直流稳压电源17460演示教学
第二节 直流稳压电源,主要内容: 1.1 小功率整流滤波电路 1.2 串联反馈式稳压电路 基本要求: 1.1 掌握单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算 1.2 了解带放大器的串联反馈式稳压电路的稳压原理及输出电压的计算，三端集成稳压电源的使用方法及应用 教学要点： 重点介绍单相桥式整流电容滤波电路的工作原理及各项指标的计算，介绍串联反馈式稳压电路及三端集成稳压电路的稳压原理,电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：,整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。,滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。,稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。 直流电源的方框图如图15.01所示。,1.1.1 单相桥式整流电路,(1) 工作原理 单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图15.02（a）所示。,（a）桥式整流电路 （b）波形图,图15.02 单相桥式整流电路,根据图15.02（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为,（2）参数计算,流过负载的平均电流为,流过二极管的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,1.1.2 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。,一、电容滤波电路,1、空载时的情况,输出电压为 U2，二极管承受的最高反向电压URM=2 U2,2、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<，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。,（2）输出电流的平均值大 UL由放电时间常数决定 =RLC, RLCUL,一般取 RLC（35）T （半波整流）,RLC（35）T/2 （全波整流）,此时，输出电压的平均值为,通常取 来估算。,（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,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。,4、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,4、电路参数的近似估算,（2）滤波电容的估算,耐压：,（3）变压器次级参数的估算,U2=U0/1.2 （全波整流） I2=（1.52）I0,5、小结,二、电感滤波电路,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。,三、电感滤波电路,特点： （2）导通角=，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。,1.2 串联反馈式稳压电路,1.2.1 稳压电源概述 1.2.2 线性串联型稳压电源 1.2.3 集成稳压电源（三端集成稳压器及其应用）,引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，参见图16.01。,一、引起输出电压不稳定的原因,负载电流的变化会 在整流电源的内阻上产生电压降， 从而使输入电压发生变化。,图16.01稳压电源方框图,即,1.2.2 线性串联型稳压电源,稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。,一、线性串联型稳压电路的工作原理,二、稳压电路的保护环节,一、线性串联型稳压电路的工作原理,(1) 线性串联型稳压电源的构成,线性串联稳压电源的工作原理可用图16.03来说明。,显然，VO =VI-VR，当VI增加时，R 受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。,在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图16.04所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。,图16.04 串联型稳压电路方框图,(2) 线性串联型稳压电源的工作原理,根据图16.04分两种情况来加以讨论。,1输入电压变化， 负载电流保持不变,输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得误差信号V。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。 VIVOVfVO1VCEVO,（动画16-2）,2负载电流变化，输入电压保持不变,负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。 ILVIVOVfVO1VCEVO,3.输出电压调节范围的计算,根据图16.04可知,VfVREF,调节R2显然可以改变输出电压。,（动画16-1）,1.2.3 集成稳压电源,特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路 类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V,一、集成稳压电路,1. 输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压 78 、负电压 79 ）,2. 可调式三端集成稳压器（正电压LM317、负电压LM337 ）,输出电压,一、集成稳压电路,1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端,1、W7800系列稳压器外形及接线图,+1V,+5V,注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！,二、集成稳压电路的应用,1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端,2、W7900系列稳压器外形及接线图,-1V,-5V,二、集成稳压电路的应用,U1=220V U2=8V,UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V,二、集成稳压电路的应用,3、实际应用接线图,4. 可调式应用举例,二、集成稳压电路的应用,三、三端集成稳压器,(1) 概述 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路符号见图16.07，外形如图16.08所示。,图16.07 集成稳压器符号,要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。,(2) 线性三端集成稳压器的分类,三端集成稳压器有如下几种：,1.三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78-/CW78M-/CW78L- 2.三端固定负输出集成稳压器，国标型号为CW79-/CW79M-/CW79L- 3.三端可调正输出集成稳压器，国标型号为CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L- CW317-/CW317M-/CW317L- 4.三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L- CW337-/CW337M-/CW337L- 5.三端低压差集成稳压器 6. 大电流三端集成稳压器 以上1-为军品级；2-为工业品级；3-为民品级。 军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55150； 工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150； 民品级多为塑料封装，工作温度范围0125。,(3) 应用电路,三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图16.09所示。,可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25 V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。,16.09应用电路(固定),（4）利用三端集成稳压器组成恒流源,图16.11稳压器做恒流源,三端集成稳压器可 做恒流源使用,电路见 图16.11和16.12。,（5）可调式应用举例,本 章 小 结 直流稳压电源由整流电路、滤波电路和稳压电路组成。整流电路将交流电压变为脉动的直流电压，滤波电路可减小脉动使直流电压平滑，稳压电路的作用是在 电网电压波动或负载电流变化时保持输出电压基本不变。 整流电路有半波和全波两种，最常用的是单相桥式整流电路。分析整流电路时，应分别判断在变压器副边电压正、负半周两种情况下二极管的工作状态，从而得到负载两端电压、二极管端电压及其电流波形并由此得到输出电压和 电流的平均值，以及二极管的最大整流平均电流和所能承受的最高反向电压。 滤波电路通常有电容滤波、电感滤波和复式滤波，本章重点介绍了电容滤波电路。 稳压管稳压电路结构简单，但输出电压不可调，仅适用于负载电流较小且其变化范围也较小的情况。 在串联型稳压电源中，调整管、基准电压电路、输出电压取样电路和比较放大 电路是基本组成部分。电路中引入了深度电压负反馈，从而使输出电压稳定。 集成稳压器仅有输入端、输出端和公共端三个引出端，使用方便，稳压性较好。,
