西安交大模电课件第10章直流稳压电源
10.1 概述,10 直流稳压电源,直流稳压电源的组成方框图,波形图,波形图,10.2 单相整流及电容滤波电路,10.2.1 单相桥式整流电路,1. 电路组成,1. 工作原理,a. 当u20时,输出波形,电流流动方向,D1,D2,D4,D3,b. 当u20时,输出波形,电流流动方向,D1,D2,D4,D3,2. 信号波形,输入电压,输出电压,输出电流,输入电压,二极管D1、D3电流,二极管D2、D4电压,3. 主要性能指标,（1） 整流输出直流电压,因为输出电压,输出直流电压,（2）输出电压纹波因数,定义,式中,Uor输出电压中各次谐波电压有效值的总和,UO输出电压的平均值,对于全波整流电路,由于,故,（3）整流二极管的正向平均电流,（4）整流二极管的最高反向电压,1. 电路组成,10.2.2 电容滤波电路,(1) 当C=0时,2 . 工作原理,2,3,4,u2,t,0,输入电压,输出电压波形,桥式整流电路,输出电压,输出电压波形,由于电容器的充电时间常数,(2) 当C0、RL=时,2,3,4,u2,t,0,输入电压,(3) 当C0、RL 时,电容器的充电时间常数,输出电压,2,3,4,u2,t,0,输入电压,ro,uO =uCu2,输出电压,2,3,4,u2,t,0,输入电压,ro,当C充电到最高点时，,C将通过RL开始放电。,二极管D1、D3将截止，,电容器的放电时间常数,由于2较大，放电比较缓慢,2,3,4,u2,t,0,输出电压,0,2,3,4,t,ro,当|u2|uC时,C又开始充电，直到最大值。,二极管D2、D4导通,2,3,4,u2,t,0,ro,输出电压,0,2,3,4,t,0,2,3,4,t,周而复始,输出电压,2,3,4,u2,t,0,输入电压,ro,可画出输出电压波形,C放电,C充电,D截止,D导通,3电容滤波电路的外特性及主要参数估计,（1）电容滤波电路的外特性,C=0,C小,C大,a. C越小，uO(AV)越小，纹波越大。,b. iO越大, uO(AV)越小。,外特性特点：,电容滤波电路适用于负载电流比较小或基本不变的场合。,结论： 外特性差,（3） 输出电流平均值,（2） 输出电压平均值,一般取,若,（4） 整流二极管的平均电流,(b) 二极管导通时，有冲击电流。,(a) 比无滤波电容时的平均电流大。,二极管电流的特点：,二极管电流波形,考虑二极管内阻时输出电压波形,放电时间常数越大，越小，冲击电流越大。,(c) 冲击电流与二极管的导通角()有关。,（5）整流二极管的最高反向电压,2型滤波电路,LC型滤波电路,RC型滤波电路,在图所示的电烙铁供电电路中，试分析以下几种情况各属于什么供电电路？输出电压多高？哪种情况下电烙铁温度最低？为什么？,（1） S1、 S2均闭合。 （2） S1、 S2均分断。 （3） S1闭合， S2分断。 （4） S1分断， S2闭合。,思 考 题,10.3.1 稳压电路的功能和性能指标,1稳压电路的功能,稳定输出直流电压。,2稳压电路的主要性能指标,（1）稳压系数,10.3 串联反馈型线性稳压电路,（2）电压调整率,（3）输出电阻,（4）电流调整率,（5）输出电压的温度系数,以上系数越小，输出电压越稳定,10.3.2 串联反馈型线性稳压电路的工作原理,1电路组成,基准环节,比较放大环节,调整环节,取样环节,2稳压原理,3输出电压,4调整管参数选取原则,（1） ,（2）,（3）,（4） 电路正常工作时，UCE=35V,5限流保护电路,工作原理,（2）当Io增大, T2导通。IB1减小，限制了Io的增大。,（1）当IO较小时，URUBE2, T2截止，电路正常工作。,电路外特性,保护电路,1. 电路组成,10.3.3 高精度基准电压源,微电流源,温度补偿电路,(自学）,2. 工作原理,图中,由此可得,合理地选择IC1/IC2和RC2/RE2的值，使正温度系数的电压IC2RC2正好补偿负温度系数电压的UBE3，可获得零温度系数的基准电压。,基准电压为,式中,Ug0为硅材料在0K时禁带宽度(能带间隙)的电压值。,2. 主要特点：,10.3.4 集成三端稳压器,1. 电路主要组成部分,(1) 串联反馈型线性稳压电路,(2) 高精度基准电压源,(3) 过流、过热保护等电路,(2) 外接元件少,(1) 工作可靠,(3) 使用方便,3. 外形图,1脚输入端,3脚输出端,2脚公共端,外形图,4. 分类, 输出电压的标称值,5. 固定式集成三端稳压器的型号,a. 78××（输出正电压）系列,b. 79××（输出负电压）系列,输出电压种类,5V、6V、9V、12V、15V和24V等,6. 稳压器电路符号,7. 固定式三端稳压器的典型接法,a. 78系列,C1 防止自激振荡,C2 减小高频干扰,C3 减小输出纹波和低频干扰,b. 79系列,a. 输出正、负电压的稳压电路,8. 固定式三端稳压器的应用电路,b . 提高输出电压,忽略公共端电流IQ,c. 扩大输出电流,式中,若=10， R1=0.5 , |UBE|=0.3V, I'o=1A。则,图中,具有抗饱和电路的低压差线性集成稳压器简化原理电路,10.3.5 高效率低压差线性集成稳压器,1. 指出图示稳压电路中的错误，说明原因并改正之。,思 考 题,2. 串联型稳压电源主要由哪几部分组成？调整管是如何使输出电压稳定的？,10.4 开关型稳压电路,线性稳压电路的主要特点：,（1） 电压稳定度高,（2） 纹波电压小,（3） 响应速度快,（4） 电路简单,（5） 调整管的功耗大,（6） 功率变换效率低,开关型稳压电路的主要特点：,（1）调整管的工作于开关状态，功耗低,（2）功率变换效率高,（3）体积小、重量轻,（4）可以省去电源变压器,（5） 输出纹波大,降压型开关稳压电路的工作原理,1. 降压型开关稳压电路,开关管,续流二极管,储能电感,滤波电容,控制脉冲,控制脉冲的特点,来自反馈控制电路,周期T恒定,2. 工作原理,(1) 当控制脉冲为高电平(Ton期间)时,T饱和导通,D截止,CO充电、L储能,(2) 当控制脉冲为低电平(Toff期间)时,T截止,D导通,CO、L放能,UI,UO,（3）工作波形,射极电压uE,输出电压uO,电感电流iE,占空比,输出直流电压,3. 输出电压UO,4. 反馈控制的降压型开关稳压电源方框图,思 考 题,1. 为什么说在开关型稳压电源中，调整管饱和导通时间越长，输出电压越高？,例1. 某稳压电源如图所示,试问： （1）输出电压UO 的极性和大小如何? （2）电容器C1和C2的极性如何? （3）如将稳压管接反，后果如何? （4）如R=0，又将产生怎样的后果?,练习题,UO,解:（1）UO=15V，极性上“”下“”。,（2）C1和C2的极性均为上“”，下“”。,（b）可能造成二极管和稳压管也被烧坏。,（3）稳压管接反的直接后果是:,（a）输出电压UO0;,(b) 当稳压管烧坏造成短路时,二极管电流过大也会被烧坏。,(a) UI UZ 、IZIZmax，稳压管首先可能烧坏。,（4）如R=0,则,例2 试求图示电路的输出电压UO 的可调范围。,解 由题意知，运算放大器处于线性状态，根据“虚短”的概念，由图可得,故,当 时,当 时,即 的可调范围为 。,例3 运算放大器组成的稳压电路如图所示。图中输入直流电压UI=30V，调整管T的=25,运算放大器的开环增益为100dB、输出电阻为100W, 输入电阻为2MW ，稳压管的稳定电压UZ=5.4V，稳压电路的输出电压近似等于9V。在稳压电路工作正常的情况下，试问：,（1）调整管T的功耗PT和运算放大器的输出电流等于多少？,（2）从电压串联负反馈电路详细分析计算的角度看，该稳压电路的输出电压能否真正等于9V?如不能，输出电压的精确值等于多少？,（3）在调整管的集电极和基极之间加一只5.1kW的电阻R4（如图中虚线所示），再求运算放大器的输出电流； （4）说明引入电阻R4的优点。,解 （1）调整管功耗,运算放大器的输出电流IAO即为调整管的基极电流IB,（2）由于电路中运放的电压放大倍数是有限值，所以UO只能近似等于9V。按负反馈电路增益计算方法可得闭环增益,(c) 增加电阻R4后，流过R4的电流I4为,运放的输出电流 为,（d） R4接入后减小了运放A的输出电流，从而降低运放的功率损耗。但是运放A对调整管的基极电流的控制作用则有所削弱。,补充：模拟电子电路读图,读图的思路和步骤： 1）了解用途 2）化整为零 3）分析功能 4）统观整体,P236 7.23,
