《模擬電子技術(shù)》主講：王彥武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院第八章直流穩(wěn)壓電源

本章主要內(nèi)容：8.1概述

8.2整流電路

8.3濾波電路

8.4串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路8.5集成穩(wěn)壓電源8.6

開關(guān)型穩(wěn)壓電源8.1概述

一般直流穩(wěn)壓電源的組成如圖8-1所示，它由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路4部分組成。

直流穩(wěn)壓電源的原理框圖

8.1概述各部分作用:

1.變壓器是將電網(wǎng)的交流電壓變換成所需的交流電壓，一般是降壓變壓器。2.整流電流的作用是利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕瑢⒔涣髯儞Q成脈動的直流電壓。3.濾波電路的作用是將脈動直流電壓中的交流成分濾掉，使輸出電壓為平滑的直流電壓。4.穩(wěn)壓電路的作用是使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓波動或負載電流變化時，保持基本穩(wěn)定.8.2整流電路

整流電路的作用是將交流電壓變換成直流脈動電壓，它的工作原理就是利用二極管的單向?qū)щ娞匦浴?/p>

利用二極管可組成單相和三相整流電路。單相整流電路又可分為半波整流、全波整流、橋式整流和倍壓整流電路。8.2整流電路8.2.1單相半波整流電路8.2.2單相全波整流電路8.2.3單相橋式整流電路8.2.1單相半波整流電路

一.電路組成和基本原理

圖中T為電源變壓器，用來將220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低電壓，同時保證直流電源與市電電源有良好的隔離。

8.2.1單相半波整流電路

工作原理如下：設(shè)該電路中的負載為純電阻負載，二極管為理想二極管，且忽略變壓器的損耗內(nèi)阻。設(shè)變壓器次級線圈繞組電壓為：

8.2.1單相半波整流電路

1.當(dāng)u2為正半周時，VD因正向偏置而導(dǎo)通,電流經(jīng)過VD流向RL，在RL上得到一個大小、極性與u2相同的電壓，即uo=u2.此時，理想VD兩端的電壓uD=0，負載電流

8.2.1單相半波整流電路

2.當(dāng)u2為負半周時，二極管VD因反向偏置而截止，負載電阻RL上的電流io=0，即uo=0。此時，二極管因反偏截止，根據(jù)KVL有uD=u2

8.2.1單相半波整流電路

半波整流波形

因為電路只在交流的半個周期二極管導(dǎo)通，才有電流流過負載。因此它又被稱為半相整流電路.8.2.1單相半波整流電路

二.直流輸出電壓Uo與輸出電流Io的計算8.2.1單相半波整流電路

三.整流元件的選擇在半波整流電路中，二極管的電流任何時候都等于輸出電流.

因此在選用二極管時，二極管的最大正向電流IFM不能小于負載電流Io，即IFM≥Io；二極管的實際承受的最高反向電壓就是變壓器次級繞組的最大值，因此URM≥

8.2.1單相半波整流電路

四、優(yōu)缺點優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，使用元件少。缺點：只利用了電源的半個周期，輸出直流分量較低，且輸出電壓波動較大，電源變壓器的利用率也比較低。所以半波整流電路只能用在輸出電流較小、性能要求不高的場合，如電池充電器、電褥子溫控電路等.8.2.2單相全波整流電路

一、電路組成和基本原理將兩個半波整流電路組合起來構(gòu)成一個全波整流電路。設(shè)u2=

8.2.2單相全波整流電路

分析可知不論正負半周,均有電流流過負載,波形如右:8.2.2單相全波整流電路二.直流輸出電壓Uo與輸出電流Io的計算

三.整流元器件的選擇

IFM≥URM≥8.2.2單相全波整流電路

四、優(yōu)缺點優(yōu)點：電源利用率高，輸出電壓波動小，輸出電壓比半波整流提高了1倍，且每個管子通過的電流僅為負載電流的1/2。缺點：該電路要求管子的耐壓值比半波整流的耐壓值提高了1倍，且需要個有中心抽頭的變壓器，工藝復(fù)雜，成本高。為此常采用全波整流的另一種形式——橋式整流電路。8.2.3單相橋式整流電路

一.電路的組成及原理

為了克服單相半波整流的缺點，常采用單相橋式整流電路，它由四個二極管接成電橋形式構(gòu)成。

(下圖為簡化圖)8.2.3單相橋式整流電路8.2.3單相橋式整流電路二.參數(shù)的計算三.整流元件的選擇

8.2.3單相橋式整流電路四.優(yōu)缺點

優(yōu)點:橋式整流具有全波整流的全部優(yōu)點，而且避免了全波整流電路的缺點，因此橋式整流應(yīng)用最為廣泛。缺點:需要4個性能相同的二極管，但隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，已研制生產(chǎn)出橋式整流的組合器件，通常叫做橋堆，它是將四個二極管集中制作成一個整體。8.2.3單相橋式整流電路橋堆電路符號(b)及常見外型(c):

8.3濾波電路

特點:

一般由電抗元件組成，常用作濾波的電抗元件有：電容器和電感器。由于電容器和電感器對交流電和直流電呈現(xiàn)的電抗不同，如果把它們合理地連接在電路中，就可以達到減小交流成分、保留直流成分的目的，從而實現(xiàn)濾波的作用。

8.3濾波電路

8.3.1電容濾波電路8.3.2電感濾波電路8.3.3各種濾波電路性能比較

一.電路的組成

電容器并聯(lián)在負載兩端,合理選擇RC時間常數(shù),利用電容器的充放電過程實現(xiàn)濾波.8.3.1電容濾波電路8.3.1電容濾波電路二.電壓電流波形通過將整流電路接入濾波電容后，不僅使輸出電壓變得平滑、紋波顯著減小，同時輸出電壓的平均值也增大了.8.3.1電容濾波電路

三．輸出直流電壓Uo和負載電流Io的估算

橋式整流電容濾波時，計算輸出電壓平均值的經(jīng)驗公式為：

Uo≈1.2U2

（帶負載）

因而，負載電流為：

Io≈1.2

四.濾波元件的選擇濾波電容:

耐壓值為：

UCM=（1.5-2）U2

8.3.1電容濾波電路

五.優(yōu)缺點

優(yōu)點:電容濾波電路簡單，輸出電壓平均值UO較高，脈動較小.

缺點:二極管中有較大的沖擊電流。因此，電容濾波電路一般適用于輸出電壓較高、負載電流較小并且變化也較小的場合。

8.3.1電容濾波電路一.結(jié)構(gòu)及特點

它主要適用于負載功率較大即負載電流很大的情況。8.3.2電感濾波電路8.3.3各種濾波電路性能比較類型濾波效果整流管沖擊電流輸出電壓適用場合C型濾波電路小電流時較好大Vo≈1.2U2小電流L型濾波電路大電流時較好小0.9U2大電流LC型濾波電路好小0.9U2適應(yīng)性強RC-Π型濾波電路小電流時較好大1.2U2

小電流，負載較穩(wěn)定LC-Π型濾波電路小電流時較好大1.2U2適應(yīng)性強8.4串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路

概述:

交流電通過整流濾波電路可以變換成平滑的直流電。但從各種整流濾波電路的外特性可知，當(dāng)負載電流變動時，輸出電壓也隨之有不同程度的變動。此外，當(dāng)電網(wǎng)電壓波動時，輸出電壓也隨著波動。因此，為了使輸出電壓在電網(wǎng)電壓波動、負載發(fā)生變化時基本保持穩(wěn)定，必須在整流濾波之后加入穩(wěn)壓電路，才能組成直流穩(wěn)壓電源。8.4串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路8.4.1穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)8.4.2電路原理框圖8.4.3串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路8.4.1穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)

通常用以下幾個主要指標(biāo)來衡量穩(wěn)壓電路的質(zhì)量。一.穩(wěn)壓系數(shù)穩(wěn)壓系數(shù)SV定義為：當(dāng)環(huán)境溫度T與負載恒定條件下，輸出電壓Uo的相對變化量與輸入電壓Ui的相對變化量之比，即二.輸出電阻ro

輸入電壓與環(huán)境溫度恒定條件下，輸出電壓的變化量與輸出電流變化量之比，即:8.4.1穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)

8.4.1穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)

三.溫度系數(shù)ST

在規(guī)定溫度范圍內(nèi)及輸入電壓、負載電阻均不發(fā)生變化時，單位溫度變化引起的輸出電壓的變化量，即:8.4.1穩(wěn)壓電源的技術(shù)指標(biāo)

四.紋波電壓Uoγ及紋波系數(shù)SV

紋波電壓Uoγ是疊加在直流電壓之上的交流分量電壓（即各次諧波電壓）總的有效值。紋波系數(shù)SV用來表示直流輸出電壓中相對紋波電壓的大小，即串聯(lián)型穩(wěn)壓電源原理框圖:8.4.2電路原理框圖一般取樣電路的電流比負載電流小得多，所以調(diào)整元件的電流與負載電流Io近似相等，可將輸入電壓、調(diào)整管與負載電阻RL看成串聯(lián)連接關(guān)系，因此稱為串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。一.原理電路圖:8.4.3串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路VT為調(diào)整管，它工作在線性放大區(qū)，故又稱為線性穩(wěn)壓電路。R3和穩(wěn)壓管VD組成基準(zhǔn)電壓源，為集成運放A的同相輸入端提供基準(zhǔn)電壓;R1、R2和Rp組成取樣電路，它將穩(wěn)壓電路的輸出電壓分壓后送到集成運放A的反相輸入端；集成運放A構(gòu)成比較放大電路，用來對取樣電壓與基準(zhǔn)電壓的差值進行放大。二.穩(wěn)壓工作原理8.4.3串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路

圖中,當(dāng)輸入電壓Ui或負載RL變化時，輸出電壓Uo將相應(yīng)變化，其變化量經(jīng)過R1、R2、RP分壓取樣后，送至調(diào)整管V1的基極并與基準(zhǔn)電壓UZ比較，得到的取樣電壓差值UBE2經(jīng)過V2放大管放大后去控制調(diào)整管V1的管壓UCE1，從而使Uo回到原來的值，保持輸出電壓的穩(wěn)定。8.5集成穩(wěn)壓電源

概述:

集成穩(wěn)壓器具有體積小、重量輕、安裝調(diào)試方便、運行可靠和價格低廉等一系列優(yōu)點，因而得到廣泛的應(yīng)用。目前集成穩(wěn)壓電源的規(guī)格種類繁多，按輸出電壓是否可調(diào)可分為固定式和可調(diào)式；按照輸出電壓的正、負極性可分為正穩(wěn)壓器和負穩(wěn)壓器；按照引出端子可分為三端和多端穩(wěn)壓器。8.5集成穩(wěn)壓電源8.5.1三端固定輸出集成穩(wěn)壓器8.5.1三端固定式集成穩(wěn)壓器

三端式穩(wěn)壓器只有三個引出端子，具有應(yīng)用時外接元件少、使用方便、性能穩(wěn)定、價格低廉等優(yōu)點，因而得到廣泛應(yīng)用。三端式穩(wěn)壓器有兩種，一種輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一種輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。它們的基本組成及工作原理都相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。8.5.1三端固定式集成穩(wěn)壓器

一.外型及管腳排列:

三端固定輸出集成穩(wěn)壓器通用產(chǎn)品有CW7800系列(正電源)和CW7900系列(負電源)。二.基本應(yīng)用電路8.5.1三端固定式集成穩(wěn)壓器

由于輸出電壓決定于集成穩(wěn)壓器，所以輸出電壓為12V，最大輸出電流為1.5A。

三.提高輸出電壓電路實際需要的直流穩(wěn)壓電源，如果超過集成穩(wěn)壓器的輸出電壓數(shù)值時，可外接一些元件提高輸出電壓.8.5.1三端固定式集成穩(wěn)壓器

電路能使輸出電壓高于固定電壓，圖中的UXX為CW78系列穩(wěn)壓器的固定輸出電壓數(shù)值，顯然有：UO=UXX+UZ

四.輸出正,負電壓電路采用CW7815和CW7915三端穩(wěn)壓器各一塊組成具有同時輸出+15V～-15V電壓的穩(wěn)壓電路。

8.5.1三端固定式集成穩(wěn)壓器

8.6開關(guān)型穩(wěn)壓電源

特點:

開關(guān)式穩(wěn)壓電源的調(diào)整管只工作在飽和與截止兩種狀態(tài)，即開、關(guān)狀態(tài)，使管耗降到最小，從根上克服了放大式穩(wěn)壓電源的缺點，使整個電源體積小、效率高、穩(wěn)壓范圍大。8.6開關(guān)型穩(wěn)壓電源8.6.1電路框圖與工作原理8.6.1電路原理及框圖

串聯(lián)型開關(guān)穩(wěn)壓電路組成框圖:

8.6.1電路原理及框圖

8.6.1電路原理及框圖

一.結(jié)構(gòu)組成開關(guān)型穩(wěn)壓電源它由調(diào)整管、濾波電路、比較器、三角波發(fā)生器、比較放大器和基準(zhǔn)源等部分構(gòu)成。

8.6.1電路原理及框圖

二.優(yōu)缺點1．調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，功耗大大降低，電源效率大為提高；2．調(diào)整管在開關(guān)狀態(tài)下工作，為得到直流輸出，必須在輸出端加濾波器；3．可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值；4．在許多場合可以省去電源變壓器；5．由于開關(guān)頻率較高，濾波電容和濾波