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1、第十九章 直流穩(wěn)壓電源 返回 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 電工學(xué)教研室 19.1 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能 19.5 集成穩(wěn)壓電源 19.3 濾波電路 19.2 整流電路 19.4 穩(wěn)壓電路 返回 目 錄 直流穩(wěn)壓電源的作用 從交流電源變換成平滑而穩(wěn)定的直流電。 直流穩(wěn)壓電源廣泛應(yīng)用于 1. 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中 2. 國防軍事中 3. 科學(xué)實(shí)驗(yàn)中 4. 日常生活中 返回 19.1 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能 一 . 組成 直流穩(wěn)壓電源由 變壓器 、 整流電路 、 濾波電路 和 穩(wěn)壓電路 四 部分構(gòu)成。 變 壓 電 路 整 流 電 路 濾 波 電 路 穩(wěn) 壓 電 路1uto 交 流 電 網(wǎng) 電 壓 t2uo toF

2、u 直 流 負(fù) 載to Ru tooU 返回 電源變壓器 : 將交流電網(wǎng)電壓 u1變?yōu)楹线m的交流 電壓 u2。 整流電路 : 將交流電壓 u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓 uR。 濾波電路 : 將脈動(dòng)直流電壓 uR轉(zhuǎn) 變?yōu)檩^平滑的直 流電壓 uF。 穩(wěn) 壓電路 : 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響 ,保持 輸出直流電壓 U0的穩(wěn)定。 19.1 直流穩(wěn)壓電源的組成和功能 二 . 功能 返回 以下主要介紹小功率電源中常用的前三種電路。 19.2 單相整流電路 整流電路的任務(wù) 利用半導(dǎo)體單向?qū)щ娫呀涣麟妷恨D(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直 流電壓。 整流電路的種類 整流電路有單相半波、全波、橋式和倍壓整流；三相 半波、三相橋式全

3、波整流等多種電路。 為分析簡單起見，我們 把二極管當(dāng)作 理想元件 處理 ， 即 二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無窮大 。 返回 19.2.1 單相半波整流電路的工作原理 2u1u T D ouoii LR b a 電路組成 1uto t2uo toou 當(dāng) u20 時(shí)， 二極管導(dǎo)通。 如果 忽略二極管正向壓降 ， 則 ： uo=u2 導(dǎo)通 iD=io=uo/RL 返回 19.2.1 單相半波整流電路的工作原理 2u1u T D ouoii LR b a 電路組成 t2uo to ou1uto 當(dāng) u20 時(shí)， 二極管 D1、 D3 導(dǎo)通。 返回 2u1uT D 4 ou oiDi LR

4、b a D 1 D 3 D 2to2u toou 單相橋式全波整流電路工作原理 當(dāng) u20, D1導(dǎo)通，D2截止； 輸出 uo為全波整流波形。 當(dāng) u20, D2導(dǎo)通，D1截止。 返回 2 o 2 2 2 0 122 s i n d 0 . 9 2 U U t t U U 單相全波整流電路輸出電壓波形 單相全波整流電路輸出電壓平均值 單相全波整流電路輸出電流平均值 2 o L 0.45 UI R 返回 D 2 o L 1 0 .4 5 2 UII R 單相全波整流電路 二極管上承受的最高反向 電壓： D R M 222UU 單相全波整流電路中二極管的平均電流和 輸出電流： 2u1u T D 1

5、 ouoi Di LR b a D 2 2 返回 思考： 單相橋式全波整流 與 單相全波整流 異同 單相橋式 全波整流 單相全波 整流 變 壓器 二極管反向電壓 輸出電壓波形 整流元件數(shù)量 二極管平均電流 輸出電壓平均值 無中心 抽頭 4 全波 有中心抽頭 2 22U 222U O 1 2I O 1 2I 20.9U 20.9U 全波 ？ 實(shí)際中單相橋式整流應(yīng)用較多。 返回 單相橋式整流電路中的整流電橋可由四 個(gè)整流二極管組成，也可直接用集成的 整流 橋塊 代替。 整流橋塊 二極管橋 選擇整流元件的主要指標(biāo)： 1. 平均整流電流 2. 反向耐壓 返回 整流橋?qū)嵨?照片 返回 2u1uT D 4

6、 ouLR D 1 D 3 D 2 2u1u T ouLR 返回 19.3 濾波電路 濾波的基本概念 : 交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直 流 ， 其中既有直流成分又有交流成份 。 濾波電路 就是利用儲(chǔ)能元件 電容 兩端的電壓 (或通過 電感 中 的電流 )不能突變的特性 , 將 電容 與負(fù)載 RL并聯(lián) (或 將 電感 與負(fù)載 RL串聯(lián) )， 濾掉整流電路輸出電壓中 的交流成份 ， 保留其直流成份 ， 達(dá)到平滑輸出電 壓波形的目的 。 這一過程稱為 濾波 。 返回 19.3.1 電容濾波電路 一、濾波電路 1. 單相半波整流電容濾波電路 2u1u T D ouoii LR b a C +

7、 返回 2. 單相橋式整流電容濾波電路 2u1u T D 4 ouLR D 1 D 3 D 2 C 一、濾波電路 返回 半波整流濾波電路（ C=100UF）波形圖 整流二極管中 的電流 濾波輸出電壓 返回 半波整流濾波電路（ C=470UF）波形圖 整流二極管中的 沖擊電流 濾波輸出電壓 返回 半波整流濾波電路（ C=1000UF）波形圖 二極管沖擊電流 濾波輸出電壓 返回 半波整流濾波電路（ C=3300UF）波形圖 二極管沖擊電流 濾波輸出電壓 返回 半波整流濾波電路（ C=6800UF）波形圖 二極管沖擊電流 濾波輸出電壓 返回 全波整流濾波電路（ C=100UF）波形圖 輸出電壓 二極

8、管沖擊電流 返回 全波整流濾波電路（ C=470UF）波形圖 二極管沖擊電流 濾波輸出電壓 返回 全波整流濾波電路（ C=1000UF）波形圖 二極管沖擊電流 濾波輸出電壓 返回 全波整流濾波電路（ C=3300UF）波形圖 濾波輸出電壓 整流二極管中 的沖擊電流 返回 全波整流濾波電路（ C=6800UF）波形圖 整流二極管中 的沖擊電流 濾波輸出電壓 返回 一般取 L ( 3 5 ) 2TRC (T為電源電壓的周期 ) 近似估算 : U0=1.2U2 (2) 流過二極管瞬時(shí)電流很大 RLC越大 U0越高 ,負(fù)載電流的平均值越大 整流管導(dǎo) 電時(shí)間越短 iD的峰值電流越大。 一般選管時(shí)，取 0

9、0 DF L 1( 2 3 ) ( 2 3 ) 22 IUI R 二、 電容濾波電路的特點(diǎn) (1) 輸出電壓 U0與時(shí)間常數(shù) RLC有關(guān) RLC愈大 電容器放電愈慢 U0(平均值 )愈大。 返回 輸出波形隨負(fù)載電阻 RL或 C的變化而改變 ,U0和 S也隨 之改變。 如 :RL愈小 (Io越大 ),Uo下降多 , S增大。 (3) 輸出特性 (外特性 ): 1.4U2 0.9U2 Uo 0 Io 電阻負(fù)載 有電容 濾波 電阻負(fù)載 無電容 濾波 返回 結(jié)論 （ 1） 并聯(lián)電容濾波后，輸出電壓直流成份（即輸出電壓 平均值）提高了；脈動(dòng)成份降低了（即輸出波形平滑）。 通過以上半波、全波整流電容濾波電

10、路 的波形圖和分析可以看出： （ 3） 輸出電壓隨輸出電流（負(fù)載電流）增大而下降較快， 輸出特性較軟。 （ 4）濾波電容愈大，濾波效果愈好，但整流二極管的導(dǎo) 通時(shí)間愈短，其中的電流沖擊也愈大。 （ 2） 電容放電時(shí)間常數(shù) RLC愈大，放電愈慢， 輸出電壓 愈 高，脈動(dòng)愈小，濾波效果愈好。 電容濾波電路適用于輸出電壓較高 ,負(fù)載電流 較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。 返回 19.3.2 電感濾波 在橋式整流電路與負(fù)載間串入一電感 L 就構(gòu)成了電感 濾波電路。 一、電感濾波電路結(jié)構(gòu) 2u1u T ou LR L 返回 二、電感濾波原理 對(duì)直流分量 (f=0): XL=0 ,L相當(dāng)于短路 ,電壓大部分降在

11、 RL 上。 U0=0.9U2 當(dāng)忽略電感線圈的直流電阻時(shí)，輸出平均電壓約為： 對(duì)諧波分量 : f 越高 ,XL越大 ,電壓大部分降在 XL上 。 因 此 ,在輸出端得到比較平滑的直流電壓 。 三、電感濾波的特點(diǎn) 整流管導(dǎo)電角較大 ,峰值電流很小 ,輸出特性比較平坦 , 適用于低電壓大電流 (RL較小 )的場(chǎng)合 。 缺點(diǎn)是電感鐵芯笨重 , 體積大 ,易引起電磁干擾 。 返回 19.3.3 LC型 、 型 濾波 為了進(jìn)一步改善濾波特性 ， 可采取多級(jí)濾波的辦法 , 如 在電容濾波后再接一級(jí) RC濾波電路 ， 或在電感濾波后面再接 一電容 。 從而構(gòu)成 LC型或 RC- 、 LC-型濾波電路 ，

12、其性能 及應(yīng)用場(chǎng)合分別與電容濾波和電感濾波相似 。 L-C 型濾波 電路結(jié)構(gòu) 2u1u T ou LR + CL 返回 RC- 型濾波 電路結(jié)構(gòu) 2u1u T ou LR + + R1C 2C RC- 型濾波 電路特點(diǎn) R愈大， C2愈大，濾波效果愈好。但 R太大，將使直 流壓降增加。 主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很 小的場(chǎng)合。 返回 LC- 型濾波 電路結(jié)構(gòu) 2u1u T ou LR + + 1C 2C L LC- 型濾波 電路特點(diǎn) 濾波效果比 LC濾波器更好，但整流二極管中的沖 擊電流較大。 電感線圈體積大而笨重、成本高。 返回 19.4 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓管 穩(wěn)壓電路 開關(guān)型

13、穩(wěn)壓電路 線性 穩(wěn)壓電路 常用穩(wěn)壓電路 (小功率設(shè)備 ) 在小功率設(shè)備中常用的穩(wěn)壓電路有 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 、 線性穩(wěn)壓電路 和 開關(guān)型穩(wěn)壓電路 等。其中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作 為電源使用。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率較高，目前用的也比較 多，但因?qū)W時(shí)有限，這里不做介紹。以下主要討論線性穩(wěn) 壓電路。 返回 穩(wěn)壓電路的主要性能指標(biāo) 1、穩(wěn)壓系數(shù) S 穩(wěn)壓系數(shù) S用來 反映電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響 。 定義為當(dāng) 負(fù)載固定時(shí) ， 輸出電壓的相對(duì)變化量與輸入電壓的相對(duì)變化量之比 。 0I 0I S UUUU 2、輸出電阻 Ro 輸出電阻 Ro用來 反映穩(wěn)壓電路受負(fù)載

14、變化的影響 。 定義為當(dāng)輸 入電壓固定時(shí)輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比 。 它實(shí)際上就是 電源戴維南等效電路的內(nèi)阻 。 穩(wěn)壓電路的主要作用 為負(fù)載提供不隨電源電壓波動(dòng)和負(fù)載波動(dòng)影響的穩(wěn) 定的輸出電壓。 o o o Ui UR I 常數(shù) 返回 19.4.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 一、電路結(jié)構(gòu) 2u1u T LRZIRI RU OUoICR ZDiU ZU 返回 二、工作原理 在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓區(qū)，電流變化較大時(shí)，穩(wěn)壓管兩端電壓變化較小。 1. 電網(wǎng)電壓波動(dòng) 1 2 o Z R R ou u U I I U U 2. 負(fù)載波動(dòng) L o R R o Z R oR I I U U I U U 通過調(diào)節(jié) R上

15、的壓降來達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓 Uo的目的。 2u1u T LR ZIRI RU OU oI C R ZD iU ZU 返回 三、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：電路簡單，元件少。 缺點(diǎn)：穩(wěn)壓效果不太好，輸出電壓不可調(diào)。 四、穩(wěn)壓管選擇辦法 ZoUU OZ m a x m a x1 . 5 3II io23UU 五、限流電阻 R 的選擇原則 im a x Z Z m in Z m a x UU IIR 2. 返回 19.4.2 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路由四個(gè)主要部分組成： 1、 基準(zhǔn)電壓環(huán)節(jié) 2、 比較放大環(huán)節(jié) 3、 取樣環(huán)節(jié) 4、 調(diào)整環(huán)節(jié) 一、電路結(jié)構(gòu)的一般形式 比 較 放 大 電 壓

16、調(diào) 整 電 壓 取 樣 基 準(zhǔn) 電 壓 LR1R2R oUiU R EFU fU PRT BU 返回 調(diào)整元件 T與負(fù)載串聯(lián) ， 通過全部負(fù)載電流 。 比較放 大器 可以是單管放大電路或集成運(yùn)算放大器 。 調(diào)整元件 可 以是單個(gè)功率管 ， 復(fù)合管或用幾個(gè)功率管并聯(lián) 。 基準(zhǔn)電壓 可由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成 。 取樣電路 取出輸出電壓 UO的一 部分和基準(zhǔn)電壓相比較 。 因調(diào)整管與負(fù)載接成射極輸出器形式 ， 為深度串聯(lián)電 壓負(fù)反饋 ， 故稱之為 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路 。 比 較 放 大 電 壓 調(diào) 整 電 壓 取 樣 基 準(zhǔn) 電 壓 LR1R2R oUiU REFUfU PRT BU 二、電路的組成

17、返回 一、一種實(shí)際的晶體管串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源 二 、穩(wěn)壓原理 Uo Uf UBE2=（ Uf -UZ） UC2 Uo 當(dāng) Ui增加或輸出電流減小使 Uo升高時(shí)： PR1R2R LRZD ZU fUCE1UCE 2U 1T 3R4R 2T oUP1P2iU 返回 三 、輸出電壓的確定和調(diào)節(jié)范圍 22 1 2 P 1 2 P O Z B E 2 Z P 2 P 2 1 2 P O m a x Z B E 2 2 1 2 P O m in Z B E 2 P2 R R R R R R R U U U U R R R R R R R U U U R R R R U U U R 4、調(diào)整管 rce愈大越

18、好 (rce小則 Ui引起的 Uo大 )。 四 、影響穩(wěn)壓特性的主要因素 1、比較放大部分的 AV和電壓反饋系數(shù) F 愈大越好； 2、基準(zhǔn)電壓愈穩(wěn)定越好； 3、放大部分的電源愈穩(wěn)定越好； 調(diào)節(jié) RP可改變 Uo達(dá)到 調(diào)壓的目的。 穩(wěn)壓實(shí)質(zhì)：通過負(fù)反饋使輸出電壓穩(wěn)定。 返回 在運(yùn)放理想條件下 (AV= ri= )： 1 P 1 o R R 2 P 2 +1( 1 ) + RRU U U R R F 五、選用增益高的集成運(yùn)放作為放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓 電源 PR 1R 2R LRRU fU CEUTR oUP1P2iU 返回 六、存在的缺點(diǎn) 串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電源外圍元件較多；另 外，調(diào)整管工作在線

19、性放大區(qū) ,當(dāng)負(fù)載電流 較大時(shí)，其損耗 (P=UCEIo)大；電源的效率 為 ( =Po/Pi=UoIo/UiIi)較低。 為了提高效率，可采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源。 返回 19.5 集成穩(wěn)壓電源 19.5.1 集成穩(wěn)壓電源簡介 三端集成穩(wěn)壓器的硅片封裝在普通功率管的外殼內(nèi) ， 電路內(nèi)部附有短路和過熱保護(hù)環(huán)節(jié) 。 隨著半導(dǎo)體工藝的發(fā)展 ,現(xiàn)在已生產(chǎn)并廣泛應(yīng)用的 單片集成穩(wěn)壓電源 ， 具有體積小 ,可靠性高 ,使用靈活 , 價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn) 。 最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入 ， 輸 出和公共引出端 ,故稱之為 三端集成穩(wěn)壓器 。 本節(jié)主要介紹常用的 7800、 7900系列 固定輸出式 三 端集成穩(wěn)壓器

20、組件及其應(yīng)用 ， 其內(nèi)部也是串聯(lián)型晶體管 穩(wěn)壓電路 。 根據(jù)輸出端電壓是否可調(diào)可分為 固定輸出式 和 可變輸 出式 兩類。 返回 分類 正穩(wěn)壓 7800系列 負(fù)穩(wěn)壓 37系列 正穩(wěn)壓 17系列 負(fù)穩(wěn)壓 7900系列 三端集成穩(wěn)壓器 固定式 可調(diào)式 注意： 7800/7900系列型號(hào)后兩位數(shù)字 XX 代表輸出電壓值。 返回 三端集成穩(wěn)壓器實(shí)物照片 返回 三端集成穩(wěn)壓器管腳排列 78系列輸出 正 電壓 79系列 輸出 負(fù) 電壓 1 3 2 78 1 3 2 797805 5V 7806 6V 7808 8V 7809 9V 7810 10V 7812 12V 7815 15V 7818 18V 7

21、824 24V 7905 5V 7906 6V 7908 8V 7909 9V 7910 10V 7912 12V 7915 15V 7918 18V 7924 24V 輸 入 輸 出 公 共 端 輸 入 輸 出 公 共 端 返回 一、輸出為固定正電壓的電路 19.5.2 應(yīng)用電路 輸出為固定正壓時(shí) 7800系列穩(wěn)壓器的基本接線圖 如圖所示。 注意：輸入與輸出端之間的電壓差不得低于 3V！ 7 8 X XiU iC oC1 2 3 oU 0.1 1 F1F+ + - - 返回 二 、輸出正、負(fù)電壓的電路 7 8 X XiC oC1 2 3 oU1F + + - -iC oC 1 2 3 oU0

22、 .3 3 F1F+ + - - 2uT 2u1u 79X X 0 .3 3 F 返回 UXX: 為 78XX固定輸出電壓 ，則 Uo=UXX+UZ 三 、提高輸出電壓的電路 7 8 X XiU iC oC 1 2 3 RXXU ZU ZD oU 返回 運(yùn)算放大器作為電壓跟隨器使用 , 它的電源借助于穩(wěn)壓 器的輸入直流電壓。由于運(yùn)放的輸入阻抗很高 ,輸出阻抗很 低，可以克服穩(wěn)壓器輸出電流變化的影響。 四、 輸出電壓可調(diào)式電路 用三端穩(wěn)壓器也可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓可調(diào)，下圖是用 7805 組成的 7 30V可調(diào)式穩(wěn)壓電源。 7805iU iC oC 1 2 3 2R oU0 .3 3 F1F33 V 110 K 返回 2 O X X 1 ( 1 ) R UU R (式中， UXX=5V) 穩(wěn)壓電路輸出 Uo可用下式表示 : 通過調(diào)節(jié)電位器滑動(dòng)端可以得到不同的輸 出電壓。 返回 結(jié) 束 第 19 章 返回