直流稳压电源讲稿

直流稳压电源电子设计竞赛培训讲座(1)1直流稳压电路的组成2整流电路3滤波电路4硅稳压管稳压电路5串联型直流稳压电路6集成稳压电源稳压电源质量指标输出电压输出电压变化量输入调整因数电压调整率稳压系数输出电阻温度系数1直流稳压电路的组成一、直流稳压电源的作用将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。二、组成变压器：整流：滤波：稳压：三、引起电压不稳定的原因1、交流电网电压的波动；2、负载的变化（由于整流滤波电路存在内阻）；3、温度的影响；2整流电路单相三相二极管可控硅桥式倍压整流半波全波把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路分类：整流电路的任务：一、单相半波整流电路1、工作原理iDu2tuot设变压器输出电压：u2=U2sinωtu1

u2uoRL+－则输出电压：uo=2、电路特点优点：结构简单，元件少。缺点：输出波形脉动大，利用率低+－一、单相半波整流电路uo=3、电路分析（1）输出直流电压：（2）负载平均电流（3）二极管所承受的最大反向电压（4）整流管平均整流电流=负载平均电流4、整流输出电压的脉动系数二、单相全波整流电路u1u2u2D1RLD2u2tuot电路分析：u0=三、单相桥式整流电路u2tuot正确利用二极管的引导作用u1u2RLu0=3滤波波电路几种滤波电路路（a）电容滤波波电路（b）电感电容容滤波电路（（倒L型）（c）型滤波电路滤波电路的结结构特点:电容与负载RL并联，或电感感与负载RL串联。一、电容滤波波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi01、空载时的的情况输出电压为U2，二极管承受的最高反向电压URM=2U22、接负载的的情况在工作过程中中，二极管并并非在整个半半周内导电，，按能量守恒恒的观点，在在较长时间内内释放的电荷荷等于在较短短时间内冲得得的电荷，所所以充电电流流较大。3、结论（1）二极管管的导通角θθ<π，流过过二极管的瞬瞬时电流大，，故常串入一一个限流电阻阻(1/25)RL。（2）输出电电压的平均值值大UL由放电时间常常数决定ττ=RLC∴RLC↑→UL↑∵一般取RLC≥（3~5）T（（半波整流））RLC≥（3~5）T/2（（全全波整流）此时，输出电电压的平均值值为通常取来估算。（3）脉动系系数小（4）电路的的外特性一般情况ULI00.45U2半波0.9U2全波SI0157%67%半波全波外特性滤波特性电容滤波电路路使用于负载载电流变化不不大，负载整整流电压较高高的场合。4、电路参数数的近似估算算（1）整流二二极管的选择择滤波电容的容容量愈大，导导通角愈小，，通过二极管管脉冲电流的的幅度愈大，，因此，整流流管的幅值电电流必须加以以考虑。但流流过整流管的平均均电流：半波整流时：全波整流时：整流管的耐压：由于电容电压最高为U2，所以UDRM=（2）滤波电电容的估算容量：C≥耐压：（3）变压器器次级参数的的估算U2=U0/1.2（（全波整流））I2=（1.5~2）I05、小结电路形式变压器次级电压（有效值）负载开路时的输出电压带负载时输出电压（估算值）整流管的最大反向电压UDRM整流管的平均电流半波U2U2mU22U2I0全波U2+U2U2m1.2U22U2I0/2桥式U2U2m1.2U2U2I0/2例1、某电子设备需需要直流电压压U0=30v，I0=400mA的直流电流流，若采用桥桥式直流，电电容滤波电路路，试选择直直流元件和滤滤波电容。（1）选择二二极管考虑到电容充充电电流的冲冲击，选用最最大直流电流流为500mA、耐压为为50v的整整流二极管。。（2）选电容容选C=500μF，耐压压为50v的的电解电容。。4硅硅稳压管稳稳压电路1、内阻Rd 经过直流滤波后输入到稳压电路的直流电压（记作）不变时，稳压电路的输出电压变化量△与输出电流变化量△i0之比，即 一、为什么么要稳压电电路1、当负载载电流变化化时，由于于整流滤波波电路存在在内阻，输输出电压将将要变化。。2、当电网网电压波动动时，使整整流滤波电电路输出的的直流电压压不稳定。。通常交流流电网电压压允许±10%的波波动。二、稳压电电路的主要要指标3、电电压调调整率率：当当u2变化了了10%时时，输输出电电压的的相对对变化化量。。4、电电流调调整率率：当当i0从0变变到最最大时时，输输出电电压的的相对对变化化量。。5、最最大纹纹波电电压：：输出出端存存在的的50Hz或100Hz的交交流分分量的的有效效值或或峰———峰峰值。。6、温温度系系数：：电网网电压压和负负载都都不变变时，，由于于温度度变化化而引引起的的输出出电压压的漂漂移。。7、噪噪声电电压：：二、稳稳压电电路的的主要要指标标2、稳稳压系系数Sr在负载载固定定时，，输出出电压压的相相对变变化量量与稳稳压电电路输输入电电压的的相对对变化化量之之比，，它反反映了了电网网电压压波动动的影影响，，即（4））稳定电电流IZ、最大、、最小小稳定定电流流Izmax、Izmin。（5））最大大允许许功耗耗2、稳稳压二二极管管的参参数:（1））稳定电电压UZ（2）电压温度系数U（%/℃）稳压值受温度变化影响的的系数。（3））动态态电阻阻1、特特点：：反向击击穿区区非常常陡峭峭。正正常工工作时时处于于反向向击穿穿状态态，工工作点点设在在陡峭峭曲线线的中中间部部分。。三、稳稳压压二极极管IUIZIZmaxUZIZ稳压误误差曲线越越陡，，电压压越稳稳定。。UZ当RL不变时：UI↑→U0↑→IZ↑→IR↑→IRR↑V0↓当UI不变时RL↓→I0↑→IR↑→U0↓→IZ↓→IR↓→IRR↓U0↑四、稳稳压压电路路UI=IR+UZ=IR+UOIR=IZ+IOUO=UZUZ少量的的增加加会使使IZ增加较较大。。R：限限流降降压作作用1、工工作原原理四、稳稳压压电路路2、电电路元元件参参数的的选择择（1））选择择稳压压管：：选稳稳压管管时，，主要要满足足U0，I0max和rZ的要求求。通通常按按：UZ=UO，Izmax=(1.5~3)I0max初选管管子。。（2））决定定输入入电压压UI：考虑虑电网网电压压允许许10%的的变化化，所所以在在通常常情况况下取取UI=(2~3)U0。（3））限流流电阻阻的选选择R的选选择应应使流流过稳稳压管管的电电流IZ限制在在IZmin~Izmax之间，，保证证管子子正常常工作作。当电网网电压压最高高和负负载电电流最最小时时，IZ的值最最大，，它不不能超超过Izmax，即解得四、稳稳压压电路路若不满满足上上式，，则说说明在在给定定条件件下已已超出出稳压压管的的工作作范围围。2、电电路元元件参参数的的选择择（3））限流流电阻阻的选选择当电网网电压压最低低和负负载电电流最最大时时，IZ的值最最小，，它不不能低低于Izmin，即解得则R的的变化化范围围为：：5串串联型型直流流稳压压电路路一、电电路的的基本本形式式1、原原始设设想RUIU0RL若UI↑→使使R↑↑→△△UI都加在在R上上，若RL↓→使使R↓↓→维维持U0不变。。iCuCE利用三三极管管代替替可变变电阻阻TRUIRLU0DZUZ基准电源调整管UOUI串联型型稳压电电路——调整整管与与负载载串联联这个三三极管管是起起调整整作用用的，，故称称为调调整管管。一、电电路的的基本本形式式TRUIRLU0DZUZ2、稳稳压原原理RL↓→IL↑

电源内阻的影响

U0↓→Ube↑→Ib↑→Uce↓调整管管之所所以能能够起起调整整电压压的作作用，，关键键在于于用输输出电电压的的变化化量返返回去去控制制调整整管的的基极极电流流。这种控控制不不灵敏敏，稳稳压性性能不不高。。（1））当RL不变，，UI变化时时的稳稳压过过程Ube=Uz－U0(uz基本不不变)Ui↑→U0↑→Ube↓→Ib↓→Ic↓→Uce↑U0↓U0=Ui－Uce（2））当ui不变，，而RL变化（（即IL变化））U0↑TRUIRLU0DZUZ二、带带有放放大环环节的的稳压压电路路1、电电路的的组成成IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2T1：调整整管。。相当当于可可变电电阻R，起起调压压作用用。DZ、R3：组成成稳压压电路路，用用来提提高基基准电电压UZ。T2：起比比较和和放大大信号号的作作用，，RC是它的的集电电极负负载，，从T2取出的的放大大信号号加到到T1的基极极。R1、R2：组成成分压压电路路，取取△U0的一部部分，，加到到T2的基极极，称称为取取样电电路，，n称为为分压压比。。二、带带有放放大环环节的的稳压压电路路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR22、稳稳压过过程RL↓或UI↓→U0↓→UB2↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑T2的放大大倍数数愈大大，调调整作作用就就愈强强，输输出电电压就就愈稳稳定。。↓U0↑←UCE1↓←IC1↑←UBE1↑←UB1↑←UC2↑二、带带有放放大环环节的的稳压压电路路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR23、讨讨论（1））稳压压的过过程，，实质质上是是通过过负反反馈使使输出出电压压维持持稳定定的过过程。。（2）选选用动态态电阻小小的稳压压二极管管做基准准电压，，以提高高UZ的稳定性性。（3）增增大调整整管和放放大级的的电流放放大系数数β1、β2。在要求求高的稳稳压电源源中，调调整管可可采用复复合管，，放大级级可采用用多级放放大器。。但因为当U0给定后，就应该选择较高的基准电压UZ，但稳定电压较高的稳压管，其温度系数比较大，为了克服这个缺点，可对稳压管加温度补偿。（4）分压比n=要选得大一些，保证取样信号大一些。二、带有有放大环环节的稳稳压电路路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR23、讨论论（5）减减小分压压电阻R1、R2，使I1>>IB2，这样，，当IB2变化时取取样比n才能基基本不变变。但R1、R2不能过小小，过小小的分压压电路，，将浪费费过多的的电流，，通常选选择I1≥（5~10））IB2。（6）串串联型稳稳压电路路的基本本组成RL变压器整流滤波比较放大基准电压取样调整管交流输入二、带有有放大环环节的稳稳压电路路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR23、讨论论（7）电电路的不不足①流过稳稳压管的的电流随随U0而波动，，使UZ不稳定，，从而降降低了稳稳压精度度，T2的发射极极电流也也会影响响UZ。②当温度度变化时时，由T2组成的放放大环节节将产生生零点漂漂移，使使U0稳定度变变差。③当负载载电流变变化较大大时，相相应地要要求调整整管的基基极电流流也有较较大的变变化范围围，这部部分电流流要由放放大管的的集电极极来提供供，一般般三极管管不易达达到这样样的要求求。④输出电电压固定定，不能能调节。。⑤T2的C极电电阻RC接至电路路的不稳稳定的输输入端，，UI的变化，，通过RC加到T1的b极而而被放大大。IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2三、提高高稳压电电源性能能的措施施1、改变变取样比比以调节节输出电电压的范范围T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2显然，调调节Rw，可改变变取样比比，从而而使输出出电压U0得到调整整。或三、提高高稳压电电源性能能的措施施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR22、调整整管采用用复合管管例如：I0=1A，，T1的β=30，则则IB1≈Ie/β=1A/30=33mA。而T2的IC2约为1~2mA，因此此，不能能对T1进行有效效控制，，这就得得采用复复合管。。设β1=30，，β2=50，，则ββ1β2=1500这时调整整管的基基极电流流只需三、提高高稳压电电源性能能的措施施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR23、说明明：（1）若若两只管管子组成成的复合合管还不不能满足足要求，，可用三三只或四四只管子子组成复复合管，，但此时时会产生生穿透电电流过大大的问题题。（2）T1通常选用用大功率率管，为为了充分分利用管管子，一一般都加加有散热热片。两只电阻阻起平衡衡作用（3）在在一个大大功率管管不能负负担输出出电流时时，可采采用两管管或多管管并联运运用。CBE1.比比较放放大级采采用差动动放大器器或集成成运放2.调整整管采用用复合三三极管3.采采用辅辅助电源源(比较较放大部部分的电电源)4.用用恒流流源负载载代替集集电极电电阻以提提高增益益5.内内部加短短路和过过热保护护电路RCT1T2UZR3RW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成稳稳压电源源三、提高高稳压电电源性能能的措施施3、说明明：（4）其其它措施施三、提高高稳压电电源性能能的措施施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，，R1=R2=200ΩR3=1k，，RC3=2k（1）要要使Rw滑到最下下端时，，U0=15v，Rw应为多少少？（2）当当Rw滑到最上上端时，，此时的的U0为多少？？（3）当当U0=15v，I0=500mA时时，求通通过RC3的电流IRC3和流过稳稳压管的的电流IZ？三、提高高稳压电电源性能能的措施施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，，R1=R2=200ΩR3=1k，，RC3=2kT1~T3都工作于于放大区区，其中中，T1、T2组成复合合管，其其电流放放大系数数ββ=ββ1β2=20××50=1000T1管的基极极电位：：UB3=UZ+UBE3=5.3v+0.7v=6V调节Rw的滑动端端，可改改变输出出U0，当Rw的滑动端端往下调调，则T2管的基极极电位UB2=UI－IRC3RC3愈高，T1管的管压压降UCE1愈小，输输出电压压U0愈高。反之，Rw的滑动端端往上调调，U0愈低。三、提高高稳压电电源性能能的措施施例：当Rw的滑动端端往下调调到最下下端时，，电路满满足由此可解解得：T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，，R1=R2=200ΩR3=1k，，RC3=2k（1）要要使Rw滑到最下下端时，，U0=15v，Rw应为多少少？当Rw的滑动端端往上调调到最上上端时，，电路满满足即三、提高高稳压电电源性能能的措施施例：T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，，R1=R2=200ΩR3=1k，，RC3=2k（2）当当Rw滑到最上上端时，，此时的的U0为多少？？（3）因因T1、T2均工作于于放大区区，其发发射结电电压均为为0.7v左右右，故通通过RC3的电流流过稳压压管的电电流IZ=IR3+IE3IE3≈IC3=IRC3－IB2三、提高高稳压电电源性能能的措施施例：T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，，R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k流过取样电阻阻上的电流近近似为（忽略略IB3）代入数值可得得：IB2≈0.54mA，IE3=1.26mA，IZ=11mA6