广东海洋大学电路与电子学上课课件第10章

1、第第 10 章章 直流电源直流电源电电源源变变压压器器交交流流电电源源 整整流流电电路路 滤滤波波电电路路 稳稳压压电电路路负负载载图图10.1 直流电源框图直流电源框图10. 1 串联型线性调整式直流稳压电源串联型线性调整式直流稳压电源n串联型线性调整式直流稳压电源（以下串联型线性调整式直流稳压电源（以下简称串联型稳压电源）的基本电路如图简称串联型稳压电源）的基本电路如图10.2所示。所示。D3D2D1+UREFCTu1u2D4AR3DZ+- -R2R1RLUZuA+- -uEuB图图10.2 串联型线性调整式直流稳压电源串联型线性调整式直流稳压电源UO_整流整流滤波滤波稳压稳压n整流与整流

2、与滤波滤波：D1D4与与C组成桥式整流（组成桥式整流（Bridge Rectifier）电容滤波电路，其作用是把来自变电容滤波电路，其作用是把来自变压器副侧的交流电压变成直流电压；压器副侧的交流电压变成直流电压；+UREFTAR3DZ+- -R2R1RLUZuA+- -D3D2D1Cu1u2D4uEuB图图10.2 串联型线性调整式直流稳压电源串联型线性调整式直流稳压电源UO_n稳压稳压：虚线右半部分为稳压电路，其作用是为：虚线右半部分为稳压电路，其作用是为负载提供一个稳定的直流电压。负载提供一个稳定的直流电压。D3D2D1Cu1u2D4uE+UREFTAR3DZ+- -R2R1RLUZuA+

3、- -uB图图10.2 串联型线性调整式直流稳压电源串联型线性调整式直流稳压电源UO_10.1.1 桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路n 在桥式整流电路基础上，为了减小输出电在桥式整流电路基础上，为了减小输出电压的的脉动，在压的的脉动，在RL两端并联一个两端并联一个滤波电容滤波电容C，这就构成了桥式整流、电容滤波电路如图这就构成了桥式整流、电容滤波电路如图10.3（a）所示。所示。u1图图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形单相桥式整流电容滤波电路及波形a2U2(b)波形图波形图uOuCbUO0tt 2 2 u2D4D1D3D2C(a) 电路图电路图RLuO+_n其输出电压波形如图其

4、输出电压波形如图 10.3(b)所示。图中虚所示。图中虚线为无电容时整流输出电压波形。线为无电容时整流输出电压波形。u1图图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形单相桥式整流电容滤波电路及波形a2U2(b)波形图波形图uOuCbUO0tt 2 2 u2D4D1D3D2C(a) 电路图电路图RLuO+_采用电容滤波的基本思想采用电容滤波的基本思想n电容是一个储存电荷的元件。要改变电电容是一个储存电荷的元件。要改变电容两端的电压，就必须改变其上的电荷，容两端的电压，就必须改变其上的电荷，而电荷的改变速度决定于电容充放电时而电荷的改变速度决定于电容充放电时间常数。间常数。n充放电时间常数越大，电荷

5、改变的速度充放电时间常数越大，电荷改变的速度就越慢，电容上的电压变化也就越慢，就越慢，电容上的电压变化也就越慢，即交流分量就越小。即交流分量就越小。工作过程工作过程n由图由图10.3（b）可见，这个输出电压波形可见，这个输出电压波形比没有滤波电容时的输出电压波形要平比没有滤波电容时的输出电压波形要平滑得多。输出电压的平均值，即滑得多。输出电压的平均值，即直流输直流输出电压通常为：出电压通常为：UO=(1.11.4)U2n 图图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形单相桥式整流电容滤波电路及波形a2U2(b)波形图波形图uOuCbUO0tt 2 2 u1u2D4D1D3D2C(a) 电路图电路

6、图RLuO+_n具体数值要视具体数值要视RLC的大小而定。当的大小而定。当RL开路时，开路时，UO1.4U2。n在工程上，一般在有负载的情况下选取滤波电容在工程上，一般在有负载的情况下选取滤波电容C，使使UO为为1.2U2就可以了。其中就可以了。其中U2为为u2的有效值。的有效值。u1图图10.3 单相桥式整流电容滤波电路及波形单相桥式整流电容滤波电路及波形a2U2(b)波形图波形图uOuCbUO0tt 2 2 u2D4D1D3D2C(a) 电路图电路图RLuO+_10.1.2 稳压电路稳压电路n交流电压经整流滤波后，输出较平滑的交流电压经整流滤波后，输出较平滑的直流电压。但这个直流电压是不稳

7、定的。直流电压。但这个直流电压是不稳定的。n造成直流电压不稳的原因有两个造成直流电压不稳的原因有两个n交流电网电压波动交流电网电压波动n负载改变负载改变时，整流滤波电路内阻压降时，整流滤波电路内阻压降的影响。的影响。n在有交流稳压装置的供电系统中，整流在有交流稳压装置的供电系统中，整流滤波电路内阻是造成输出直流电压不稳滤波电路内阻是造成输出直流电压不稳定的主要原因。为使输出电压稳定就必定的主要原因。为使输出电压稳定就必须采取须采取稳压稳压措施。措施。1.电路结构电路结构n串联型晶体管直流稳压电路是目前常用的一串联型晶体管直流稳压电路是目前常用的一种稳压电路，其原理图如图种稳压电路，其原理图如图

8、10.4所示。所示。+UREFTAR3DZ+- -R2R1RLUZuA+- -uB- - -+UOUI10.4 串联型晶体管直流稳压电路串联型晶体管直流稳压电路整流滤整流滤波电路波电路的输出的输出取样取样电路电路比较放比较放大器大器各部分功能及作用各部分功能及作用nUI来自整流滤波电路的输出，图来自整流滤波电路的输出，图10.4中中T称作称作调整管（调整管（Regulating Device)，其作用是通过电其作用是通过电路自动调整路自动调整T集电极集电极发射极之间的电压发射极之间的电压UCE，使输出电压使输出电压UO稳定。稳定。+UREFTAR3DZ+- -R2R1RLUZuA+- -uB-

9、 - -+UOUI10.4 串联型晶体管直流稳压电路串联型晶体管直流稳压电路R1和和R2为取样电路，为取样电路，其作用是把输出电压其作用是把输出电压的变化量通过的变化量通过R1和和R2分压取出，然后送入分压取出，然后送入比较放大器比较放大器A的反向的反向输入端，输入端，R3和稳压管和稳压管DZ构成基准电压使放构成基准电压使放大器的同相端电位固大器的同相端电位固定。定。+UREFTAR3DZ+- -R2R1RLUZuA+- -uB- - -+UOUI10.4 串联型晶体管直流稳压电路串联型晶体管直流稳压电路A为比较放大为比较放大器，其作用是器，其作用是把取样电路取把取样电路取出的信号进行出的信号

10、进行放大，以控制放大，以控制调整管调整管IB的变的变化，进而调整化，进而调整UCE的值。的值。+UREFTAR3DZ+- -R2R1RLUZuA+- -uB- - -+UOUI10.4 串联型晶体管直流稳压电路串联型晶体管直流稳压电路采用多级放大器提高稳定性采用多级放大器提高稳定性n串联型晶体管串联型晶体管直流稳压电路直流稳压电路根据对稳定程根据对稳定程度不同要求而度不同要求而有简有繁，例有简有繁，例如可采用多级如可采用多级放大器来提高放大器来提高稳压性能，但稳压性能，但基本环节是相基本环节是相同的，其框图同的，其框图如图如图10.5所示。所示。+_比较放大比较放大基准电压基准电压调整元件调整

11、元件取取样样回回路路UIUO+图图10.5串联型稳压电源方框图串联型稳压电源方框图2.稳压过程稳压过程n稳压电路的稳压过程实质就是负反馈的自动稳压电路的稳压过程实质就是负反馈的自动调节过程。调节过程。稳压过程如下稳压过程如下：n如果外部因素如果外部因素(电网电压波动；负载变化电网电压波动；负载变化)使使UO有减小的趋势有减小的趋势，则稳压电路内部的调节，则稳压电路内部的调节过程就使过程就使UO有增加的趋势有增加的趋势。由于这两种趋。由于这两种趋势恰好相反，于是使势恰好相反，于是使UO基本维持不变基本维持不变。n同理，若外部因素使同理，若外部因素使UO有增加的趋势，也有增加的趋势，也会通过稳压电

12、路内部的自动调节，使会通过稳压电路内部的自动调节，使UO基基本保持不变。本保持不变。10.1.3 输出电压的大小与调节方法输出电压的大小与调节方法n忽略放大器输入端电流。忽略放大器输入端电流。O212AURRRUZ221A221OURRRURRRUZ22w1OminURRRRRUwn改变电位计滑动端的位置就可以方便地改变电位计滑动端的位置就可以方便地调节输出电压的大小。图调节输出电压的大小。图10.6所示电路的所示电路的输出电压调节范围是：输出电压调节范围是： Z22W1OmaxURRRRUUI10.6 输出电压可调的输出电压可调的串联型稳压电路串联型稳压电路+UREFTAR3DZ+- -R2

13、R1RLUZuA+- -uB- - -+RWU010.2 线性集成稳压器线性集成稳压器n将串联型线性调整式直流稳压电路及其将串联型线性调整式直流稳压电路及其保护电路等制作在一块芯片上就构成了保护电路等制作在一块芯片上就构成了线性集成稳压器线性集成稳压器。n按外部引脚的数量，线性集成稳压器可按外部引脚的数量，线性集成稳压器可以分为以分为多端集成稳压器和三端集成稳压多端集成稳压器和三端集成稳压器器两类。两类。n目前使用的多为目前使用的多为三端式集成稳压器三端式集成稳压器。10.2.1 三三端集成稳压器外型、符号及主要参数端集成稳压器外型、符号及主要参数n三端式集成稳压器三端式集成稳压器因只有输入端

14、、输出端及公共端因只有输入端、输出端及公共端三个引出端，故称之为三端集成稳压器。三个引出端，故称之为三端集成稳压器。n目 前 常 用 约 有 最 大 输 出 电 流目 前 常 用 约 有 最 大 输 出 电 流 IO M= 1 0 0 m A 的的W78L(W79L)系列系列，IOM=500mA的的W78M(W79M)系列系列和和IO M=1.5A的的W78(W79)系列系列。n型号中，型号中，78表示输出为表示输出为正电压正电压，79表示输出为表示输出为负电负电压压；型号中；型号中最后两位数表示输出电压值最后两位数表示输出电压值。例如。例如W7806表示输出电压为表示输出电压为+6V。W78

15、系列外形及系列外形及电路符号如图电路符号如图10.7所示。所示。( (a a) ) 外型图外型图W78W78公共端公共端输入端输入端输出端输出端1 12 23 3 ( (b b) ) 电路符号电路符号图图10.7 三端集成稳压器三端集成稳压器1 12 23 3集成稳压器主要参数集成稳压器主要参数有：有：n输出电压输出电压UO：表示集成稳压器可能表示集成稳压器可能输出稳定电压的范围。输出稳定电压的范围。n最小电压差最小电压差(UI-UO)min：为维持稳压为维持稳压所需要的所需要的UI与与UO之差的最小值。之差的最小值。n容许输入电压的最大值容许输入电压的最大值UIM。n容许最大输出电流值容许最

16、大输出电流值IOM。n容许最大功耗容许最大功耗PCM。电压调整率电压调整率SJ： n表示输入电压变化表示输入电压变化1V时，时，UO的相对变化率。的相对变化率。n输出电阻输出电阻RO。 IOOJUUUS10.2.2 三端集成稳压器的典型用法三端集成稳压器的典型用法n图图10.8所示电所示电路是固定输出路是固定输出电压的稳压电电压的稳压电路，其路，其输出电输出电压压UO即为三即为三端式稳压器标端式稳压器标称值称值。UIC1_W78UORLC20.33F1F+图图10.8 固定输出电压的稳压电路固定输出电压的稳压电路123UIC1_W78UORLC20.33F1F+图图10.8 固定输出电压的稳压

17、电路固定输出电压的稳压电路123图中电容图中电容C1可以进一可以进一步减小输入步减小输入电压的纹波，电压的纹波，并能清除自并能清除自激振荡。激振荡。电容电容C2可可以消除输出以消除输出高频噪声。高频噪声。如何选择稳压器如何选择稳压器n1.在选择三端稳压器时，应根据所设计的输出在选择三端稳压器时，应根据所设计的输出电流选择稳压器系列。电流选择稳压器系列。n例 如 ， 输 出 电 流 小 于例 如 ， 输 出 电 流 小 于 1 0 0 m A 时 可 选 用时 可 选 用W78L系列；系列；n输出电流小于输出电流小于500mA时可选用时可选用W78M系列；系列；n输出电流小于输出电流小于1.5A

18、时可选用时可选用W78系列。系列。n2.根据输出电压要求选择合适型号的三端稳压根据输出电压要求选择合适型号的三端稳压器。例如器。例如:稳压电源设计要求为稳压电源设计要求为+12V，1.2A，可选用可选用W7812三端稳压器。三端稳压器。n3.当所设计的稳当所设计的稳压电路输出电压压电路输出电压为负值时，可选为负值时，可选用负压输出的集用负压输出的集成稳压器成稳压器(例如例如W79系列系列)，接 线 方 式 与接 线 方 式 与 图图10.8相同。相同。UIC1_W78UORLC20.33F1F+图图10.8 固定输出电压的稳压电路固定输出电压的稳压电路1234.当同时需要正、负电压输出时，可同

19、时选当同时需要正、负电压输出时，可同时选择择W78和和W79两个稳压器按两个稳压器按图图10.9接线即可。接线即可。W78M18W79M18220V44V C0C1C1C2C2UO(+18V)UO(-18V)1233图图10.9 具有正负两路输出稳压电路具有正负两路输出稳压电路1210.2.3 三端集成稳压器的扩展用法三端集成稳压器的扩展用法n提高输出电压的方法提高输出电压的方法n输出电压为：输出电压为： UO=UO+UZ_UZ+W78123R1UOUOUI_+_I1图图10.10 提高输出电压的方提高输出电压的方法法n提高输出电压的提高输出电压的电路，如图电路，如图10.10所示。所示。输出电压可调的稳压电路，如图输出电压可调的稳压电路，如图10.11所示。所示。运放运放输入电压就是输