模拟电路第十章.ppt

10 直流稳压电源,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所示10.1 小功率单相整流滤波电路 10.2 线性串联反馈式稳压电路,,10.1.1 单相桥式整流电路 10.1.2 滤波电路,10.1 小功率单相整流滤波电路,10.1.1 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10. 11（a）所示在分析整流电路工作原理时，整流电路 中的二极管是作为开关应用，具有单向导电性根据图10.1(a)的电路图可知：,当正半周时二极管D1、D3导通，在负载 电阻上得到正弦波的正半周在负载电阻上正负半周经过合成，得到的 是同一个方向的单向脉动电压单相桥式整流 电路的波形图见图10.11(b)当负半周时二极管D2、D4导通，在负载 电阻上得到正弦波的负半周。

动画10-1）,（动画10-2）,根据图10.11（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,二极管所承受的最大反向电压,流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S直流分量上叠加的交流分量，其交流分量为,偶次谐波分量----纹波,（直流分量）,（3）单相桥式整流电路的负载特性曲线,单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线,图10.12 单相桥式整流电路 的负载特性曲线,补充：单相半波整流电路,(a)电路图 (b)波形图 图10.13 单相半波整流电路,2019/10/28,单相全波整流电路,(a)电路图 (b)波形图 图10.14 单相全波整流电路,注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）—用有效值或最大值； 输出（交直流）—用平均值； 整流管正向电流—用平均值； 整流管反向电压—用最大值单相桥式整流电路的变压器中，输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分的利用，效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。

单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中10.1.2 滤波电路,1 滤波的基本概念 2 电容滤波电路 3 电感滤波电路,1 滤波的基本概念,滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明电容滤波电路如图10.15所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C图10.15电容滤波电路,2 电容滤波电路,当v2到达90°时，v2开始下 降先假设二极管关断，电容C 就要以指数规律向负载ＲL放电 指数放电起始点的放电速率很大1)滤波原理,若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形图10.16电容滤波波形图,在刚过90°时，正弦曲线下降的 速率很慢所以刚过90°时二极管仍然 导通在超过90°后的某个点，正弦曲线 下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线 起始放电速率时，二极管关断。

图10.15电容滤波电路,所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC电容滤波过程见图10.16需要指出的是，当 放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断时间加长， 导通角减小，见曲线3； 反之，RLC减少时，导通 角增加显然，电容滤波 的效果不好，见图10.17 滤波曲线中的2问题：有Ｃ无ＲL即空载，此时VC=VL=？,图10.17 电容滤波的效果,(动画10-3）,(动画10-4）,(2)电容滤波的计算,电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多工程上有详细的曲线可供查阅取RLC=(35)T/ 2，近似认为 VL=VO=1.2V23）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线如图10.18所示图10.18 整流滤波电路的外特性,电路的特点：VL较高，纹波小，外特性较差， 适于VL高，RL变动小的场合3 电感滤波电路,利用储能元件电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。

图10.19 电感滤波电路,电感滤波电路如图10.19所示串入L，L中产生的自感电动势阻 碍电流的变化，整流管的导电角较大， 使负载的电流、电压的脉动大为减小， L越大，滤波效果越好但L越大，其 匝数越多，其电阻也越大，压降越大， 压降也越大，使VL下降应用：大电流（电流冲击小），低电压的场合10.2 线性串联反馈式稳压电路,10.2.1稳压电路的技术指标,,,10.2.2工作原理,,,,10.2.3三端集成稳压器,,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10.21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， 从而使输出电压发生变化图10.21稳压电源方框图,即,10.2.1稳压电路的技术指标,用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低 VI和 IO引起的 VO可用下式表示,(1) 稳压系数KV 当负载保持不变，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比定义为,有时也用下式定义,(2)电压调整率SV,(3) 输出电阻Ro 当输入电压VI保持不变，由负载变化而引起的输出电压变化量与输出电流变化量之比工程上把电网的10%做为极限条件。

10.2.2 工作原理,,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1 工作原理,2 三端集成稳压器,1 工作原理,(1) 构成,线性串联稳压电源的工作原理可用图10.22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 （RL变小）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10.23所示它由基准电压源、比较放大、调整、取样几个环节组成图10.23 串联型稳压电路方框图,(2) 工作原理,根据图10.24分两种情况来加以讨论1．输入电压VI变化， 负载电流IL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ΔV。

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 VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓,,,,（动画10-22）,2．负载电流变化，输入电压保持不变,负载电流IL的增加，必然会使输出电压VO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增加对输出电压的影响 IL↑→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑,,,,3.输出电压调节范围的计算,根据图10.24可知,Vf≈VREF,调节R2显然可以改变输出电压动画10-21）,2 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10.25，外形如图10.26所示图10.25 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-55℃～150℃； 工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃； 民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃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10.27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10.27应用电路(固定),。