整理模拟电子技术第8章直流稳压电源BWord文件下载.docx
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8.3知识要点
整流电路
滤波电路
直流稳压电源稳压电路
集成稳压器
开关式稳压电源
8.4主要内容
一、直流稳压电源的组成
电子设备中需要直流电源，它们可以采用干电池、蓄电池或其它直流能源供电。
但这些电源成本高，容量有限，在有交流电网的地方，一般采用将交流电变为直流电的直流稳压电源。
直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图8-1所示。
电源变压器：
将电网供给的交流电变换成符合整流电路要求的交流电。
整流电路：
将变压器二次侧的交流电压变换为单向脉动的直流电压。
滤波电路：
将脉动的直流电压变换为平滑的直流电压。
稳压电路：
将直流输出电压稳定，减少电源电压波动和负载变化对输出直流电压的影响。
二、整流电路
1．整流电路的分类
按交流电的类型：
分为单相整流和三相整流。
按输出功率的大小：
分为小功率整流和大功率整流。
小功率直流电源一般采用单相整流；
大功率直流电源一般采用三相整流。
按整流元件：
分为可控整流和不可控整流。
可控整流一般用可控硅元件，通过控制可控硅的导通角来控制输出电压的大小；
不可控整流用二极管整流，输出电压大小不可控。
本课程只讨论单相、小功率、不可控整流电路。
表8-1
类型
电路
整流电压的波形
Uo
ID
URM
特点
单
相
半
波
0.45U2
Io
电路简单，输出纹波大，电源的利用率低。
全
0.9U2
纹波小，二极管的反向电压高。
桥
式
电路复杂，纹波小，二极管的反向电压小，应用最广。
2．整流电路的基本原理
利用整流二极管的单向导电性，将双向变化的交流电变成单向脉动的直流电。
3．单相整流电路及主要参数
设U2为变压器二次侧的电压有效值，为输出电压的直流分量（平均值），Io为输出平均电流，URM为二极管的最大反向电压，ID为流过二极管的平均电流。
单相整流电路及主要参数如表8-1所示。
三、滤波电路
整流输出的直流电压脉动分量比较大，为减小脉动，在整流电路之后加上滤波电路。
滤波分为电容滤波、电感滤波、复式滤波。
滤波电路是利用电容和电感对不同频率的信号表现出不同的电抗，构成低通滤波电路，以减小高频纹波成份。
电容在高频时容抗小，和负载并联；
电感在高频时感抗大，和负载串联，可使高频分量在负载上的分压大大降低，从而达到减小纹波的目的。
几种滤波电路的主要指标如表8-2所示。
表8-2
电路形式
电容滤波
半波整流
RLC越大，滤波效果越好。
二极管的导通角小，冲击电流大。
一般适应于输出电压较高，负载电流小且变化也小的场合。
全波整流
桥式整流
电感滤波
0.45U2
二极管的导通角大，无冲击电流。
但由于铁心的存在，电磁干扰大。
适应于输出电压较低，输出电流大且负载变化大的场合。
2
四、稳压电路
为使输出的直流电压不随电源电压的波动、负载的变化而变化，还需要在滤波电路之后加稳压电路。
稳压电路又分为并联型稳压电路和串联型稳压电路两大类。
1．并联型稳压电路
并联型稳压电路就是在滤波电路后，加上稳压管构成稳压电路，如图8-2所示。
稳压管的选择应遵循：
UZ＝Uo
IZM＝（1.5~3）IOM
UI=（2~3）Uo
稳压过程就是利用稳压管上电压的微小变化，会引起稳压管电流的较大变化，电阻R感应这个电流变化，并调整使输出电压基本维持不变。
其稳定过程如下：
当负载不变，输入电压UI波动使得输出电压Uo升高，其调节过程为：
UI↑→Uo（UZ）↑→IZ↑→IR↑→UR↑
Uo↓
若输入电压UI不变，负载发生变化，如RL减小，其调节过程为：
RL↓→Uo（UZ）↓→IZ↓→IR↓→UR↓
Uo↑
当负载电阻RL和输入电压UI一定时，电阻R的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来选的。
稳压管的电流是在IZmin<
IZ<
IZM之间，则
可得电阻R的取值范围为
这种稳压电路输出电压不能调节，负载电流变化范围小，稳压效果差，但电路结构简单。
故在要求不高的小功率电子设备中得到广泛应用。
2．串联型稳压电路
串联反馈式稳压电路组成框图如图8-3所示。
它由采样环节（R1、RP、R2）、基准环节（R、DZ）、放大环节（A）、调整环节（T）四部分组成。
输出电压的大小调节可以通过改变电位计RP的位置来实现。
其公式为：
当电位器调至最低点时，，UO输出最大值：
当电位器调至最高点时，，输出最小值：
该稳压电路具有如下特点：
（1）稳定度高、纹波小、响应速度快。
（2）输出电压可调、输出电流范围大、输出电阻小。
（3）调整管工作在线性状态，管压降较大（3～5V），电路的功率变换效率较低，约30％～50％。
五、集成线性稳压器
集成线性稳压器的电路结构和工作原理与图8-3所示电路类似。
输出电压固定的三端集成稳压器有正输出（LM78×
×
）和负输出（LM79×
）两个系列。
根据输出电流的不同，又可分为三种：
LM78×
、LM79×
的最大输出电流为1.5A；
LM78M×
、LM79M×
的最大输出电流为0.5A；
LM78L×
、LM79L×
的最大输出电流为0.1A。
以上各型号中的×
表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。
输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117（输出正电压），LM337、LM137（输出负电压）。
三端集成稳压器只有三个引脚：
输入端（in）、输出端（out）、公共端（com）。
图8-4、图8-5是不可调和可调三端集成稳压器的典型应用电路。
六、开关式稳压电源
当稳压电源中的调整管T在控制脉冲作用下，工作于开关状态，通过适当调整开通和关断的时间，可使输出电压稳定的稳压电源称为开关稳压电源。
调整管开通和关断时间的控制方式有两种：
一种是固定开关频率，控制脉冲宽度（PWM——脉冲宽度调制）；
一种是固定脉冲宽度，控制开关频率（PFM——脉冲频率调制）。
开关式稳压电源有如下特点：
（1）调整管工作在开关状态，功耗低，电源的功率转换效率高，约60％～80％，甚至可高达90％以上。
（2）由于控制脉冲的频率高，一般在几十千赫兹以上，滤波电感、电容的数值较小。
故大多数开关电源没有工频电源变压器，体积小，重量轻。
（3）电路的其它性能均略低于线性电源。
8.5典型例题分析
[例8-1]有一整流电路如例8-1图所示。
试求：
（1）负载电阻和上整流电压的平均值和，并标出极性；
（2）二极管D1、D2、D3上的平均电流、、以及各管所承受的最高反向电压。
解：
（1）D3构成的为半波整流电路，其对应的变压器二次侧的交流电压有效值为：
U’2＝90＋10＝100V
则RL1两端的直流电压为：
UO1＝0.45U’2＝0.45×
100＝45V
A端为直流输出电压的负极。
D1、D2构成全波整流电路，其对应的变压器二次侧的交流电压有效值为
U2＝10V
则RL2两端的直流电压为：
UO2＝0.9U2＝0.9×
10＝9V
B端为直流输出电压的正极。
（2）全波整流电路中二极管D1、D2的平均电流为：
ID1＝ID2＝（1/2）IO2＝0.5×
（UO2/RL2）
＝0.5×
（9/100）=0.045A
半波整流电路中二极管D3的平均电流为：
ID3＝IO1＝UO1/RL1＝45/104=4.5mA
二极管承受的最大反向电压：
[例8-2]在桥式整流电容滤波电路中（如例8-2图所示），设。
现用直流电压表测量端电压，出现下面几种情况，试分析哪些是合理的？
哪些发生了故障？
并指明原因。
（1）；
（2）；
（3）；
（4）。
桥式整流加电容滤波电路正常输出的直流电压平均值为1.2U2；
如果负载开路，则输出为；
如果不接电容，则为桥式整流，输出为0.9U2；
如果不接电容，并且桥式整流电路某个二极管虚焊，成为半波整流，则输出为0.45U2。
所以有：
（1）断开或虚焊，电容上电压无放电回路，保持在最大值＝＝28V。
（2）电容CL断开或虚焊，是全波整流输出＝0.9U2＝18V。
（3）电容CL和某一整流二极管断开或虚焊，为半波整流输出＝0.45U2＝9V。
（4）正常输出＝1.2U2＝24V。
[例8-3]电路如图8-3所示。
已知、、、、、T的电流放大系数。
（1）输出电压的变化范围；
（2）当、时，调整管T的管耗和运算放大器的输出电流。
（1）由于
当电位器调至最低点时，，输出最大值：
当电位器调至最高点时，，UO输出最小值：
（2）三极管两端的电压为：
负载上的电流：
三极管集电极上的电流：
三极管上的功耗：
运放的输出电流：
8.6习题及其解答（供参考）
一、自测题
8-1思考题
（1）衡量稳压电路质量的性能指标有哪些？
答：
主要指标有输入调整率，稳压系数，负载调整特性，输出电阻，温度系数ST。
（2）如何根据单相桥式整流电路的工作原理分析电路故障现象？
若其中一个二极管开路，则为半波整流，一个半周导通，另外半周截止，输出电压Uo=0.45U2；
若其中一个二极管反接或短路，则将烧毁变压器，Uo=0V。
（3）试说明常见滤波电路类型以及其外特性。
在实际应用中应如何选择电路类型及其元器件的参数？
常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。
电容滤波的电路结构简单，外特性比较软，输出电压较高，脉动较小，但带负载的能力不强，因此适合负载电流不大且负载变化较小的电子系统。
电感滤波的外特性比较硬，整流管的导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，但由于铁心的存在，笨重，体积大，易引起电磁干扰，一般只适用于大电流的场合。
复式滤波器结构简单，能兼起降压、限流作用，滤波效能也较高，滤波效能很高，几乎没有直流电压损失，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合。
电容滤波可针对不同频率的谐波滤波分量，选择相应的电容器容量及数量，滤波电容容量由确定，电容器耐压应大于。
滤波电感的选择：
如频率不高，如小于70kHz以下，可以选择铁粉心的环，这种环饱和磁通密度大，可以承受比较大的直流电流，并且成本很低，但损耗高一些；
频率再高一点，如70kHz<
f<
100kHz，可以选择铁硅铝等材质的，它的特点和铁粉心差不多，但损耗
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