第九章直流电源

1、本章主要内容：本章主要内容： 电子设备一般都需要电压稳定的直流电源电子设备一般都需要电压稳定的直流电源供电。直流稳压电源不可能由电池长时间供电。直流稳压电源不可能由电池长时间供给，大多是由交流电经过变压、整流、供给，大多是由交流电经过变压、整流、滤波、稳压等环节后得到，因此，在电子滤波、稳压等环节后得到，因此，在电子线路的应用中，直流稳压电源是非常重要线路的应用中，直流稳压电源是非常重要的一环。的一环。 本章简单介绍小功率直流稳压电源的电路本章简单介绍小功率直流稳压电源的电路组成、工作原理及其参数计算。组成、工作原理及其参数计算。 直流电源的组成及各部分作用直流电源的组成及各部分作用1. 1.

2、 直流电源的用途直流电源的用途电子系统的运行离不开稳定的直流电源。电子系统的运行离不开稳定的直流电源。小型的、临时使用的电子系统可以采用电小型的、临时使用的电子系统可以采用电池供电：池供电：化学能化学能电能电能太阳能太阳能电能电能交流电交流电直流电直流电电源变压器电源变压器: : 将交流电网将交流电网220V220V的电压的电压u u1 1变为所需要的交流电压变为所需要的交流电压u u2 2。还可实现高、低压隔离，以利安全。还可实现高、低压隔离，以利安全。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u u1 1u u2 2u u3 3u u4 4u uo o整整 流流 电

3、电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路: : 利用单向导电的整流元件，如二极管，将将正负交替变化利用单向导电的整流元件，如二极管，将将正负交替变化的交流电变换成单向脉动电的交流电变换成单向脉动电滤波电路滤波电路: : 利用储能元件，如电容，电感等，将利用储能元件，如电容，电感等，将脉动直流脉动直流电压电压u u3 3转转变为变为平滑的直流平滑的直流电压电压u u4 4。此时电压稳定性较差，质量不高。此时电压稳定性较差，质量不高。稳稳压电路压电路: : 采用某些措施，在一定的负载和一定的电网变化范围内，采用某些措施，在一定的负载和一定的电网变化范围内，清除电网波动及

4、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u uo o的的稳定稳定。2. 2. 直流电源的组成及各部分作用直流电源的组成及各部分作用整流电路整流电路 将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。 单相半波整流单相半波整流、单相桥式整流单相桥式整流 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性 + + +a aTrTrD Du uo ou u2 2b bR RL Li io o+ + u uD Dt u uD DO Ou u2 2负半周，负半周，u ua a

5、u u uC C时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载R RL L供电供电的同时也给电容充电，的同时也给电容充电， u uC C 增加，增加，u uo o= u= uC C 。+ +C Ci ic ci i + + +a aD Du uo ou u2 2b bR RL Li io o= =u uC C O Ou uo o2U2u u2 2 t tO O t t2U2+ +C C + + +a aD Du uo ou u2 2b bR RL Li io o= = u uC C C CC C25)(3LTCR一般取输出电压平均值输出电压平均值U Uo o及脉动系数与放电时间常数及

6、脉动系数与放电时间常数R RL LC C 有关。有关。 近似估算取：近似估算取： U Uo o = 1.2 = 1.2 U U2 2 ( ( 桥式、全波）桥式、全波） U Uo o = 0.9 = 0.9 U U2 2 （半波）（半波）22U 此时此时 （忽略整流管压降）（忽略整流管压降） S=15S=15（脉动系数）（脉动系数）22 . 1 UUOOuo2U2u2 tO t2U2iD tO 整流滤波后的直流电，虽然比较平滑，但是受电整流滤波后的直流电，虽然比较平滑，但是受电网波动及负载变化的影响较大，因此需要再整流网波动及负载变化的影响较大，因此需要再整流滤波之后增加稳压电路使输出电压稳定，

7、不受电滤波之后增加稳压电路使输出电压稳定，不受电网波动及负载变化影响网波动及负载变化影响 稳压电路的主要技术指标稳压电路的主要技术指标 内阻内阻r rO O 稳压电压内阻定义为：在输入电压稳压电压内阻定义为：在输入电压U Ui i不变时，输出电压的不变时，输出电压的变化变化UUo o和输出电流的变化和输出电流的变化IIo o之比。即之比。即 稳压系数稳压系数S Sr r 稳压系数定义为：保持输出电流稳压系数定义为：保持输出电流I Io o不变时，稳压电路的输不变时，稳压电路的输出电压相对变化出电压相对变化 和输入电压的相对变化和输入电压的相对变化 之比。之比。即即 S Sr r越小，输入电压变

8、化对输出电压的影响就越小。（一般越小，输入电压变化对输出电压的影响就越小。（一般小于小于1010） 常数iOUIoUorOOUUUiUi常数常数ooIoiioIiioorUUUUUUUUSUIUZIR = IO + IDZ稳压电路稳压电路uO = uZuI = uR + uO+UIRL+CIOuO+IRRDZIDz+u2220V50HzIR( IO )RLIDZIRuO (uZ )uRuR 基本不变基本不变uI一定一定uO 基本不变基本不变UIUZIR = IO + IDZuO = uZuI = uR + uOuIIDZIRuR分压分压uO (uZ )uO+uIRL+CIOuO+IRRDZID

9、z+u2220V50Hz限流调压限流调压maxminminmaxZoziIIRVUminmaxmaxminZoziIIRVUmaxZminZIminminZmaxZImaxOOIIUURIIUUR R1 1、R R2 2：取样电路：取样电路V Vrefref：基准电压：基准电压T T1 1：调整管：调整管A A：误差放大器：误差放大器UOUiARLT+ -VrefR1R2UO Ui+Ub UO= Ub-Ube R1,R2 U UO O= U= Ui i- U- Ucece= U= Ub b-U-Ubebe 这样，电路维持输出电压这样，电路维持输出电压U UO O基本不变。基本不变。 UOUiA

10、RLTVrefR1R2+-由运放虚短，可得由运放虚短，可得 U Ui i- - = U = Ui i+ += V= Vrefref refOVRRU211 主要特点主要特点 电压稳定度高，输出调节方便；电压稳定度高，输出调节方便； 调整管工作在线性，效率不高；调整管工作在线性，效率不高； 基准电压一般用稳压管产生。基准电压一般用稳压管产生。 实用电路实用电路T T1 1调整环节，为射极跟随器；调整环节，为射极跟随器；T T2 2误差放大，误差放大，R R4 4集电极电阻；集电极电阻；R R3 3，D DZ Z 基准电压；基准电压；R R1 1，R R2 2 采样；采样；C C1 1提高响应速度

11、，提高响应速度，C C2 2高频滤波；高频滤波；输出电压：由输出电压：由 可得可得 )(121BEZOVVRRUBEzROVVVRRRU2221UOUiRLR1R2DZR3R4T2T1C1C2串联式稳压电路由串联式稳压电路由、和和四部分组成。四部分组成。T T+ +_ _U UI IU UO O比较放大比较放大基基 准准取取 样样U UR RFUFUO O+ +_ _C C2 2R RL L调整元件调整元件+ + +T T+ +_ _U UI IU UO O比较放大比较放大基基 准准取取 样样U UR RFUFUO O+ +_ _C C2 2R RL L调整元件调整元件+ + +调整元件调整元

12、件T T：与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功与负载串联，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。率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：比较放大器：可以是可以是单管放大电路单管放大电路，差动放大电路差动放大电路，集成运算集成运算放大器放大器。基准电压：基准电压：可由稳压管稳压电路组成。可由稳压管稳压电路组成。取样电路取样电路：取出输出电压：取出输出电压U UO O的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。集成稳压器集成稳压器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稳压电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稳压电源，具有体积

13、小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。稳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稳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。护环节。1端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1231端端: 公共端公共端2端端: 输入端输入端3端端: 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形123目前

14、使用较多的集成稳压器是三端集成稳压器。目前使用较多的集成稳压器是三端集成稳压器。三端集成稳压器只有三端集成稳压器只有3 3个引脚，分别是输入端、输出端和公共端。个引脚，分别是输入端、输出端和公共端。 注：注：型号后型号后XXXX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有: :5V5V、9V9V、12V 12V 、18V18V、 24V24V等等 。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XXW78XX负稳压负稳压W79XXW79XX集成稳压电源的分类集成稳压电源的分类78 L 0578 L 05两位数字，为输出电压值两位数

15、字，为输出电压值常用输出电压有常用输出电压有0 05/06/08/09/10/12/15/18/245/06/08/09/10/12/15/18/24两位数字，表示输出电压极性两位数字，表示输出电压极性78 78 输出正电压；输出正电压；79 79 输出负电压输出负电压 一、输出为固定电压的电路一、输出为固定电压的电路应用电路应用电路输出为固定正压时的接法如图所示输出为固定正压时的接法如图所示。+ +_ _W7800W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图C Co oW7800W7800C CI IU UI I+ +_ _U Uo o1 13 32 20.110.11 F F1 1

16、F F二二 、输出正负电压的电路、输出正负电压的电路正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路W78XXW78XXC CI IU UI I+ + _ _U UO O1 13 32 2+ + _ _C CI IW79XXW79XX1 13 3C CO OC CO O2 2U UO OC CO OW78XXW78XXC CI IU UI I+ +_ _+ +_ _U UO O1 13 32 2U UXXXXU UZ ZR RD DZ ZU UXX XX : : 为为W78XXW78XX固定输出电压固定输出电压 U UO O = = U UXX XX + + U UZ Z三、提高输出电压的电路三、提高

17、输出电压的电路四、输出电压可调式电路四、输出电压可调式电路用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805W7805组成的组成的7 730V30V可调式稳压电源。可调式稳压电源。W7805W78051 13 32 2R R1 1C CI IC Co oU UI I7 76 62 23 34 4U Uo oR R2 2F007F0070.330.33 33V33V10k10k0.10.1 ooURRRUUU2121 ( (U UXXXX=5V)=5V)运算放大器作为电压跟随器使用运算放大器作为电压跟随器使用, , 它的电源就借助于稳它的电源就借助

18、于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 , ,输出输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。1 13 32 2R R1 1C CI IC Co oU UI I7 76 62 23 34 4U Uo oR R2 2F007F0070.330.33 33V33V10k10k0.10.1 W7805W7805)1 (12RRUUXXo XXooUUU 1U Uo o1 1稳压电源是使用电子电路调整输出电压达到稳定目的的电源，有串联稳压电源是使用电子电路调整输出电压达到稳定目的的电源，有串联型稳压电源、并联型稳压电源、开关稳压电源等。型稳压电源、并联型稳压电源、开关稳压电源等。 普通的串联稳