《计算机电路基础》第8章：直流稳压电路.ppt

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1、http:/ 直流稳压电路（时间：（时间：2次课，次课，4学时）学时）http:/教学提示：直直流流稳稳压压电电源源是是电电子子设设备备不不可可缺缺少少的的一一部部分分，其其性性能能的的优优劣劣会会直直接接影影响响到到电电子子设设备备的的工工作作与与稳稳定定。直直流流稳稳压压电电源源涉涉及及前前面面所所学学习习到到的的元元器器件件和和放放大大电电路路原原理理。本本章章是是一一个个小小综综合的章节。合的章节。教学目标：(1)掌握整流电路的工作原理；掌握整流电路的工作原理；(2)了解滤波电路的作用；了解滤波电路的作用；(3)了解并联型稳压电路的工作过程；了解并联型稳压电路的工作过程；(4)掌握串联

2、型稳压电路的工作原理；掌握串联型稳压电路的工作原理；(5)掌握基本的三端稳压器的使用；掌握基本的三端稳压器的使用；http:/主要内容主要内容8.1 整流电路整流电路8.2 滤波电路滤波电路8.3 直流稳压电路直流稳压电路8.4 三端集成稳压器三端集成稳压器 http:/稳压电源电路的结构如图稳压电源电路的结构如图8.1.(1).电源变换器：将电网中的交流电压变换成符合整流电源变换器：将电网中的交流电压变换成符合整流 要求的交流电压。要求的交流电压。(2).整流电路：将交流电压转换成单向脉动电压。整流电路：将交流电压转换成单向脉动电压。(3).滤波电路：减小脉动电压中波动的成分。滤波电路：减小

3、脉动电压中波动的成分。(4).稳稳压压电电路路：对对滤滤波波后后的的不不稳稳定定直直流流电电压压 进进一一步步的的“稳稳压压”，向电子设备提供稳定的电压。向电子设备提供稳定的电压。http:/8.1 8.1 整整 流流 电电 路路整流电路的主要任务整流电路的主要任务:利用单向导电元件将输入的交流电压利用单向导电元件将输入的交流电压变换成单向脉动电压。常见有半波、变换成单向脉动电压。常见有半波、全波和桥式整流。全波和桥式整流。单相单相半波整流半波整流如图如图8.2(a):由整流变压器由整流变压器B、整流二极管和电阻负载整流二极管和电阻负载RL三个三个部分组成。部分组成。工作原理工作原理:图图 8

4、.2http:/1.变压器初级加交流电压变压器初级加交流电压u，在次级绕组中电压，在次级绕组中电压ui为为ui=Uisint2.当当ui在在正正半半周周时时，二二极极管管导导通通，正正半半波波电电流流iO流流过过负负载载电电阻阻，得到正半周半波电压。得到正半周半波电压。UOm=Ui3.当当ui在在负负半半周周时时，二二极极管管截截止止，负负载载电电阻阻上上没没有有电电流流流流过过，uO=0，如图，如图8.2(b)所示。所示。关系式关系式:在负载电阻上所得到的大小变化、单方向的，在负载电阻上所得到的大小变化、单方向的，即单相脉动电压。其最大值为即单相脉动电压。其最大值为 UOm=1.414 Ui

5、(8-1)半波电压的平均值为半波电压的平均值为 (8-2)即即UO=0.45 Ui半波整流电路的电流平均值半波整流电路的电流平均值IO=0.45Ui/RL(8-3)负半周时整流二极管截止，负半周时整流二极管截止，它所承受最大反向电压为它所承受最大反向电压为 1.414 Ui.http:/8.1.2 单相全波整流1.全波整流电路全波整流电路:图图8.3由由两两个个半半波波整整流流电电路路组组成成。变变压压器器的的中中心心触触头头把把次次级级分分成成上上下下两两个个半半绕绕组组，每每个个半半绕绕组组的电压均为的电压均为:ui=Ui sint正正半半周周:上上半半绕绕组组的的电电压压ui使使V1导导

6、通通,V2截截止止，iO流流RL，RL上得到上正下负的半波电压。上得到上正下负的半波电压。负负半半周周:下下半半绕绕组组的的电电压压ui,使使V2导导通通，V1截止。截止。iO流过流过RL，得到上正下负的半波电压。，得到上正下负的半波电压。在在一一个个周周期期内内两两个个二二极极管管轮轮流流导导通通在在负负载载电电阻阻RL上上得得到到的的两两个个半半周周期期的的正正波波形形,如如图图8.4所示。所示。整整流流二二极极管管在在截截止止时时的的反反向向电电压压的的最最大大值值，是是变变压压器器半半绕绕组组的的最最大大电电压压Ui。所所以以在在选选择择整整流二极管的耐压时应满足流二极管的耐压时应满足

7、:URMUihttp:/2.桥式全波整流电路桥式全波整流电路图图8.5(a),四个二极管接成电桥形式。四个二极管接成电桥形式。ui正半周正半周:B次级极性上正下负，使次级极性上正下负，使V1和和V3导通，导通，V2和和V4截止，截止，RL上得到是上正下负的半波电压，图上得到是上正下负的半波电压，图(b).ui负半周负半周:B次级极性上负下正，使次级极性上负下正，使V2和和V4导通，导通，V1和和V3截止，截止，RL上仍然得到是上正下负的半波电压，图上仍然得到是上正下负的半波电压，图(c).在一个周期里在一个周期里RL得到电压两个半周期的正波形得到电压两个半周期的正波形.图图 8.5http:/

8、单相桥式全波整流中，负载电阻单相桥式全波整流中，负载电阻RL上电压平均值为上电压平均值为(8-4)负载电阻负载电阻RL上电流平均值上电流平均值IO=0.9Ui/RL流过每个整流二极管的正向电流流过每个整流二极管的正向电流 Id=IO /2.桥式全波整流中，每个整流二极管在截止时所承受的桥式全波整流中，每个整流二极管在截止时所承受的反向电压的最大值仍然是反向电压的最大值仍然是:1.414 Uihttp:/8.2 8.2 滤滤 波波 电电 路路 整整流流电电路路输输出出的的是是单单向向脉脉动动的的电电压压,要要加加接接滤滤波波器器，以以改改善善脉动程度。脉动程度。滤滤波波器器一一般般由由电电抗抗元

9、元件件组组成成。由由于于电电容容和和电电感感元元件件具具有有储储能能作作用用，在在电电源源电电压压(流流)增增加加时时，能能把把部部分分能能量量储储存存起起来来，在在电源电压电源电压(流流)下降时把能量释放出来，使负载电流比较平滑。下降时把能量释放出来，使负载电流比较平滑。滤波器一般的结构如下图滤波器一般的结构如下图8.9所示。所示。图图 8.9http:/8.2.1 电容滤波器(C滤波器)如图如图8.9(a)在在u的的正正半半周周时时V1和和V3导导通通，向向RL提提供供电电流流的的同同时时，向向电电容容C充充电电，电容上电压为电容上电压为uC上升上升.当当u电电压压过过最最大大值值后后开开

10、始始下下降降，当当降降至至u I0/2=0.5(A)和和 VRM 1.41U=1.4120=28.2(V)据据(8-5)式，选取式，选取C=5T/2 RLRL=UO/I0=20/1=24()T=1/50=0.02(S)C=5T/2 RL=(50.020/(224)24)=0.0021 F选取标称值选取标称值 C=2200F选择整流管的参数选择整流管的参数If=1A，URM=50V。http:/8.2.2 电感电容滤波器(LC滤波器)图图8.10电路电路.当当流流过过L的的电电流流增增加加时时，L中中产产生生的的感感应应电电动动势势阻阻碍碍电电流流的增大，同时将部分的电能转换成磁能储存起来。的增

11、大，同时将部分的电能转换成磁能储存起来。当当流流过过L的的电电流流减减小小时时，L中中产产生生感感应应电电动动势势，阻阻碍碍电电流流的的减减小小，同同时时将将储储存存在在线线圈圈中中磁磁能能转转换换成成电电能能释释放放出出来来。使使负载电流平滑，输出电压的脉动进一步减小。负载电流平滑，输出电压的脉动进一步减小。频频率率越越高高，电电感感量量越越大大，即即L比比负负载载越越大大，滤滤波波效效果果越越好好。但但会会使使线线圈圈电电阻阻增增加加，引引起起输输出出电电压压的的下下降降。L一一般般选取在几亨到几十亨，采用铁芯来提高电感量。选取在几亨到几十亨，采用铁芯来提高电感量。图图8.10http:/

12、8.3 8.3 直流稳压电路直流稳压电路输出电压不稳定输出电压不稳定:输入交流电压经过整流滤波后，仍存在波动。输入交流电压经过整流滤波后，仍存在波动。输入电压波动和负载电流的变化，会造成输出电压的变化。输入电压波动和负载电流的变化，会造成输出电压的变化。因因此此，必必须须采采取取稳稳定定措措施施，直直流流稳稳压压电电路路就就是是在在整整流流滤滤波波电电路后实现稳压作用。路后实现稳压作用。直流稳压电路分类直流稳压电路分类:按稳压的工作方式分成按稳压的工作方式分成:线性直流稳压电路线性直流稳压电路 开关直流稳压电路。开关直流稳压电路。按电压调整器件与输出电压的连接方式分成按电压调整器件与输出电压的

13、连接方式分成:串联直流稳压电路串联直流稳压电路 并联直流稳压电路。并联直流稳压电路。http:/8.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路图图8.11。稳稳压压管管D与与RL相相并并联联，R是是稳稳压压管管的的限限流流电电阻阻，用用来确定稳压管的工作电流。来确定稳压管的工作电流。(1).RL一定，若一定，若U1上升时上升时,D起到稳定输出电压的作用。起到稳定输出电压的作用。U1UOIZIRURUO(2).U1一定，一定，RL加大时加大时:D起到稳定输出电压的作用。起到稳定输出电压的作用。RLIOIRURUOIZIRURUO图图8.11http:/稳压管电压稳定，需满足稳压管动态的稳压管电压稳定，

14、需满足稳压管动态的工作电流范围，即工作电流范围，即:IZmin 和和 IZmax，如图如图8.12所示。所示。因此因此,要合理选择稳压管的限流电阻要合理选择稳压管的限流电阻R。设设:U1的变化为的变化为U1min U1max，IZ 和和 RL间的关系，应满足间的关系，应满足:即限流电阻即限流电阻R的选择应满足的选择应满足:(8-7)在工程上对输入电压在工程上对输入电压u1可按可按U1=2UO 进行估算。进行估算。http:/8.3.2 串联型稳压电路串联型稳压电路1.基本工作原理基本工作原理.(1)简单稳压电路简单稳压电路:图图8.13电路电路.当当Ui升高时，升高时，UO上升。上升。D的稳定

15、电压的稳定电压UZ不变，不变，T的的UBE=UZ-UO变小，则变小，则IB减小，导致减小，导致T的的UCE增大，使增大，使UO(=Ui-UCE)减小，减小，UO得以稳定。得以稳定。稳压电路的稳压是稳压电路的稳压是:将输出电压与一个基准电压进行比较，将输出电压与一个基准电压进行比较，出现变化的电压用来调整三极管的管出现变化的电压用来调整三极管的管压降，使输出电压保持稳定。压降，使输出电压保持稳定。通常称三极管为调整管。通常称三极管为调整管。调整管工作在线性的放大区，调整管工作在线性的放大区，把这种稳压电路称为线性稳压电路。把这种稳压电路称为线性稳压电路。由于调整管是和负载相串联，由于调整管是和负

16、载相串联，稳压电路称为串联稳压电路稳压电路称为串联稳压电路图图 8.13http:/如如果果将将上上述述将将UO和和UZ比比较较后后变变化化差差进进行行放放大大，再再去去控控制制T的基极，那么稳压电路的稳压性能将更会进一步提高。的基极，那么稳压电路的稳压性能将更会进一步提高。(2)串联稳压电路串联稳压电路图图8.14所示电路所示电路:若若有有UO的的下下降降，经经R1和和R2分分压压，T2管管UB下下降降，而而UZ不不变变，T2管管的的UBE2减减小小，IB2减减小小，IC2减减小小，使使得得UC2升升高高，即即T1管管的的UB1升升高高，T1管管的的UBE1加加大大，使使得得IB1增增大大，

17、UCE1减减小小，UO=(Ui-UCE1)上升，抑制了上升，抑制了UO的下降。的下降。图图8.14http:/(3)稳压电路由四个部分组成。稳压电路由四个部分组成。1)取样部分取样部分由由电电阻阻R1和和R2组组成成.把把UO的的变变化化取取出出，反反馈馈到到T2的的基基极极上。反馈电压为上。反馈电压为 (8-8)2)基准部分基准部分由限流电阻由限流电阻R3和稳压管和稳压管D组成组成.UZ为稳压电路的电压基准。为稳压电路的电压基准。3)比较放大部分比较放大部分由由T2和和R4组成组成(R1、R2也是其偏置电路电阻也是其偏置电路电阻)。UBE2=Uf-Uz，经经T2放放大大，在在其其负负载载上上

18、产产生生压压降降，改改变变电电位位UC2，即改变电位，即改变电位UB1。4)调整部分调整部分核心部件是调整三极管核心部件是调整三极管T1，R4也是其偏置电阻。也是其偏置电阻。电位电位UB1的变化经的变化经T1的放大以自动稳定输出电压。的放大以自动稳定输出电压。http:/(4)串联稳压电路的方框图串联稳压电路的方框图:图图8.15。由由图图中中可可看看出出，稳稳压压电电路路实实际际上上是是一一种种反反馈馈控控制电路，它利用了负反馈原理达到稳定输出电压的目的。制电路，它利用了负反馈原理达到稳定输出电压的目的。http:/(5)串联稳压电路串联稳压电路估算：估算：1)输出电压由基准电压和取样电阻的

19、分压确定。输出电压由基准电压和取样电阻的分压确定。因为因为:UB2=UZ+UBE 忽略忽略UBE时，时，(式式8-8)可得可得:2)基准电压:3)流过取样电阻的电流流过取样电阻的电流:I1 IO/10；4)调整管的工作压降调整管的工作压降:UCE(35)Vhttp:/2.使用运算放大器的稳压电源使用运算放大器的稳压电源图图8.15所示电路中，运算放大器接成比较放大电路。所示电路中，运算放大器接成比较放大电路。基准电压基准电压UZ接到运放同相端。接到运放同相端。取样电压加在运算放大器的反相端。取样电压加在运算放大器的反相端。http:/8.4 三端集成稳压器三端集成稳压器8.4.1 固定输出式三

20、端稳压器固定输出式三端稳压器 1.1.外形和典型应用电路外形和典型应用电路常常见见的的固固定定输输出出式式三三端端稳稳压压器器有有正正电电压压输输出出的的CW78和负电压输出的和负电压输出的CW79,其外形和管脚功能如下图其外形和管脚功能如下图8.17所示。所示。http:/2.78和和79系列三端稳压器的典型应用电路图。系列三端稳压器的典型应用电路图。下图下图8.18的中的中(a)和和(b)，图中的两个电容用来实现频率补偿，以防止稳压器可能图中的两个电容用来实现频率补偿，以防止稳压器可能产生的高频自激振荡并抑制由输入电路引入的高频干扰。产生的高频自激振荡并抑制由输入电路引入的高频干扰。htt

21、p:/3.正负电压输出电路图图8.21所示，采用所示，采用7812和和7912三端稳压器。三端稳压器。http:/8.4.2 可调输出式三端稳压器常常见见的的有有:CW317(正正可可调调)和和 CW337(负负 可可 调调)，CW350,CW338，外外型型与与管管脚脚如如图图8.22(b)所所示示。输输出出范范围在围在1.25V37V。图图8.23所所示示为为CW317典典型型电电路路。在在输输入入电电压压允允许许的的情情况况下下，通通过过调调整整电电位位器器RP，可可得得到到1.25V37V的的连续可调的输出电压。连续可调的输出电压。图图 8.22图图 8.23http:/8.6 8.6

22、 本本 章章 小小 结结(1)直流稳压电源由四个部分组成直流稳压电源由四个部分组成:电源变换器、整流电路、滤波电路和稳压电路电源变换器、整流电路、滤波电路和稳压电路(2)电源变换器将交流电网中的交流电压变换为符合整流要电源变换器将交流电网中的交流电压变换为符合整流要求的交流电求的交流电.(3)整流电路将交流电压转换成单向脉动电压。整流电路将交流电压转换成单向脉动电压。(4)电容滤波将起到减小整流输出电压脉动的作用。电容滤波将起到减小整流输出电压脉动的作用。(5)直流稳压电源有两种：线性调整电源和开关调整电源。直流稳压电源有两种：线性调整电源和开关调整电源。串串联联稳稳压压电电路路由由四四个个部部分分组组成成：(1)取取样样部部分分；(2)基基准准部分；部分；(3)比较放大部分；比较放大部分；(4)调整部分。调整部分。串联稳压电源常由集成稳压电路组成。串联稳压电源常由集成稳压电路组成。http:/Q&A?Thanks!