《直流穩(wěn)壓電路》PPT課件

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1、返 回哈爾濱工業(yè)大學 電工學教研室 返 回目 錄 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 的 作 用 從 交 流 電 源 變 換 成 平 滑 而 穩(wěn) 定 的 直 流 電 。直 流 穩(wěn) 壓 電 源 廣 泛 應(yīng) 用 于1. 工 農(nóng) 業(yè) 生 產(chǎn) 中2. 國 防 軍 事 中3. 科 學 實 驗 中4. 日 常 生 活 中 返 回 一 . 組 成 直 流 穩(wěn) 壓 電 源 由 變 壓 器 、 整 流 電 路 、 濾 波 電 路 和 穩(wěn) 壓 電 路 四部 分 構(gòu) 成 。 返 回 電 源 變 壓 器 : 將 交 流 電 網(wǎng) 電 壓 u1變 為 合 適 的 交 流電 壓 u2。 整 流 電 路 : 將 交 流 電 壓 u2變

2、為 脈 動 的 直 流 電 壓 uR。 濾 波 電 路 : 將 脈 動 直 流 電 壓 uR轉(zhuǎn) 變 為 較 平 滑 的 直流 電 壓 uF。 穩(wěn) 壓 電 路 : 清 除 電 網(wǎng) 波 動 及 負 載 變 化 的 影 響 ,保 持輸 出 直 流 電 壓 U0的 穩(wěn) 定 。二 . 功 能返 回 以 下 主 要 介 紹 小 功 率 電 源 中 常 用 的 前 三 種 電 路 。整 流 電 路 的 任 務(wù) 利 用 半 導 體 單 向 導 電 元 件 把 交 流 電 壓 轉(zhuǎn) 變 為 脈 動 的 直流 電 壓 。整 流 電 路 的 種 類 整 流 電 路 有 單 相 半 波 、 全 波 、 橋 式 和 倍

3、壓 整 流 ； 三 相半 波 、 三 相 橋 式 全 波 整 流 等 多 種 電 路 。 為 分 析 簡 單 起 見 ， 我 們 把 二 極 管 當 作 處 理 ，即 二 極 管 的 正 向 導 通 電 阻 為 零 ， 反 向 電 阻 為 無 窮 大 。返 回 電 路 組 成 當 u20 時 ， 二 極 管 導 通 。如 果 忽 略 二 極 管 正 向 壓 降 ， 則 ： uo=u2導 通 iD=io=uo/RL 返 回 電 路 組 成 當 u20 時 ， 二 極 管 D1、 D3 導 通 。 返 回 單 相 橋 式 全 波 整 流 電 路 工 作 原 理當 u20, D1導 通 ，D2截 止

4、 ；輸 出 uo為 全 波 整 流波 形 。當 u20, D2導 通 ，D1截 止 。 返 回 2o 2 2 201 22 sin d 0.92U U t t U U 單 相 全 波 整 流 電 路 輸 出 電 壓 波 形單 相 全 波 整 流 電 路 輸 出 電 壓 平 均 值單 相 全 波 整 流 電 路 輸 出 電 流 平 均 值 2o L0.45UI R返 回 D 2o L1 0.452 UI I R 單 相 全 波 整 流 電 路 二 極 管 上 承 受 的 最 高 反 向電 壓 ： DRM 22 2U U單 相 全 波 整 流 電 路 中 二 極 管 的 平 均 電 流 和輸 出

5、電 流 ：返 回 單 相 橋 式 全 波 整 流 與 單 相 全 波 整 流單 相 橋 式全 波 整 流單 相 全 波整 流 變 壓 器 二 極 管 反向 電 壓輸 出 電壓 波 形整 流 元件 數(shù) 量 二 極 管 平均 電 流 輸 出 電 壓平 均 值無 中 心抽 頭 4 全 波有 中 心抽 頭 2 22U 22 2UO12I O12I 20.9U20.9U全 波 ？ ？ ？實 際 中 單 相 橋 式 整 流 應(yīng) 用 較 多 。返 回 單 相 橋 式 整 流 電 路 中 的 整 流 電 橋 可 由 四個 整 流 二 極 管 組 成 ， 也 可 直 接 用 集 成 的代 替 。 返 回 返 回

6、 返 回 濾 波 的 基 本 概 念 :交 流 電 壓 經(jīng) 整 流 電 路 整 流 后 輸 出 的 是 脈 動 直流 ， 其 中 既 有 直 流 成 分 又 有 交 流 成 份 。 濾 波 電 路就 是 利 用 儲 能 元 件 電 容 兩 端 的 電 壓 (或 通 過 電 感 中的 電 流 )不 能 突 變 的 特 性 , 將 電 容 與 負 載 RL并 聯(lián) (或?qū)?電 感 與 負 載 RL串 聯(lián) )， 濾 掉 整 流 電 路 輸 出 電 壓 中的 交 流 成 份 ， 保 留 其 直 流 成 份 ， 達 到 平 滑 輸 出 電壓 波 形 的 目 的 。 這 一 過 程 稱 為 。 返 回 一

7、、 濾 波 電 路1. 單 相 半 波 整 流 電 容 濾 波 電 路 返 回 2. 單 相 橋 式 整 流 電 容 濾 波 電 路一 、 濾 波 電 路返 回 半 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=100UF） 波 形 圖整 流 二 極 管 中的 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 半 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=470UF） 波 形 圖整 流 二 極 管 中 的沖 擊 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 半 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=1000UF） 波 形 圖二 極 管 沖 擊 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 半 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=33

8、00UF） 波 形 圖二 極 管 沖 擊 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 半 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=6800UF） 波 形 圖二 極 管 沖 擊 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 全 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=100UF） 波 形 圖輸 出 電 壓二 極 管 沖 擊 電 流 返 回 全 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=470UF） 波 形 圖二 極 管 沖 擊 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 全 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=1000UF） 波 形 圖二 極 管 沖 擊 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 全 波 整 流 濾 波 電

9、路 （ C=3300UF） 波 形 圖濾 波 輸 出 電 壓整 流 二 極 管 中的 沖 擊 電 流 返 回 全 波 整 流 濾 波 電 路 （ C=6800UF） 波 形 圖整 流 二 極 管 中的 沖 擊 電 流 濾 波 輸 出 電 壓 返 回 一 般 取 L (35)2TR C (T為 電 源 電 壓 的 周 期 )近 似 估 算 : U0=1.2U2(2) 流 過 二 極 管 瞬 時 電 流 很 大 RLC越 大 U0越 高 ,負 載 電 流 的 平 均 值 越 大 整 流 管 導電 時 間 越 短 iD的 峰 值 電 流 越 大 。一 般 選 管 時 ， 取 0 0DF L1(23)

10、 (23)2 2I UI R 二 、 電 容 濾 波 電 路 的 特 點(1) 輸 出 電 壓 U0與 時 間 常 數(shù) RLC有 關(guān) RLC愈 大 電 容 器 放 電 愈 慢 U0(平 均 值 )愈 大 。 返 回 輸 出 波 形 隨 負 載 電 阻 RL或 C的 變 化 而 改 變 ,U0和 S也 隨之 改 變 。如 :RL愈 小 (Io越 大 ),Uo下 降 多 , S增 大 。(3) 輸 出 特 性 (外 特 性 ):1.4U20.9U2 Uo0 Io電 阻 負 載 有 電 容 濾 波 電 阻 負 載 無 電 容 濾 波返 回 結(jié) 論 （ 1） 并 聯(lián) 電 容 濾 波 后 ， 輸 出 電

11、 壓 直 流 成 份 （ 即 輸 出 電 壓平 均 值 ） 提 高 了 ； 脈 動 成 份 降 低 了 （ 即 輸 出 波 形 平 滑 ） 。 通 過 以 上 半 波 、 全 波 整 流 電 容 濾 波 電 路的 波 形 圖 和 分 析 可 以 看 出 ： （ 3） 輸 出 電 壓 隨 輸 出 電 流 （ 負 載 電 流 ） 增 大 而 下 降 較 快 ，輸 出 特 性 較 軟 。（ 4） 濾 波 電 容 愈 大 ， 濾 波 效 果 愈 好 ， 但 整 流 二 極 管 的 導通 時 間 愈 短 ， 其 中 的 電 流 沖 擊 也 愈 大 。（ 2） 電 容 放 電 時 間 常 數(shù) RLC愈 大

12、 ， 放 電 愈 慢 ， 輸 出 電 壓愈 高 ， 脈 動 愈 小 ， 濾 波 效 果 愈 好 。 電 容 濾 波 電 路 適 用 于 輸 出 電 壓 較 高 ,負 載 電 流較 小 且 負 載 變 動 不 大 的 場 合 。 返 回 在 橋 式 整 流 電 路 與 負 載 間 串 入 一 電 感 L 就 構(gòu) 成 了 電 感濾 波 電 路 。一 、 電 感 濾 波 電 路 結(jié) 構(gòu) 2u1u T ouLRL返 回 二 、 電 感 濾 波 原 理 對 直 流 分 量 (f=0): XL=0 ,L相 當 于 短 路 ,電 壓 大 部 分 降 在 RL上 。 U0=0.9U2當 忽 略 電 感 線 圈

13、 的 直 流 電 阻 時 ， 輸 出 平 均 電 壓 約 為 ： 對 諧 波 分 量 : f 越 高 ,XL越 大 ,電 壓 大 部 分 降 在 XL上 。 因此 ,在 輸 出 端 得 到 比 較 平 滑 的 直 流 電 壓 。三 、 電 感 濾 波 的 特 點 整 流 管 導 電 角 較 大 ,峰 值 電 流 很 小 ,輸 出 特 性 比 較 平 坦 ,適 用 于 低 電 壓 大 電 流 (R L較 小 )的 場 合 。 缺 點 是 電 感 鐵 芯 笨 重 ,體 積 大 ,易 引 起 電 磁 干 擾 。返 回 為 了 進 一 步 改 善 濾 波 特 性 ， 可 采 取 多 級 濾 波 的 辦

14、 法 , 如在 電 容 濾 波 后 再 接 一 級 RC濾 波 電 路 ， 或 在 電 感 濾 波 后 面 再 接一 電 容 。 從 而 構(gòu) 成 LC型 或 RC-、 LC-型 濾 波 電 路 ， 其 性 能及 應(yīng) 用 場 合 分 別 與 電 容 濾 波 和 電 感 濾 波 相 似 。L-C 型 濾 波 電 路 結(jié) 構(gòu) 返 回 RC- 型 濾 波 電 路 結(jié) 構(gòu)RC- 型 濾 波 電 路 特 點 R愈 大 ， C 2愈 大 ， 濾 波 效 果 愈 好 。 但 R太 大 ， 將 使 直流 壓 降 增 加 。 主 要 適 用 于 負 載 電 流 較 小 而 又 要 求 輸 出 電 壓 脈 動 很小

15、 的 場 合 。返 回 LC- 型 濾 波 電 路 結(jié) 構(gòu)LC- 型 濾 波 電 路 特 點 濾 波 效 果 比 LC濾 波 器 更 好 ， 但 整 流 二 極 管 中 的 沖擊 電 流 較 大 。電 感 線 圈 體 積 大 而 笨 重 、 成 本 高 。 返 回 穩(wěn) 壓 管穩(wěn) 壓 電 路 開 關(guān) 型穩(wěn) 壓 電 路線 性穩(wěn) 壓 電 路常 用 穩(wěn) 壓 電 路(小 功 率 設(shè) 備 )在 小 功 率 設(shè) 備 中 常 用 的 穩(wěn) 壓 電 路 有 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 電 路 、 線性 穩(wěn) 壓 電 路 和 開 關(guān) 型 穩(wěn) 壓 電 路 等 。 其 中 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 電 路 最簡 單 ， 但 是 帶 負

16、 載 能 力 差 ， 一 般 只 提 供 基 準 電 壓 ， 不 作 為電 源 使 用 。 開 關(guān) 型 穩(wěn) 壓 電 源 效 率 較 高 ， 目 前 用 的 也 比 較 多 ，但 因 學 時 有 限 ， 這 里 不 做 介 紹 。 以 下 主 要 討 論 線 性 穩(wěn) 壓 電路 。返 回 穩(wěn) 壓 電 路 的 主 要 性 能 指 標1、 穩(wěn) 壓 系 數(shù) S穩(wěn) 壓 系 數(shù) S用 來 反 映 電 網(wǎng) 電 壓 波 動 對 穩(wěn) 壓 電 路 的 影 響 。 定 義 為 當負 載 固 定 時 ， 輸 出 電 壓 的 相 對 變 化 量 與 輸 入 電 壓 的 相 對 變 化 量 之 比 。0 I0 IS U U

17、U U 2、 輸 出 電 阻 Ro輸 出 電 阻 Ro用 來 反 映 穩(wěn) 壓 電 路 受 負 載 變 化 的 影 響 。 定 義 為 當 輸 入電 壓 固 定 時 輸 出 電 壓 變 化 量 與 輸 出 電 流 變 化 量 之 比 。 它 實 際 上 就 是 電源 戴 維 南 等 效 電 路 的 內(nèi) 阻 。穩(wěn) 壓 電 路 的 主 要 作 用 為 負 載 提 供 不 隨 電 源 電 壓 波 動 和 負 載 波 動 影 響 的 穩(wěn)定 的 輸 出 電 壓 。 oo o UiUR I 常 數(shù)返 回 一 、 電 路 結(jié) 構(gòu) 返 回 二 、 工 作 原 理 在 穩(wěn) 壓 管 的 穩(wěn) 壓 區(qū) ， 電 流 變

18、化 較 大 時 ， 穩(wěn) 壓 管 兩 端 電 壓 變 化 較 小 。1. 電 網(wǎng) 電 壓 波 動 1 2 o Z R R ou u U I I U U 2. 負 載 波 動L o R R o Z R oR I I U U I U U 通 過 調(diào) 節(jié) R上 的 壓 降 來 達 到 穩(wěn) 定 輸 出 電 壓 Uo的 目 的 。2u1u T LRZIRIRU OUoIC R ZDiU ZU返 回 三 、 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 電 路 特 點優(yōu) 點 ： 電 路 簡 單 ， 元 件 少 。缺 點 ： 穩(wěn) 壓 效 果 不 太 好 ， 輸 出 電 壓 不 可 調(diào) 。四 、 穩(wěn) 壓 管 選 擇 辦 法Z oU U

19、OZmax max1.5 3I I i o2 3U U五 、 限 流 電 阻 R 的 選 擇 原 則imax Z Zmin Zmax U U I IR 2.返 回 串 聯(lián) 反 饋 式 穩(wěn) 壓 電 路 由 四 個 主 要 部 分 組 成 ：1、 基 準 電 壓 環(huán) 節(jié)2、 比 較 放 大 環(huán) 節(jié)3、 取 樣 環(huán) 節(jié)4、 調(diào) 整 環(huán) 節(jié)一 、 電 路 結(jié) 構(gòu) 的 一 般 形 式 返 回 調(diào) 整 元 件 T與 負 載 串 聯(lián) ， 通 過 全 部 負 載 電 流 。 比 較 放大 器 可 以 是 單 管 放 大 電 路 或 集 成 運 算 放 大 器 。 調(diào) 整 元 件 可以 是 單 個 功 率 管

20、， 復 合 管 或 用 幾 個 功 率 管 并 聯(lián) 。 基 準 電 壓可 由 穩(wěn) 壓 管 穩(wěn) 壓 電 路 組 成 。 取 樣 電 路 取 出 輸 出 電 壓 UO的 一部 分 和 基 準 電 壓 相 比 較 。因 調(diào) 整 管 與 負 載 接 成 射 極 輸 出 器 形 式 ， 為 深 度 串 聯(lián) 電壓 負 反 饋 ， 故 稱 之 為 串 聯(lián) 反 饋 式 穩(wěn) 壓 電 路 。二 、 電 路 的 組 成返 回 一 、 一 種 實 際 的 晶 體 管 串 聯(lián) 反 饋 式 穩(wěn) 壓 電 源二 、 穩(wěn) 壓 原 理U o Uf UBE2=（ Uf -UZ）UC2Uo當 Ui增 加 或 輸 出 電 流 減 小

21、使 Uo升 高 時 ：返 回 三 、 輸 出 電 壓 的 確 定 和 調(diào) 節(jié) 范 圍 2 21 2 P 1 2 PO Z BE2 ZP 2 P 21 2 POmax Z BE221 2 POmin Z BE2 P 2 RR R R R R RU U U UR R R RR R RU U URR R RU U UR 4、 調(diào) 整 管 r ce愈 大 越 好 (rce小 則 Ui引 起 的 Uo大 )。四 、 影 響 穩(wěn) 壓 特 性 的 主 要 因 素1、 比 較 放 大 部 分 的 AV和 電 壓 反 饋 系 數(shù) F 愈 大 越 好 ； 2、 基 準 電 壓 愈 穩(wěn) 定 越 好 ；3、 放 大

22、部 分 的 電 源 愈 穩(wěn) 定 越 好 ； 調(diào) 節(jié) RP可 改 變 Uo達 到調(diào) 壓 的 目 的 。返 回 在 運 放 理 想 條 件 下 (AV= ri= )：1 P1o R R2 P2+ 1(1 )+R RU U UR R F 五 、 選 用 增 益 高 的 集 成 運 放 作 為 放 大 環(huán) 節(jié) 的 串 聯(lián) 反 饋 式 穩(wěn) 壓電 源返 回 六 、 存 在 的 缺 點串 聯(lián) 反 饋 式 穩(wěn) 壓 電 源 外 圍 元 件 較 多 ； 另外 ， 調(diào) 整 管 工 作 在 線 性 放 大 區(qū) ,當 負 載 電 流較 大 時 ， 其 損 耗 (P=UCEIo)大 ； 電 源 的 效 率為 ( =Po/

23、Pi=UoIo/UiIi)較 低 。為 了 提 高 效 率 ， 可 采 用 開 關(guān) 型 穩(wěn) 壓 電 源 。 返 回 19.5.1 集 成 穩(wěn) 壓 電 源 簡 介三 端 集 成 穩(wěn) 壓 器 的 硅 片 封 裝 在 普 通 功 率 管 的 外 殼 內(nèi) ，電 路 內(nèi) 部 附 有 短 路 和 過 熱 保 護 環(huán) 節(jié) 。 隨 著 半 導 體 工 藝 的 發(fā) 展 ,現(xiàn) 在 已 生 產(chǎn) 并 廣 泛 應(yīng) 用 的單 片 集 成 穩(wěn) 壓 電 源 ， 具 有 體 積 小 ,可 靠 性 高 ,使 用 靈 活 ,價 格 低 廉 等 優(yōu) 點 。 最 簡 單 的 集 成 穩(wěn) 壓 電 源 只 有 輸 入 ， 輸出 和 公 共

24、 引 出 端 ,故 稱 之 為 。 本 節(jié) 主 要 介 紹 常 用 的 7800、 7900系 列 固 定 輸 出 式 三端 集 成 穩(wěn) 壓 器 組 件 及 其 應(yīng) 用 ， 其 內(nèi) 部 也 是 串 聯(lián) 型 晶 體 管穩(wěn) 壓 電 路 。 根 據(jù) 輸 出 端 電 壓 是 否 可 調(diào) 可 分 為 固 定 輸 出 式 和 可 變 輸出 式 兩 類 。 返 回 分 類正 穩(wěn) 壓7800系 列 負 穩(wěn) 壓37系 列正 穩(wěn) 壓17系 列負 穩(wěn) 壓7900系 列三 端 集 成 穩(wěn) 壓 器固 定 式 可 調(diào) 式注 意 ： 7800/7900系 列 型 號 后 兩 位 數(shù) 字 XX代 表 輸 出 電 壓 值 。

25、返 回 三 端 集 成 穩(wěn) 壓 器 實 物 照 片 返 回 三 端 集 成 穩(wěn) 壓 器 管 腳 排 列78系 列 輸 出 電 壓 79系 列 輸 出 電 壓7805 5V7806 6V7808 8V7809 9V7810 10V7812 12V7815 15V7818 18V7824 24V 7905 5V7906 6V7908 8V7909 9V7910 10V7912 12V7915 15V7918 18V7924 24V輸入 輸出公共端 輸入 輸出公共端返 回 一 、 輸 出 為 固 定 正 電 壓 的 電 路19.5.2 應(yīng) 用 電 路輸 出 為 固 定 正 壓 時 7800系 列 穩(wěn)

26、 壓 器 的 基 本 接 線 圖如 圖 所 示 。注 意 ： 輸 入 與 輸 出 端 之 間 的 電 壓 差 不 得 低 于 3V！ 返 回 二 、 輸 出 正 、 負 電 壓 的 電 路 返 回 UXX: 為 78XX固 定 輸 出 電 壓 ， 則 Uo=UXX+UZ三 、 提 高 輸 出 電 壓 的 電 路返 回 運 算 放 大 器 作 為 電 壓 跟 隨 器 使 用 , 它 的 電 源 借 助 于 穩(wěn) 壓器 的 輸 入 直 流 電 壓 。 由 于 運 放 的 輸 入 阻 抗 很 高 ,輸 出 阻 抗 很低 ， 可 以 克 服 穩(wěn) 壓 器 輸 出 電 流 變 化 的 影 響 。四 、 輸 出 電 壓 可 調(diào) 式 電 路用 三 端 穩(wěn) 壓 器 也 可 以 實 現(xiàn) 輸 出 電 壓 可 調(diào) ， 下 圖 是 用 7805組 成 的 7 30V可 調(diào) 式 穩(wěn) 壓 電 源 。 返 回 2O XX 1(1 )RU U R (式 中 ， UXX=5V)穩(wěn) 壓 電 路 輸 出 Uo可 用 下 式 表 示 : 返 回 結(jié) 束第 19 章 返 回