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第 7 章 直流稳压电源

第 7 章 直流稳压电源. 太原理工大学电工基础教学部. 第 7 章 直流稳压电源. 7.1 整流滤波电路. 7.2 稳压电路. 7.3 集成稳压器. 7.4 串联开关式稳压电源. 第 7 章 直流稳压电源. 本章要求：. 1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算 ; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工 作原理 ; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。 4. 了解开关稳压电源的工作原理。. 电源变压器. 交流电源. 整流电路. 滤波电路. 稳压电路. 负载. u 1. u R.

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第 7 章 直流稳压电源

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  1. 第 7 章 直流稳压电源 太原理工大学电工基础教学部

  2. 第7章 直流稳压电源 7.1 整流滤波电路 7.2 稳压电路 7.3 集成稳压器 7.4 串联开关式稳压电源

  3. 第7章 直流稳压电源 本章要求： 1.理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工 作原理; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。 4.了解开关稳压电源的工作原理。

  4. 电源变压器 交流电源 整流电路 滤波电路 稳压电路 负载 u1 uR u2 Uo uF RL u1 u2 uF Uo uR o o o o o t t t t t 7.1 整流滤波电路 直流稳压电源的组成和功能 电源变压器:将交流电源电压u1变为所需要的交流电 压u2。 整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压uR。 滤波电路:将脉动直流电压uR转变为平滑的直流 电压uF。 稳压电路:当电网波动及负载变化时,维持输出Uo的稳定。

  5. iD a Tr io D RL uo u1 u2 ⑴ 分析 设： b u2 3π 2π π o ωt uo o ωt uD o ωt io iD o ωt 7.1.1 单相整流电路 1. 单相半波整流电路 u2> 0 时，D导通uD= 0 。 uo=u2 U2 < 0 时，D截止iD= 0。 uo=0 ⑵ 输出平均电压Uo

  6. iD a Tr 例 输出平均电压 io D RL uo u1 u2 输出平均电流 b ⑶ 二极管的选择 二极管上的平均电流： 二极管上的最高反向电压： 单相半波整流电路，已知：RL=750 ,U2=20V。求：Uo、Io、UDRM，并选出二极管。 解：Uo=0.45U2=9V 选用2AP4(16mA,50V)

  7. ua ub D1 Tr 3π 2π π a o ωt uo ua u1 RL io o ωt o t uo ub b 输出平均电流 D2 设： 2. 单相全波整流电路 输出平均电压Uo=0.9U2 二极管上的平均电流： ua> 0 ub＜ 0时，D1导通D2截止 uo=ua 二极管上承受的最高电压： Ua＜ 0 ub＞ 0时，D2导通D1截止 uo=ub

  8. + ⑴ 分析 设： a Tr + D4 io u1 D1 u2 uo RL D3 o t - D2 b - 3 .单相桥式整流电路 D1 D2共阴极，对应uo的“+”极； D3 D4共阳极，对应uo的“-”极。 D1 D3在u2的正半周导通； D2 D4在u2的负半周导通。 u2正半周时电流通路

  9. - a Tr + D4 io u1 D1 u2 uo RL D3 o t D2 - b + u2负半周时电流通路

  10. + a D4 (-) RL D1 u2 u0 D3 D2 b - (+) u2 uo 桥式整流电路输出波形 u2＞0时 a+ b- u2＜0时 b(+) a(-) D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: 由a+经D1 RLD3b- D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路:由b(+)经D2 RLD4a(-) 输出是脉动的直流电压！

  11. 输出平均电流 ⑵ 输出平均电压Uo ⑶ 二极管的选择 二极管上的平均电流： 二极管上的最高反向电压：

  12. 问题与讨论 a Tr + D1 D4 io u1 u2 uo RL o t - D2 D3 b 单相桥式整流电路中，若D2发生开路，短路，或反接三种情况，电路中将会发生什么问题？ ⑴ D2开路：相当于半波整流， Uo=0.45U2 ⑵ D2短路：Uo=0，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子 ⑶ D2反接：Uo=0，将变压器副边短路，烧坏绕组和管子

  13. 问题与讨论 电路如图所示。试标出输出电压uo1、uo2的极性，画出输出电压的波形。并求出Uo1、 Uo2的平均值。设： a Tr D1 D4 RL1 uo1 u12 u1 u22 D3 D2 uo2 RL2 b u12 u22 3π 2π π o ωt uo1 o ωt uo2 o ωt u1> 0 时 u12> 0 D1导通，uo1=u12 u22＜0 D3导通，uo2=u22 u1＜ 0 时 U22＞ 0 D2导通，uo1=u22 U12＜ 0 D4导通，uo2=u12 Uo1= 0.9U2 Uo2= -0.9U2

  14. 整流桥实物照片

  15. uo a b Tr D + u2 u1 uo o C RL ωt D截止 D导通 ⑴ 分析 设： 并入电容C后，在u2 > uC时，D导通，C充电, 充电很快，输出电压uo随u2上升。当uC = 后，u2开始下降u2<uC，D反偏截止，由C 向RL放电，放电较慢，输出电压uo随uC按指数规律缓慢下降。当u2> uC时C又被充电uo = u2又上升。直到u2<uC，D又截止，C又放电，如此不断的充电、放电，使输出电压uo脉动程度大为减小。 7.1.2 滤波电路 1. 电容滤波电路

  16. uo a b Tr D + u2 u1 uo o C RL ωt D截止 D导通 当RL = ∞，（即空载时） Uo= = 1.4 U2 一般要求 取 ；则 ⑵ 输出平均电压Uo 通常，输出平均电压可按下述工程估算取值： ⑶ 滤波电容C 的确定 滤波电容一般为几十微法到几千微法的有极性电容器。

  17. uo uo a 1.4U2 b 电容滤波 o 无电容滤波 ωt 0.45U2 D截止 D导通 o Io 二极管上的最高反向电压 无电容滤波 有电容滤波 电路 半波 桥式 ⑷ 电容滤波电路的特点 ① 输出电压Uo高 ② 带负载能力差，只适用于小电流场合 ③ 二极管导通角小，冲击电流大，容易使管子损坏

  18. 问题与讨论 S1 S2 ~ u2 RL C Vo 图示电路中，已知U2=20V，试求下列情况时，直流电压表的读数。 ① S1闭合、 S2断开 ② S1断开、 S2闭合 ③ S1闭合、 S2闭合 ④ 某二极管开路，重述 上述情况 解： ① Uo= 0.9U2=18V ④ Uo= 0.45U2=9V Uo≈1.4U2≈28V Uo= U2=20V ② Uo≈1.4U2≈28V ③ Uo= 1.2U2=24V

  19. 作业： 7-7 7-8

  20. L u1 u2 u0 RL 2. 电感滤波电路 （1）电感滤波电路结构 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。

  21. （2）电感滤波原理 对直流分量(f=0): XL=0 ,L相当于短路,电压大部分降在RL上。 对谐波 分量: f越高,XL越大,电 压大部分降在XL上。因此,在输 出 端得到比较平滑的 直流电 压。 当忽略电 感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为： U0=0.9U2 （3）电感滤波的特点 整流管导电角较大,峰值电流很小,输出 特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。

  22. 3、复式滤波器 为了进一步改善滤波特 性，可采取多级滤波的办法, 如在电容滤波后再接一级RC滤 波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成LC型或RC-、 LC-型滤 波电路，其性能及应用场合分别与电容滤 波和电感 滤波相似 。 L-C型滤波电路结构

  23. LC-型滤波电路结构 LC-型滤波电路特点 滤波效果比LC 滤波器更好，但整流二极管中的 冲击电流较大。 电 感线圈体积大而笨重、成本高。

  24. RC-Π型滤波电路结构 RC-Π型滤波电路特点 R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R太大，将使直流压降增加。 主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。

  25. 7.2 稳压电路 7.2.1并联型稳压电路 1、电路结构

  26. 2、工作原理 在稳压管的稳压区，电 流变化较大时，稳压管两端的电压变化较小。 （1） 电网电压波动 （2） 负载波动 通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的。

  27. （1） （2） 3、稳 压管稳 压电路 特点 优点：电路简单，元件少。 缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。 4、稳 压管选择办法 5、限流电阻R的选择原则

  28. 例 R IZ I1 UZ Ui RL 电压发生±20%波动，RL=2K，求R和Ui 的正常值。 已知：UZ=12v，Izmax=18mA， IZmin= 5mA 解：由KVL得 I1=24mA，I2=11mA Ui=26V，R=800

  29. 7.2.2 串联型稳压电源 1. 稳压电源的主要指标 （1）电压调整率SU （2）电流调整率SI （3）输出电压的温度系数ST

  30. T ＋ 调整 ＋ R1 UF UB ∞ 取 样 A UREF RL Ui Uo 比较放大 基准电压 R2 － － 2. 串联反馈型稳压电路 1. 电路一般结构 串联式稳压电路由取样、基准电压、放大和调整四个环节组成。 取样环节： R1 R2分压提取与输出Uo成正比的取样电压UF

  31. UCE T ＋ 调整 ＋ R1 UF UB ∞ 取 样 A UREF RL Ui Uo 比较放大 基准电压 R2 － － 基准电压环节：提供稳压的基准电压UREF 放大环节：放大UF与UREF的差值（ UREF －UF） 放大输出Uo的变化量。 调整环节：由放大后的变化量调整晶体管的管压降UCE， 从而达到稳定输出Uo的目的。

  32. UCE T ＋ 调整 UBE ＋ R1 UF UB ∞ 取 样 A UREF RL Ui Uo 比较放大 基准电压 R2 － － 2. 稳压原理 稳压过程按电网波动和负载电阻改变两种情况分述如下： 当电网波动Ui↑→Uo↑→UF↑→UBE↓→UCE↑→Uo↓； 当负载电阻RL↓→Uo↓→UF↓→UBE↑→UCE↓→Uo↑。 电路为电压串联负反馈。调整管T连接成射极跟随器。因而可得：

  33. UCE T ＋ 调整 UBE ＋ R1 UF UB ∞ 取 样 A UREF RL Ui Uo 比较放大 基准电压 R2 － － 或 在深度负反馈条件下，|1+AuFu| >>1时，可得 当反馈越深时，调整作用越强，输出电压Uo也越稳定

  34. 2N2222A T1 Tr D4 D1 R1 680Ω ~220V C1 C2 D3 RL D2 5kΩ 100μF 100μF D2 1N4736 7.1.4 简单分立元件组成的稳压电路 典型的串联稳压电源，其中变压器用于将220V市电降成需要的电压后，进行桥式整流和滤波，将交流电变成直流电并滤去纹波，经过简单的串联稳压电路，输出端得到稳定的直流电压。

  35. UCE1 + _ T1 + _ UBE1 R1 R3 R IC2 RW1 IB2 T2 RW UCE2 RL Ui UO RW2 UF R2 UZ Uo IC2 IB2 UF UCE1 UBE2 =（UF －UZ） Uo UBE1 UCE2 7.1.5 实际的串联式稳压电源 1. 稳压过程 当Ui增加或输出电流减小（ RL增大）使Uo升高时

  36. UCE1 + _ T1 + _ UBE1 R1 R3 R IC2 RW1 IB2 T2 RW UCE2 RL Ui UO RW2 UF R2 UZ Uo UBE2 =（UF －UZ） IB2 UF Uo IC2 UCE2 UBE1 UCE1 当Ui减小或输出电流增加（ RL减小）使Uo降低时

  37. UCE1 + _ T1 + _ UBE1 R1 R3 R IC2 RW1 IB2 T2 RW UCE2 RL Ui UO RW2 UF R2 UZ UZ不变 UF RW 上调 UBE2 Uo UCE2 UBE1 UCE1 2. RW 的调压作用 UZ不变 UF UBE2 RW 下调 Uo UCE2 UBE1 UCE1

  38. + _ T1 + _ R3 R1 R RW1 T2 RW RL Ui UO RW2 UF R2 UZ 3. 输出电压的调节范围

  39. T ＋ ＋ R R1 UF UB ∞ RP A UREF RL Ui Uo DZ R2 UZ － － 例 电路如图所示。已知UZ =6V，R1 =R2=RP，试估算稳压电路输出电压Uo的调节范围。 解：由 “虚短”，知道UF=UREF=UZ=6V，可估算出 作业： 7-10 7-12 该稳压电路的输出电压能在9V~18V之间调节。

  40. 7.3 集成稳压电源 7.3.1 三端固定集成稳压器 单片集成稳压电源: 体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉。 有输入，输出和公共端, 称三端集成稳压器。 W7800系列和W7900系列 其内部就是串联型晶体管稳压电路。 电路内部附有短路和过热保护环节。

  41. 三端集成稳压器实物照片

  42. 三端集成稳压器管脚排列 79系列－输出负电压 78系列－输出正电压 地 输出 输入 输入 地 输出

  43. W78XX系列(输出正电压) 型号后XX两位数字 代表输出电压值 W79XX系列(输出负电压) 如： W7805→+5V，W7915→－15V W7800系列的 输出额定电压值: 5V~10V、12V 、 15V、 18V、 20V、 24V等共11个档次 输出额定电流值: 有5个档次 W7800——1.5A W78M00——0.5A W78L00——0.1A W78T00——3A W78H00——5A

  44. 调整电路 + UI  + UO  保护 电路 取 样 电 路 启 动 电 路 基 准 电 压 比较 放大 CW7800 的内部结构和基本应用电路 内部 结构

  45. + W7812 1 2 + + 3 Uo = 12V Ui C1 RL C2 C3 0.33 F 0.1 F 100 F 防止输入端短路时 C3 反向放电损坏稳压器 基本应 用电路 抵消输入长接线的电感效应，防止自激 改善负载的瞬态响应，消除高频噪声

  46. LM7805 LM7905 2 3 3 1 CW7805 CW7905 － + － + 2 1 C2 C2 C1 C1 UO UO UI UI 1µF 0.33F 0.33F 1µF + － + － W7805 稳压器基本接线图 W7905 稳压器基本接线图 1. 输出固定电压的电路 电容C1——防止自激振荡。 0.1F ~ 0.33F 电容C2——减小高频干扰，改善瞬态特性。1F 输入与输出之间的电压差不得低于3V

  47. 1 3 W78XX +UO + 2 C1 C2 RL1 0.33F 1F UI 0.33F 1F RL2 1 C1 C2 _ －UO W79XX 2 3 2. 输出正负电压的电路 正负电压同时输出电路

  48. 1 3 W78XX R UXX + _ + _ 2 UI C1 C2 UO UZ DZ 3. 提高输出电压的电路 提高输出电压的电路 UXX: 为W78XX固定输出电压 输出电压：UO = UXX+UZ

  49. UO UI 1 3 W7805  33V 2 7 C1 C2 2 6 R1 1µF 0.33F 3 F007 R2 4 10kΩ 4. 输出电压可调式电路 用W7805组成的7~30V可调式稳压电源。 电压跟随器的电源借助于稳压器的输入直流电压UI。电压跟随器其输入电阻很高 ,输出电阻抗很低，可以克服稳压器输出电流变化的影响。

  50. UO 1 UI 3 W7805 33V 2 7 UXX C1 C2 2  R1 1µF 0.33F 6 3 F007 R2 4 10kΩ (UXX=5V)

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