第8章直流稳压电源

第8章直流稳压电源第一页，共55页。8.1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：第二页，共55页。一、直流稳压电源的作用三、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；第三页，共55页。8.2整流电路单相三相二极管可控硅桥式倍压整流半波全波本课主要介绍：单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流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：第四页，共55页。一、单相半波整流电路1、工作原理iDu2tuot设变压器输出电压：u2=sinωtu1

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+－第五页，共55页。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第六页，共55页。二、单相全波整流电路u1u2u2D1RLD2u2tuot电路分析：u0=第七页，共55页。三、单相桥式整流电路u2tuot正确利用二极管的引导作用u0=u1u2RL第八页，共55页。8.3滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）（c）型滤波电路滤波电路的结构特点:

电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。第九页，共55页。一、电容滤波电路

充电放电tuoDu1u2CRLuoi0

1、空栽时的情况输出电压为U2，二极管承受的最高反向电压URM=2U22、接负载的情况在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内冲得的电荷，所以充电电流较大。3、结论（1）二极管的导通角θ<π，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。第十页，共55页。一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi03、结论（2）输出电流的平均值大UL由放电时间常数决定τ=RLC∴RLC↑→UL↑∵一般取RLC≥（3~5）T（半波整流）RLC≥（3~5）T/2（全波整流）此时，输出电压的平均值为通常取来估算。第十一页，共55页。一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi03、结论（3）脉动系数小（按桥式整流电路计算，参见清华本）（4）电路的外特性一般情况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使用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。第十二页，共55页。一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi04、电路参数的近似估算（1）整流二极管的选择滤波电容的容量愈大，导通角愈小，通过二极管脉冲电流的幅度愈大，因此，整流管的幅值电流必须加以考虑。但流过整流管的平均电流：

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=第十三页，共55页。一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi04、电路参数的近似估算

（2）滤波电容的估算容量：C≥耐压：（3）变压器次级参数的估算U2=U0/1.2（全波整流）I2=（1.5~2）I0第十四页，共55页。一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi05、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第十五页，共55页。一、电容滤波电路例1、某电子设备需要直流电压U0=30v，I0=400mA的直流电流，若采用桥式直流，电容滤波电路，试选择直流元件和滤波电容。（1）选择二极管考虑到电容充电电流的冲击，选用最大直流电流为500mA、耐压为50v的整流二极管。（2）选电容选C=500μF，耐压为50v的电解电容。例2、一个全波整流、电容滤波电路中，U2=10v，C=1000μF，当RL=20Ω时，试求和S的值，整流管的压降和整流内阻可忽略。第十六页，共55页。二、RC—π型滤波电路U2C1C2RLR为了得到较大的R‘值，应使RL和R都比较大，但当R增大时，电阻上的整流压降增大，若C增大，则电容器的体积和重量增大，为了解决此矛盾，可采用两种方法：结论：在一定的ω之下，C2愈大、R'=R//RL愈大，则滤波效果愈好。LL的直流电阻小，交流阻抗大，将会使滤波效果得到改善。（1）采用LC—π型滤波电路第十七页，共55页。二、RC—π型滤波电路RLC2RLRC1U2（2）RC有源滤波电路T组成一个射极跟随器，RL两端的电压与C2两端的电压基本相等，R、C2组成串联电路，C1两端的直流电压全部加在C2两端，而交流电压加在R、C2两端，当选择很大的R时，C2两端的交流电压很小，即RL两端的交流电压很小。也可按下面的原则进行分析：T的c—e极间的电阻与RL串联，而T的c—e极间的交流电阻很大，直流电阻较小，故C1两端的交流电压主要降在c—e间，而直流电压主要降在RL上。第十八页，共55页。三、电感滤波电路u0Lωtωt工作原理：当忽略电感线圈的直流电阻时，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压相同。特点：（1）电感滤波电路的外特性是很平坦的，U0随I0增大而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。I00.9U2第十九页，共55页。三、电感滤波电路特点：（2）导通角θ=π，因而避免了过大的冲击电流。（3）输出电压没有电容滤波高。电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。（4）缺点：电感体积大，成本高，输出电压稍低。（5）为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。u0LωtωtI00.9U2C第二十页，共55页。8.4倍压整流电路

在实际应用中，有时需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。一、二倍压整流电路1、倍压原理u1u2D2C1D1C2RLU0－++－+－－+当正半周时：C1充电到当负半周时：C2充电到（当RL较大）2、讨论在实际电路中：RL较大，电流小，U0近似为二极管所承受的最高反向电压：UDRM=电容的耐压：第二十一页，共55页。二、三倍压整流电路u1u2D2C1D1C2RLU0－+u1－+－+－+－+(n为奇数)(n为偶数)倍压愈高，负载电流愈不能大。除第一个电容所承受的电压为外，其他每个电容所承受的电压均为每个二极管所承受的最高反向电压均为第二十二页，共55页。8.5硅稳压管稳压电路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、为什么要稳压电路1、当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压将要变化。2、当电网电压波动时，使整流滤波电路输出的直流电压不稳定。通常交流电网电压允许±10%的波动。二、稳压电路的主要指标第二十三页，共55页。3、电压调整率：当u2变化了10%时，输出电压的相对变化量。4、电流调整率：当i0从0变到最大时，输出电压的相对变化量。5、最大纹波电压：输出端存在的50Hz或100Hz的交流分量的有效值或峰——峰值。6、温度系数：电网电压和负载都不变时，由于温度变化而引起的输出电压的漂移。7、噪声电压：二、稳压电路的主要指标2、稳压系数Sr在负载固定时，输出电压的相对变化量与稳压电路输入电压的相对变化量之比，它反映了电网电压波动的影响，即第二十四页，共55页。（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗2、稳压二极管的参数:（1）稳定电压

UZ（2）电压温度系数U（%/℃）稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻1、特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处于反向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部分。三、稳压二极管+IUIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。UZ第二十五页，共55页。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、稳压电路UI=IR+UZ=IR+UO

IR=IZ+IO

UO=UZUZ少量的增加会使IZ增加较大。R：限流降压作用1、工作原理第二十六页，共55页。四、稳压电路2、电路元件参数的选择（1）选择稳压管：选稳压管时，主要满足U0，I0max和rZ的要求。通常按：UZ=UO，Izmax=(1.5~3)I0max初选管子。（2）决定输入电压UI：考虑电网电压允许10%的变化，所以在通常情况下取UI=(2~3)U0。（3）限流电阻的选择R的选择应使流过稳压管的电流IZ限制在IZmin~Izmax之间，保证管子正常工作。当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，它不能超过Izmax，即解得第二十七页，共55页。四、稳压电路若不满足上式，则说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围。2、电路元件参数的选择（3）限流电阻的选择当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，它不能低于Izmin，即解得则R的变化范围为：第二十八页，共55页。8.6串联型直流稳压电路一、电路的基本形式1、原始设想RUIU0RL若UI↑→使R↑→△UI都加在R上，若RL↓→使R↓→维持U0不变。iCuCEUoRLUiRDZ这个三极管是起调整作用的，故称为调整管。利用三极管代替可变电阻TRUIRLU0DZUZ基准电源调整管UOUI第二十九页，共55页。一、电路的基本形式TRUIRLU0DZUZ2、稳压原理RL↓→IL↑

电源内阻的影响

u0↓→ube↑→Ib↑→uce↓调整管之所以能够起调整电压的作用，关键在于用输出电压的变化量返回去控制调整管的基极电流。这种控制不灵敏，稳压性能不高。（1）当RL不变，UI变化时的稳压过程ube=uz－u0(uz基本不变)ui↑→u0↑→ube↓→Ib↓→Ic↓→uce↑u0↓u0=ui－uce（2）当ui不变，而RL变化（即IL变化）u0↓第三十页，共55页。TRUIRLU0DZUZ二、带有放大环节的稳压电路1、电路的组成IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2T1：调整管。相当于可变电阻R，起调压作用。DZ、R3：组成稳压电路，用来提高基准电压UZ。T2：起比较和放大信号的作用，RC是它的集电极负载，从T2取出的放大信号加到T1的基极。R1、R2：组成分压电路，取△U0的一部分，加到T2的基极，称为取样电路，n称为分压比。第三十一页，共55页。二、带有放大环节的稳压电路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR22、稳压过程RL↓或ui↓→u0↓→ub2↓→ube2↓→Ib2↓→Ic2↓→uce2↑→uc2↑ T2的放大倍数愈大，调整作用就愈强，输出电压就愈稳定。↓uce1↓←Ic1↑←ube1↑←ub1↑u0↑第三十二页，共55页。二、带有放大环节的稳压电路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

3、讨论（1）稳压的过程，实质上是通过负反馈使输出电压维持稳定的过程。（2）选用动态电阻小的稳压二极管做基准电压，以提高UZ的稳定性。（3）增大调整管和放大级的电流放大系数β1、β2。在要求高的稳压电源中，调整管可采用复合管，放大级可采用多级放大器。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。第三十三页，共55页。二、带有放大环节的稳压电路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

3、讨论（5）减小分压电阻R1、R2，使I1>>IB2，这样，当IB2变化时取样比n才能基本不变。但R1、R2不能过小，过小的分压电路，将浪费过多的电流，通常选择I1≥（5~10）IB2。（6）串联型稳压电路的基本组成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第三十四页，共55页。二、带有放大环节的稳压电路IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

3、讨论（7）电路的不足①流过稳压管的电流随U0而波动，使UZ不稳定，从而降低了稳压精度，T2的发射极电流也会影响UZ。②当温度变化时，由T2组成的放大环节将产生零点漂移，使U0稳定度变差。③当负载电流变化较大时，相应地要求调整管的基极电流也有较大的变化范围，这部分电流要由放大管的集电极来提供，一般三极管不易达到这样的要求。④输出电压固定，不能调节。⑤T2的C极电阻RC接至电路的不稳定的输入端，UI的变化，通过RC加到T1的b极而被放大。第三十五页，共55页。IC1T1RCIRIb1R3R1Ib2I1UIT2RLU0UZR2

三、提高稳压电源性能的措施1、改变取样比以调节输出电压的范围T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2显然，调节Rw，可改变取样比，从而使输出电压U0得到调整。或第三十六页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR22、调整管采用复合管例如：I0=1A，T1的β=30，则IB1≈Ie/β=1A/30=33mA。而T2的IC2约为1~2mA，因此，不能对T1进行有效控制，这就得采用复合管。设β1=30，β2=50，则β1β2=1500这时调整管的基极电流只需 第三十七页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR23、说明：（1）若两只管子组成的复合管还不能满足要求，可用三只或四只管子组成复合管，但此时会产生穿透电流过大的问题。（2）T1通常选用大功率管，为了充分利用管子，一般都加有散热片。两只电阻起平衡作用（3）在一个大功率管不能负担输出电流时，可采用两管或多管并联运用。CBE第三十八页，共55页。1.比较放大级采用差动放大器或集成运放2.调整管采用复合三极管3.采用辅助电源(比较放大部分的电源)4.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益5.内部加短路和过热保护电路R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2集成化集成稳压电源三、提高稳压电源性能的措施3、说明：（4）其它措施第三十九页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（1）要使Rw滑到最下端时，U0=15v，Rw应为多少？（2）当Rw滑到最上端时，此时的U0为多少？（3）当U0=15v，I0=500mA时，求通过RC3的电流IRC3和流过稳压管的电流IZ？第四十页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2kT1~T3都工作于放大区，其中，T1、T2组成复合管，其电流放大系数β=β1β2=20×50=1000T1管的基极电位：UB3=UZ+UBE3=5.3v+0.7v=6V调节Rw的滑动端，可改变输出U0，当Rw的滑动端往下调，则T2管的基极电位UB2=UI－IRC3RC3愈高，T1管的管压降UCE1愈小，输出电压U0愈高。反之，Rw的滑动端往上调，U0愈低。第四十一页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7v，UZ=5.3vUI=20v，β1=20β2=50，R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（1）要使Rw滑到最下端时，U0=15v，Rw应为多少？第四十二页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（1）当Rw的滑动端往下调到最下端时，电路满足由此可解得：第四十三页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（2）当Rw的滑动端往上调到最上端时，电路满足即第四十四页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（3）因T1、T2均工作于放大区，其发射结电压均为0.7v左右，故通过RC3的电流流过稳压管的电流IZ=IR3+IE3IE3≈IC3=IRC3－IB2第四十五页，共55页。

三、提高稳压电源性能的措施T1RC3T2R3R1UIT3RwRLU0DZR2例：UBE3=0.7vUZ=5.3vUI=20vβ1=20β2=50R1=R2=200ΩR3=1k，RC3=2k（3）因T1、T2均工作于放大区，其发射结电压均为0.7v左右，故通过RC3的电流流过取样电阻上的电流近似为（忽略IB3）代入数值可得：IB2≈0.54mA，IE