電子科大模擬電路第10章-直流電源第一頁，共49頁。第十章直流電源§10.1直流電源的組成§10.2單相整流電路§10.4穩壓管穩壓電路§10.5串聯型穩壓電路§10.6開關型穩壓電路§10.3濾波電路第二頁，共49頁。§10.1直流電源的組成直流電源的組成及各部分的作用第三頁，共49頁。直流電源的組成及各部分的作用改變電壓值通常為降壓交流變脈動的直流減小脈動1)負載變化輸出電壓基本不變；2)電網電壓變化輸出電壓基本不變。

直流電源是能量轉換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉換為直流電。半波整流全波整流

在分析電源電路時要特別考慮的兩個問題：允許電網電壓波動±10％，且負載有一定的變化范圍。第四頁，共49頁。§10.2單相整流電路一、對整流電路要研究的問題二、單相橋式整流電路三、單相橋式整流電路第五頁，共49頁。一、對整流電路要研究的問題1.電路的工作原理：即二極管工作狀態、電路波形的分析2.輸出電壓和輸出電流平均值：即輸出脈動直流電壓和電流平均值的求解方法3.整流二極管的選擇：即二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓的分析為分析問題簡單起見，設二極管為理想二極管，變壓器內阻為0。整流二極管的伏安特性：實際特性理想化特性理想二極管的正向導通電壓為0，即正向電阻為0；反向電流為0，即反向電阻為無窮大。第六頁，共49頁。二、單相半波整流電路1.工作原理u2的正半周，D導通，A→D→RL→B，uO=u2。u2的負半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。第七頁，共49頁。2.

UO（AV）和

IL（AV）的估算

已知變壓器副邊電壓有效值為U2考慮到電網電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數應滿足：（3）二極管的選擇第八頁，共49頁。三、單相橋式整流電路u2的正半周A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的負半周B→D2→RL→D4→A，uO=-u2四只管子如何接？集成的橋式整流電路稱為整流堆。1.工作原理若接反了呢？第九頁，共49頁。2.輸出電壓和電流平均值的估算第十頁，共49頁。3.二極管的選擇考慮到電網電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數應滿足：與半波整流電路對二極管的要求相同第十一頁，共49頁。§10.3濾波電路一、電容濾波電路二、電感濾波電路三、倍壓整流電路第十二頁，共49頁。一、電容濾波電路1.工作原理充電放電速度與正弦波下降速度相似按指數規律下降濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動變小。

C越大，RL越大，τ越大，放電越慢，曲線越平滑，脈動越小。考慮整流電路的內阻第十三頁，共49頁。2.二極管的導通角導通角無濾波電容時θ＝π。有濾波電容時θ<π，且二極管平均電流增大，故其峰值很大！θ小到一定程度，難于選擇二極管！第十四頁，共49頁。

簡單易行，UO（AV）高，C足夠大時交流分量較小；不適于大電流負載。3.電容的選擇及UO（AV）的估算4.優缺點整流橋的簡化畫法第十五頁，共49頁。二、電感濾波電路

當回路電流減小時，感生電動勢的方向阻止電流的減小，從而增大二極管的導通角。電感對直流分量的電抗為線圈電阻R，對交流分量的感抗為ωL。適于大電流負載！第十六頁，共49頁。三、倍壓整流電路分析時的兩個要點：設①負載開路，②電路進入穩態。u2負半周，u2加C1上電壓對C2充電：P→D2→C2→A，最終u2正半周C1充電：A→D1→C1→B，最終P第十七頁，共49頁。討論已知變壓器副邊電壓有效值為10V，電容足夠大，判斷下列情況下輸出電壓平均值UO（AV）≈？1.正常工作；1.2U22.C開路；0.9U23.RL開路；4.D1和C同時開路；0.45U2

5.D1開路。0.6U2~1.2U2

第十八頁，共49頁。§10.4穩壓管穩壓電路一、穩壓電路的性能指標二、穩壓管穩壓電路第十九頁，共49頁。一、穩壓電路的性能指標1.輸出電壓2.輸出電流3.穩壓系數表明電網電壓波動時電路的穩壓性能。在負載電流不變時，輸出電壓相對變化量與輸入電壓變化量之比。4.輸出電阻表明負載電流變化時電路的穩壓性能。在電網電壓不變時，負載變化引起的輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。5.紋波電壓測試出輸出電壓的交流分量。第二十頁，共49頁。二、穩壓管穩壓電路穩定電壓UZ：穩壓管的擊穿電壓穩定電流IZ：使穩壓管工作在穩壓狀態的最小電流最大耗散功率PZM：允許的最大功率，PZM=IZMUZ動態電阻rz：工作在穩壓狀態時，rz＝ΔU/ΔI1.穩壓管的伏安特性和主要參數伏安特性符號等效電路第二十一頁，共49頁。2.穩壓管穩壓電路的工作原理第二十二頁，共49頁。3.穩壓管穩壓電路的主要指標（1）輸出電壓UO＝UZ（2）輸出電流ILmax－ILmin≤IZM－IZ（3）穩壓系數（4）輸出電阻

簡單易行，穩壓性能好。適用于輸出電壓固定、輸出電流變化范圍較小的場合。4.特點第二十三頁，共49頁。5.穩壓管穩壓電路的設計（1）UI的選擇UI＝（2～3）UZ（2）穩壓管的選擇UZ＝UO

IZM－IZ>ILmax－ILmin（3）限流電阻的選擇保證穩壓管既穩壓又不損壞。電網電壓最低且負載電流最大時，穩壓管的電流最小。電網電壓最高且負載電流最小時，穩壓管的電流最大。為減小Sr,取值矛盾!若求得Rmin>Rmax，怎么辦？若求得R=200~300Ω，則該取接近200Ω還是接近300Ω？為什么？第二十四頁，共49頁。討論：穩壓管穩壓電路的設計依次選擇穩壓管、UI、R、C、U2、二極管1.輸出電壓、負載電流→穩壓管2.輸出電壓→UI3.輸出電壓、負載電流、穩壓管電流、UI→R4.UI、R→濾波電路的等效負載電阻→C5.UI→U26.U2、R中電流→整流二極管已知輸出電壓為6V，負載電流為0～30mA。試求圖示電路的參數。第二十五頁，共49頁。§10.5串聯型穩壓電路一、基本調整管穩壓電路二、具有放大環節的串聯型穩壓電路三、集成穩壓器（三端穩壓器）第二十六頁，共49頁。為了使穩壓管穩壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。穩壓原理：電路引入電壓負反饋，穩定輸出電壓。一、基本調整管穩壓電路不管什么原因引起UO變化，都將通過UCE的調節使UO穩定，故稱晶體管為調整管。

若要提高電路的穩壓性能，則應加深電路的負反饋，即提高放大電路的放大倍數。第二十七頁，共49頁。1.穩壓原理：若由于某種原因使UO增大2.輸出電壓的調節范圍同相比例運算電路則UO↑→UN↑→UB↓→UO↓二、具有放大環節的串聯型穩壓電路第二十八頁，共49頁。3.串聯型穩壓電路的基本組成及其作用調整管取樣電阻調整管：是電路的核心，UCE隨UI和負載產生變化以穩定UO。比較放大基準電壓基準電壓：是UO的參考電壓。取樣電阻：對UO的取樣，與基準電壓共同決定UO。比較放大：將UO的取樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩壓性能。第二十九頁，共49頁。4.串聯型穩壓電源中調整管的選擇IEmax＝IR1＋ILmax≈ILmax<ICMUCEmax＝UImax－UOmin<U(BR)CEO

PTmax＝IEmaxUCEmax<PCM根據極限參數ICM、U(BR)CEO、PCM選擇調整管！應考慮電網電壓的波動和負載電流的變化！第三十頁，共49頁。討論一：對于基本串聯型穩壓電源的討論3.若電網電壓波動±10％，UI為28V，

UO為10V～20V；晶體管的電流放大系數為50，PCM＝5W，ICM＝1A；集成運放最大輸出電流為10mA，則最大負載電流約為多少？1.若UO為10V～20V，R1＝R3＝1kΩ，則R2和UZ各為多少？2.若電網電壓波動±10％，UO為10V～20V，UCES＝3V，UI至少選取多少伏？0.9U2>UOmax+UCES

應取幾個極限值求出的負載電流最大值中最小的那個作為電源的性能指標——最大負載電流第三十一頁，共49頁。討論二：關于實用串聯型穩壓電源的討論1.標出集成運放的同相輸入端和反相輸入端；2.電路由哪些部分組成？3.UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？4.如何選取R’和R？限流型過流保護電路輸出電流取樣電阻第三十二頁，共49頁。討論三：關于實用串聯型穩壓電源的討論5.取樣電阻的取值應大些還是小些，為什么？它們有上限值嗎？6.若電路輸出紋波電壓很大，則其原因最大的可能性是什么？7.根據圖中過流保護電路的原理組成一種限流型過流保護電路。其電流應大于調整管的穿透電流電路可能產生了自激振蕩第三十三頁，共49頁。三、集成穩壓器（三端穩壓器）輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）、0.1A（W78L00）1.

W7800系列

（1）簡介第三十四頁，共49頁。（2）基本應用消除高頻噪聲使Co不通過穩壓器放電抵銷長線電感效應，消除自激振蕩

將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負載電阻，構成串類型穩壓電路。第三十五頁，共49頁。（3）輸出電流擴展電路為使負載電流大于三端穩壓器的輸出電流，可采用射極輸出器進行電流放大。很小三端穩壓器的輸出電壓若UBE=UD，則二極管的作用：消除UBE對UO的影響。第三十六頁，共49頁。（4）輸出電壓擴展電路IW為幾mA，UO與三端穩壓器參數有關。隔離作用基準電壓第三十七頁，共49頁。2.基準電壓源三端穩壓器

W117

輸出電壓UREF＝1.25V，調整端電流只有幾微安。減小紋波電壓保護穩壓器第三十八頁，共49頁。討論三：W117的應用1.R1的上限值為多少？2.UO可能的最大值為多少？3.輸出電壓最小值為多少？4.UOmax＝30V，選取R1、R2；5.已知電網電壓波動±10％，輸出電壓最大值為30V，UI至少取多少伏？決定于IOmin兩種情況：1.已知UI2.自己選取UI決定于W117的輸出輸入電壓最低、輸出電壓最高時，UImin－UOmax＞3V。根據輸出電壓表達式第三十九頁，共49頁。作業10.210.310.610.810.1210.18第四十頁，共49頁。§10.6開關型穩壓電路一、開關型穩壓電路的特點和基本原理二、串聯開關型穩壓電路三、并聯開關型穩壓電路第四十一頁，共49頁。一、開關型穩壓電源的特點及基本原理

線性穩壓電源：結構簡單，調節方便，輸出電壓穩定性強，紋波電壓小。缺點是調整管工作在甲類狀態，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散熱器，因而設備體積大，笨重，成本高。

若調整管工作在開關狀態，則勢必大大減小功耗，提高效率，開關型穩壓電源的效率可達70％～95％。體積小，重量輕。適于固定的大負載電流、輸出電壓小范圍調節的場合。第四十二頁，共49頁。構成開關型穩壓電源的基本思路:

將交流電經變壓器、整流濾波得到直流電壓↓控制調整管按一定頻率開關，得到矩形波↓濾波，得到直流電壓引入負反饋，控制占空比，使輸出電壓穩定。AC→DC→AC→DC第四十三頁，共49頁。二、串聯開關型穩壓電路

T截止，D導通，uE≈－UD；L釋放能量，C放電。T、D均工作在開關狀態。

T飽和導通，D截止，uE≈UI；L儲能，C充電。u