， D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时， D2导通，导通，D1截止。截止。模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页uL 2 0 tIO(A V) =IL(A V)= UL(A V) /RL =0.9 U2 / RL 主要参数：主要参数：（2）输出电流平均值）输出电流平均

7、值IO(AV) ：)(2120)()(tduUULAVLAVO （1）输出电压平均值）输出电压平均值UO(AV)：)(sin2102ttdU 229 . 022UU V22012122uuDD221+uLLRIL)(102tdu 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页uD 2 0 t（3）流过二极管的平均）流过二极管的平均电流：电流：ID(A V) = IL(A V)/2= 0.45U2 / RL （4）二极管承受的最高反向电压：）二极管承受的最高反向电压：V22012122uuDD221+uLLR222UURM 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下

8、页（5）脉动系数）脉动系数:用傅氏级数对用傅氏级数对全波全波整流整流的输出的输出 uO 分解后可得其基波分解后可得其基波: 32421UUMO 22)(9 . 022UUUAVO 又又67. 0322232422)(1 UUUUSAVOMO模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页三、桥式整流电路三、桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路）组成：由四个二极管组成桥路+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4u2正半周时正半周时: :D1 、D3导通导通， D2、D4截止截止+（2）工作原理：）工作原理：u2ttuL模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页

9、首页首页下页下页+41231u2u220V+-RLLuD21DD3D4-+u2负半周时：负半周时：D2、D4 导通导通， D1 、D3截止截止u2ttuL模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页输出电压平均值：输出电压平均值：UO(A V) =UL (A V)0.9U2输出电流平均值输出电流平均值:IO(A V)= IL(A V) =UL(A V)/RL 0.9 U2 / RL 流过二极管的平均电流：流过二极管的平均电流：ID(A V)=IL(A V)/2 0.45 U2 / RL u2ttuL（3）主要参数：）主要参数：二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压：U

10、RM=22U+41232+43DuuDDL21LDR-67. 032 S脉动系数：脉动系数：模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页集成硅整流桥：集成硅整流桥：+- +模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页 利用桥式整流电路实现正、负电源利用桥式整流电路实现正、负电源模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页 三相整流电路及其波形三相整流电路及其波形D1D5D3D5D1D4D2D4D3D6D2D6D3D5二极管导通次序二极管导通次序模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页

11、首页首页下页下页一、一、 电容滤波电容滤波10.3 滤波电路滤波电路+412321R220V+Lu-uL2uD4D3DD1C 整流电路只是将交流电变换为单方向的脉动电整流电路只是将交流电变换为单方向的脉动电压和电流，由于脉动电压和电流仍含有较大的交流压和电流，由于脉动电压和电流仍含有较大的交流成分，通常还需在整流电路的输出端接入滤波电路，成分，通常还需在整流电路的输出端接入滤波电路，以滤除交流分量，从而得到平滑的直流电压。以滤除交流分量，从而得到平滑的直流电压。EWB仿真仿真模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页1、空载（、空载（RL=）时：）时：u2tuLtuc=uL+

12、41232u2DCL31DD-220VD+14uuucu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电。充电。u2 uC时：二极管截时：二极管截止，止，C放电。由于放电。由于RL=，无放电回路，所以充电无放电回路，所以充电稳定后稳定后uC保持。保持。2)()(2UUUAVLAVO 整流输出整流输出模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页2、接入接入RL（且（且RLC较大）时较大）时uLtiDtu2 uC时：时：二极管导通，二极管导通，C充电。充电。u2 uC时：时：二极管截止，二极管截止，C放电。放电。二极管中二极管中的电流的电流uc= uL+412321R220V+Lu-

13、uL2uD4D3DD1Cuc整流输出整流输出模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页近似估算近似估算: UO(A V)1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大电容滤波电路的特点：电容滤波电路的特点：(a) UL与与RLC的的 关系：关系：RLC 愈大愈大 C放电愈慢放电愈慢 UL(平均值平均值)愈大（脉愈大（脉动越小）动越小）RLC 较大较大一般取：一般取：(T:电源电压的周期电源电压的周期)TCRL)106( u2tiDtuc= uL1/41 TCRSL(c)脉动系数：脉动系数：模

14、拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页二倍压整流电路二倍压整流电路22U222U模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页 多倍压整流电路多倍压整流电路22U222U222U222U222U222U+-的电压的电压倍倍、可获得可获得22654321U模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页+4123LD+DLu4-R220V32DD1u21uL二、二、 电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值输出电压平均值: UO(A V)= UL(A V)= 0.9

15、U2对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电感上。电压大部分降在电感上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页三、三、 其它滤波电路其它滤波电路为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。起来使用。LC滤波电路滤波电路+uo+-LCu-i+u+u-iC-oRC12RC型滤波电路型滤波电路模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上

16、页上页首页首页下页下页10.4 稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用: :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有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压 整流滤波后的电压是不稳压的，在电网电压整流滤波后的电压是不稳压的，在电网电压或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波或负载变化时，该电压都会产生变化，而且纹波电压又大。所以，整流滤波后，还须经过稳压电电压又大。所以，整流滤波后，还须经过稳压电路，才能使输出电压在一定的范围内稳定不变。路，才能使输出电压在一定的范围内稳定不变。模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页一一

17、. 稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标常用以下参数来说明稳压电源的质量：常用以下参数来说明稳压电源的质量：1、稳压系数、稳压系数常数常数 LRrUUUUS /IIOO2、输出电阻、输出电阻常数常数 IOOoUIUR3、温度系数、温度系数00OOI IUTTUS输出电压：输出电压：)(OIOTIUfU， 越越小小稳稳定定性性越越好好 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页二二. . 稳压管稳压电路稳压管稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理利用稳压管的反向击穿特性。利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小由于反向特性陡直，较大的电流

18、变化，只会引起较小的电压变化。的电压变化。+UDziLRz-oU-+RUIZILIiuUZIUIzminIzmax整流滤波输出电压整流滤波输出电压稳压电路稳压电路模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页稳压原理：稳压原理：ZL+=IIIRiZO=UUUU +UDziLRz-oU-+RUIZILI(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZIRU i由图知：由图知：模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： ILUoURUoIZIR+UDziLRz-oU-+RUIZ

19、ILIZL+=IIIRiZO=UUUU IRU iRLILIURUoRL模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页ZLIII RiZO=UUUU +UDziLRz-oU-+RUIZILIIRU i2、限流电阻的计算、限流电阻的计算RUUIZi =ZLZiIIRUU maxminZZLZiZIIIRUUI 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页（1 1）当）当电阻最大、电阻最大、输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，时，流过稳压二极管的电流最小。此时流过稳压二极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由，由此

20、可计算出此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值。即。即LmaxZminZiminmax=IIUUR maxminZZLZiZIIIRUUI minmaxmaxminZZLZiIIIRUU +UDziLRz-oU-+RUIZILI模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页 （2 2）当）当电阻最小、电阻最小、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，流时，流过稳压二极管的电流最大。此时过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，由此可计，由此可计算出算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin

21、=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILImaxminRRR 所以：所以：maxminZZLZiZIIIRUUI maxminminmaxZZLZiIIIRUU 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页三三. . 串联式稳压电源串联式稳压电源稳压管稳压电路的缺点：稳压管稳压电路的缺点：（1 1）带负载能力差）带负载能力差（2 2）输出电压不可调）输出电压不可调改进：改进：（ 1 1 ） 提 高 带 负 载 能） 提 高 带 负 载 能力力在输出端加一射在输出端加一射极输出器极输出器（调整管）（调整管）UO=UZ-0.7V+TU+-+UzDz-LiRURo模拟电子

22、技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页改进：改进：（2 2）使输出电压可调）使输出电压可调在射极输出器前加一带有负反馈在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V 为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端构为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端构成电压负反馈成电压负反馈。 +DzT+-A+U-ioU-+UfUzR1R2LRR21UFRR1=A 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页由四部分组成：由四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。基准电压、调

23、整管、取样电路、放大比较环节。1. 1. 串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成+DzzUR+AR2UURRf1-+L+oT-+-iU基 准 电 压调 整 管取 样 电 路放 大 比 较 环 节模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页UoUi由四个环节组成由四个环节组成模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页2.2.工作原理工作原理（1 1）输入电压变化时）输入电压变化时实质：实质：电压负反馈电压负反馈QvCE/ViC/mAQ+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1UiUfUoUoUo1UCEIBIC模拟电子技术第十章模拟电子技术第十

24、章上页上页首页首页下页下页（2 2）负载电流变化时）负载电流变化时+zDzRU-R2AiTR-oLU+U+-+R1fUUo1ILUo1UoUCEUoUf模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页3.3.输出电压的计算输出电压的计算REF21REFuO1O)1(=URRUAUU 可见，调节可见，调节R1或或R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。用负反馈的理论计算：用负反馈的理论计算：212ofu=RRRUUF +o1+DzUR2REF+UUo-f-T-R+L1Ri+AUUR21u1=1RRFAu 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页UZR3DZUBE2

25、T2 UCE2R2RLUOUiIO放大放大比较比较调整调整元件元件T1UBE1UCE1基准基准电压电压取样取样环节环节R1R2RPVB2RPRP举例：举例： 分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页DZ若若Ui增大时，自动调整过程如下：增大时，自动调整过程如下：UiUOVB2 UBE2IB2IC2UCE2 UO UCE1 IC1 IB1 UBE1 UZ不变不变UBE2T2 UCE2R2RLUOR1R2RPVB2IOT1UBE1UZR3UiUCE1RPRPIB1QvCE/ViC/mAQ模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章

26、上页上页首页首页下页下页UO = (UBE2 + UZ)R1+ RP + R2R2+ RP UZR1+ RP + R2R2+ RP UZ ，R1+ RP + R2R2 UOmax UOmin UZR1+ RP + R2R2+ RP UBE2T2 UCE2R2RLUOR1R2RPVB2IOT1UBE1UZR3DZUCE1UiRPRPIB1EWB仿真仿真模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页分类分类正稳压正稳压7800系列系列负稳压负稳压37系列系列正稳压正稳压17系列系列负稳压负稳压7900系列系列三端集成稳压器三端集成稳压器固定式固定式可调式可调式注意：注意：7800/7

27、900系列型号后两位数字系列型号后两位数字XX代表输出电压值。代表输出电压值。10.5 集成稳压电路集成稳压电路模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页7878系列输出系列输出电压电压7979系列系列输出输出电压电压78055V78066V78088V78099V781010V781212V781515V781818V782424V79055V79066V79088V79099V791010V791212V791515V791818V792424V输输入入输输出出公公共共端端输输入入输输出出公公共共端端一一. 三端三端固定式固定式集成稳压器集成稳压器 模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页三端集成稳压器实物照片三端集成稳压器实物照片模拟电子技术第十章模拟电子技术第十章上页上页首页首页下页下页+UOW781522C311CUi1. 基本使用方法基本使用方法+20V+15V注意：注意：输入电压输入电压Ui一般应比输出电压端一般应比输出电压端Uo高高3V以上。以上。 三端固定式集成稳压器的使用三端固定式集成稳压器的使用 C1、C2的作用：的作用：防