(1-1)第第1010章章 直流电源直流电源结束第十章第十章 直流电源直流电源模拟电子技术基础模拟电子技术基础1(1-2)第第1010章章 直流电源直流电源结束第十章第十章 直流电源直流电源10.1 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用10.2 整流电路整流电路10.3 滤波电路滤波电路10.4 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路10.5 串联型稳压电路串联型稳压电路10.6 集成稳压电源集成稳压电源2(1-3)第第1010章章 直流电源直流电源结束电源变压器电源变压器: 将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流变为合适的交流电压电压u2。整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整流电路整流电路: 将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路: 将脉动直流电压将脉动直流电压u3转转变为平滑的直流变为平滑的直流电压电压u4。稳稳压电路压电路: 清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保保持输出电压持输出电压uo的稳定。的稳定。10.1 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用3(1-4)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.2 整流电路整流电路4(1-5)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.2.1 整流电路的分析方法及其基本参数整流电路的分析方法及其基本参数u2 0 时，二极管时，二极管导通。导通。iLu1u2aTbDRLuo忽略二极管正忽略二极管正向压降：向压降： uo=u25(1-6)第第1010章章 直流电源直流电源结束u1u2aTbDRLuoiL=0u20 时时D1,D3导通导通D2,D4截止截止电流通路电流通路:A D1RLD3Bu20 时时D2,D4导通导通D1,D3截止截止电流通路电流通路:B D2RLD4A输出是脉动的直流电压！输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1u2D4D2D1D3RLuoAB桥式整流仿真桥式整流仿真13(1-14)第第1010章章 直流电源直流电源结束图图10.2.5 单相桥式整流电路的习惯画法单相桥式整流电路的习惯画法14(1-15)第第1010章章 直流电源直流电源结束几种常见的硅整流桥外形：几种常见的硅整流桥外形：+-15(1-16)第第1010章章 直流电源直流电源结束1. 整流输出电压平均值整流输出电压平均值Uo（AV）3.二极管电流的平均值二极管电流的平均值ID（AV）2. 输出电流平均值输出电流平均值Io（AV）16(1-17)第第1010章章 直流电源直流电源结束4.反向峰值电压反向峰值电压用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:5. 脉动系数脉动系数S17(1-18)第第1010章章 直流电源直流电源结束18(1-19)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.2.3 单相全波整流电路的工作原理单相全波整流电路的工作原理u1u2aTbD1RLuoD2u2iL(4) uo平均值平均值Uo：Uo=0.9U2(1) 输出电压波形输出电压波形：(2) 二极管上承受的二极管上承受的最高电压：最高电压：(3) 二极管上的平均电流：二极管上的平均电流：19(1-20)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.3 滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点: 电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压原理：原理：利用储能元件利用储能元件电容电容两端的电压两端的电压(或通过或通过电电感感中的电流中的电流)不能突变的特性不能突变的特性, 滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。成份，达到平滑输出电压波形的目的。20(1-21)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.3.1 电容滤波电路电容滤波电路桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+21(1-22)第第1010章章 直流电源直流电源结束au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+1. RL未接入时未接入时(忽忽略整流电路内阻略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形仿真仿真22(1-23)第第1010章章 直流电源直流电源结束2. RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路忽略整流电路内阻内阻)u2tuot电容通过电容通过RL放电，放电，在整流电路电压小在整流电路电压小于电容电压时，二于电容电压时，二极管截止，整流电极管截止，整流电路不为电容充电，路不为电容充电，uo会逐渐下降。会逐渐下降。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+仿真仿真23(1-24)第第1010章章 直流电源直流电源结束u2tuot电容充电时，电容电容充电时，电容电压滞后于电压滞后于u2。整流电路的整流电路的输出电流输出电流RLC越小，输出电越小，输出电压越低。压越低。3. RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路考虑整流电路内阻内阻)au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+24(1-25)第第1010章章 直流电源直流电源结束图图10.3.3 电容滤波电路输出电压电容滤波电路输出电压 平均值的分析平均值的分析25(1-26)第第1010章章 直流电源直流电源结束根据相似三角形可得根据相似三角形可得26(1-27)第第1010章章 直流电源直流电源结束当当当当27(1-28)第第1010章章 直流电源直流电源结束u2t只有整流电路输出只有整流电路输出电压大于电压大于uo时，才时，才有充电电流有充电电流iD 。因因此整流电路的输出此整流电路的输出电流是脉冲波。电流是脉冲波。au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC+iD可见，采用电容滤可见，采用电容滤波时，整流管的导波时，整流管的导通角较小。通角较小。uot整流电路的整流电路的输出电流输出电流iD28(1-29)第第1010章章 直流电源直流电源结束结论：结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。流较小且负载变动不大的场合。输出波形随负载电阻输出波形随负载电阻 RL 或或 C 的变化而改变的变化而改变, Uo 和和S 也随之改变。也随之改变。如如: RL 愈小愈小( IL 越大越大), Uo下降多下降多, S 增大。增大。29(1-30)第第1010章章 直流电源直流电源结束一、二倍压整流电路一、二倍压整流电路u2的正半周时：的正半周时：D1导通，导通，D2截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C1的电压充到：的电压充到：u2的负半周时：的负半周时：D2导通，导通，D1截止，理截止，理想情况下，电容想情况下，电容C2的电压充到：的电压充到：负载上的电压：负载上的电压：+u1u2+D1C2C1D2uoRL10.3.2 倍压整流电路倍压整流电路图图10.3.6 二倍压整流电路二倍压整流电路30(1-31)第第1010章章 直流电源直流电源结束+二、多倍压整流电路二、多倍压整流电路+u2的第一个正半周：的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，构成回路，C1充充电到：电到：u2的第一个负半周：的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，构成回路，C2充电到：充电到：C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C631(1-32)第第1010章章 直流电源直流电源结束+C1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回构成回路，路， C1补充电荷，补充电荷，C3充电到：充电到：u2的第二个负半周：的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构构成回路，成回路， C2补充电荷，补充电荷， C4充电到：充电到：把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。倍压直流输出。32(1-33)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.3.3 其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路图图10.3.8 单相桥式整流电感滤波电路单相桥式整流电感滤波电路电路结构电路结构: 在桥式整流电路与负载间串入一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。33(1-34)第第1010章章 直流电源直流电源结束1、滤波原理、滤波原理对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上。上。对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U22、电感滤波的特点、电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小较小)的场合。的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。34(1-35)第第1010章章 直流电源直流电源结束电感滤波后的输出电压平均值为电感滤波后的输出电压平均值为输出电压的交流分量为输出电压的交流分量为35(1-36)第第1010章章 直流电源直流电源结束图图10.3.9 复式滤波电路复式滤波电路36(1-37)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.4 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路串联型串联型稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )线性稳压电路。线性稳压电路。电路最简单，但电路最简单，但是带负载能力差，是带负载能力差，一般只提供基准一般只提供基准电压，不作为电电压，不作为电源使用。源使用。效率较高，目效率较高，目前用的也比较前用的也比较多，但因学时多，但因学时有限，这里不有限，这里不做介绍。做介绍。37(1-38)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.4.1 稳压管稳压电路的组成稳压管稳压电路的组成图图10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路稳压二极管组成的稳压电路38(1-39)第第1010章章 直流电源直流电源结束图图10.4.2 稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性39(1-40)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.4.2 稳压原理稳压原理UIUO(UZ)IDZIR电网电压变化时的稳压过程：电网电压变化时的稳压过程：电网电压电网电压URUOUO(UZ)IDZIR电网电压电网电压UIURUO40(1-41)第第1010章章 直流电源直流电源结束UO(UZ)IDZIR负载变化负载变化RLILIRIR基本不变基本不变41(1-42)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.4.3 稳压管稳压电路的性能指标稳压管稳压电路的性能指标一、稳压系数一、稳压系数 Sr二、输出电阻二、输出电阻Ro42(1-43)第第1010章章 直流电源直流电源结束图图10.4.3 稳压管稳压电路的交流等效电路稳压管稳压电路的交流等效电路43(1-44)第第1010章章 直流电源直流电源结束44(1-45)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.4.4 电路参数的选择电路参数的选择选择元件要求知道：输出电压选择元件要求知道：输出电压UO，负载电流负载电流IL的最小值的最小值ILmin和最大值和最大值ILmax(或或RLmax和和RLmin),输入输入电压电压UI的波动范围（一般为的波动范围（一般为10）。）。1.稳压电路输入电压稳压电路输入电压UI的选择的选择2.稳压管的选择稳压管的选择45(1-46)第第1010章章 直流电源直流电源结束3.限流电阻限流电阻R的选择的选择46(1-47)第第1010章章 直流电源直流电源结束10.5串联型稳压电路串联型稳压电路10.5.110.5.1串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（化量扩大（1+ ）倍。）倍。TUORL+UZUIiRiZiL实际上是射极输出实际上是射极输出器，器，Uo=UZ-UBE 。但带负载的能力比但带负载的能力比稳压管强。稳压管强。一、基本调整管电路一、基本调整管电路47(1-48)第第1010章章 直流电源直流电源结束TUORL+UZUIiRiZiL串联式直流稳压电路的基本形式串联式直流稳压电路的基本形式两个主要缺点：两个主要缺点：(1) 稳压效果不好。稳压效果不好。 Uo=UZ UBE(2) 输出电压不可调。输出电压不可调。改进的方法：改进的方法：在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。在稳压电路中引入带电压负反馈的放大环节。48(1-49)第第1010章章 直流电源直流电源结束T+_UIUO比比较较放放大大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+二、二、 具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路1.1.电路的构成电路的构成49(1-50)第第1010章章 直流电源直流电源结束T+_UIUO比比较较放放大大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+调整元件调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：比较放大器：可以是可以是单管放大电路单管放大电路，差动放大电路差动放大电路，集成运算放大器集成运算放大器。基准电压：基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压输出电压UO的一部分和基准电压相比较。的一部分和基准电压相比较。50(1-51)第第1010章章 直流电源直流电源结束T+_UIUO比比较较放放大大基基 准准取取 样样URFUO+_C2RL调整元件调整元件+51(1-52)第第1010章章 直流电源直流电源结束2.2.稳压原理稳压原理UoUB2UBE2( = UB2-UZ）UC2Uo当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UCE152(1-53)第第1010章章 直流电源直流电源结束3.输出电压的可调范围输出电压的可调范围R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB253(1-54)第第1010章章 直流电源直流电源结束4.调整管的选择调整管的选择R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB254(1-55)第第1010章章 直流电源直流电源结束三三 、影响稳压特性的主要因素、影响稳压特性的主要因素 2. 流过稳压管的电流随流过稳压管的电流随 UI 波动，使波动，使UZ 不稳定，不稳定，降低了稳压精度。降低了稳压精度。1. 电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：UIUC2 Uo 3. 温度变化时，温度变化时，T2组成的放大电路产生零点组成的放大电路产生零点漂移，时输出电压的稳定度变差。漂移，时输出电压的稳定度变差。55(1-56)第第1010章章 直流电源直流电源结束四、改进措施四、改进措施在运放理想条件下在运放理想条件下:串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路UITR1R2UFRLUo AV+-RWRUZ56(1-57)第第1010章章 直流电源直流电源结束2.采用辅助电源采用辅助电源(比较放大部分的电源比较放大部分的电源)。3.用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。4.4. 调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB257(1-58)第第1010章章 直流电源直流电源结束图图10.5.5 稳压管基准电压电路稳压管基准电压电路10.5.210.5.2集成稳压器中的基准电压电路和保护电路集成稳压器中的基准电压电路和保护电路一、基准电压电路一、基准电压电路1. 稳压管基准电压电路稳压管基准电压电路58(1-59)第第1010章章 直流电源直流电源结束2.能隙基准电压电路能隙基准电压电路图图10.5.7 能隙基准电压电路能隙基准电压电路59(1-60)第第1010章章 直流电源直流电源结束1. 限流型：限流型：当调整管的电流超过额定值时，对调当调整管的电流超过额定值时，对调整管的基极电流进行分流，使发射极电流不至整管的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。于过大。二、保护电路二、保护电路为避免使用中因某种原因输出短路或过载为避免使用中因某种原因输出短路或过载致使调整致使调整管流过很大的电流，使之烧坏故需有快速保护措施。管流过很大的电流，使之烧坏故需有快速保护措施。常见保护电路有两类常见保护电路有两类1.过流保护电路过流保护电路60(1-61)第第1010章章 直流电源直流电源结束图图10.5.8 限流型过流保护电路及其输出特性限流型过流保护电路及其输出特性ILR0为一小电阻，用为一小电阻，用于检测负载电流。于检测负载电流。61(1-62)第第1010章章 直流电源直流电源结束当当I IL L不超过额定值时，不超过额定值时，TT1 1截止；截止；当当I IL L超过额定值时，超过额定值时， TT1 1导通，其集电极从导通，其集电极从T T1 1的基极分流。的基极分流。62(1-63)第第1010章章 直流电源直流电源结束2. 截流型截流型: 过流时使调整管截止或接近截止。过流时使调整管截止或接近截止。T1T2RLUO+_+UI+_R2R1R3R4输出电流在额定值以内时：输出电流在额定值以内时：三极管三极管T2截止，截止，这时，电压负反这时，电压负反馈保证电路正常馈保证电路正常工作。工作。UO U+ UO UB1 63(1-64)第第1010章章 直流电源直流电源结束输出电流超出额定值时：输出电流超出额定值时：因输出电压降低，三极管因输出电压降低，三极管T2逐渐导通，逐渐导通，U+ ，稳稳压管截止，电压负反馈被切断。这样压管截止，电压负反馈被切断。这样U+ UB1 UC1 (=UO) UB2 IC2 U+ T1T2RLUO+_+UI+_R2R1R3R4最终最终UO降降低到零。低到零。64(1-65)第第1010章章 直流电源直流电源结束65(1-66)第第1010章章 直流电源直流电源结束9.6 集成稳压电源集成稳压电源66(1-67)第第1010章章 直流电源直流电源结束1端端: 输入端输入端2端端: 公共端公共端3端端: 输出端输出端W7800系列稳压器外形系列稳压器外形1端端: 公共端公共端2端端: 输入端输入端3端端: 输出端输出端W7900系列稳压器外形系列稳压器外形67(1-68)第第1010章章 直流电源直流电源结束注：注：型号后型号后XX两位数字代表输出电压值两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有输出电压额定电压值有:5V、9V、12V 、18V、 24V等等 。三端集成三端集成稳压器稳压器固定式固定式可调式可调式正稳压正稳压W78XX负稳压负稳压W79XX9.6.1 集成稳压电源的分类集成稳压电源的分类68(1-69)第第1010章章 直流电源直流电源结束 一、输出为固定电压的电路一、输出为固定电压的电路9.6.2 应用电路应用电路注意：注意：输入与输出端之间的电压不得低于输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器系列稳压器 基本接线图基本接线图CoW7800CIUI+_Uo1321F69(1-70)第第1010章章 直流电源直流电源结束二二 、输出正负电压的电路、输出正负电压的电路正负电压同时输出电路正负电压同时输出电路W78XXCIUI+ _UO132+ _CIW79XX13COCO2UO70(1-71)第第1010章章 直流电源直流电源结束COW78XXCIUI+_+_UO132UXXUZRDZUXX : 为为W78XX固定输出电压固定输出电压 UO = UXX + UZ三、提高输出电压的电路三、提高输出电压的电路71(1-72)第第1010章章 直流电源直流电源结束四、输出电压可调式电路四、输出电压可调式电路W7805132R1CICoUI76234UoR2F0070.33 33V10k0.1 72(1-73)第第1010章章 直流电源直流电源结束(UXX=5V)132R1CICoUI76234UoR2F0070.33 33V10k0.1 W7805Uo173(1-74)第第1010章章 直流电源直流电源结束第十章第十章 结束结束模拟电子技术基础模拟电子技术基础74