模拟电子技术基础第八章课件.ppt

1、8.1 单相整流电路8.2 滤波电路8.3 稳压电路8.4 开关稳压电源8.5 稳压电源的检测 直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路四部分组成，其结构框图和各部分相关的波形如图所示。直流稳压电源结构框图 电源变压器将交流电网220V的电压变为所需要的交流电压值，然后通过整流电路将交流电压变成单方向的脉动直流电压，通过滤波电路进一步减小其脉动成分，使输出电压波形变得平滑。经过整流和滤波后，交流电变成了直流电，通过稳压电路自动维持输出直流电压的稳定。8.1.1 单相半波整流电路8.1.2 单相全波整流电路8.1.3 单相桥式整流电路1工作原理 这种整流电路利用二极管的单向导电

2、性，只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以称为半波整流电路，在负载上得到的是大小波动、方向不变的脉动直流电压和电流。单相半波整流电路半波整流电路如图（a）所示，由电源变压器Tr、整流二极管D、负载RL构成。各部分电压、电流波形如图（b）所示。2特点（1）负载上输出的平均电压和电流 负载上输出的直流电压是整流电路输出电压的瞬时值在一个周期内的平均值，因此在负载上得到的输出平均电压为 2202O45.02)d(sin221UUttUU流过负载的平均电流为L2L2O45.02RURURUILO（2）整流二极管的电压和电流 由于二极管D与负载RL串联，所以流过二极管的电流 就是负载电流 ，因此

3、流过二极管的平均电流为 DiOiL2L2OD45.02RURUII 在选用整流二极管时，要注意二极管的两个参数：最大整流电流最大整流电流 反向工作峰值电压反向工作峰值电压 RMUFMI1工作原理 全波整流电路由具有中心抽头的变压器Tr、两只二极管D1、D2和负载RL构成，如图所示。全波整流电路实际上相当于两个半波整流电路的组合，使两只二极管分别在正半周和负半周轮流导电，把正弦交流电的正、负半波都利用起来，从而在一个周期内负载上都有电压输出.单相全波整流电路 在正弦交流电的一个周期内，由于D1、D2的轮流导通，在负载上总是存在一个方向相同的脉动电压，全波整流电路的波形如图所示。波形图 2特点（1

4、）负载上输出的平均电压和电流 由于在交流电的一个周期内正、负半周均导电，在负载上得到的输出平均电压为 2202O9.022)d(sin21UUttUU流过负载的平均电流为 L2L2O9.022RURURUILO（2）整流二极管的电压和电流 二极管D1、D2轮流导通，当其中一个导通时，另一个二极管截止，因此，二极管两端承受的最大反向电压为222UUDM 由于两只二极管轮流导通，所以流过每只二极管的平均电流为负载电流的一半，即 L2L2OD45.0221RURUII1工作原理 单相全波整流电路使用中心抽头的变压器，体积较大，而且副边的两组线圈在工作时每组只有半个周期导电，变压器的利用率很低，为此，

5、推出了桥式整流电路，变压器仍然象半波整流电路一样使用只有一个副边绕组的变压器，而整流部分则采用四只二极管接成电桥的形式，达到全波整流的目的。桥式整流电路如图所示。单相桥式整流电路 当 处于正半周时，二极管D1、D3承受正向电压导通，D2、D4承受反向电压截止，输出回路如图（a）所示。2u 当 处于负半周时，二极管D1、D3承受反向电压截止，D2、D4承受正向电压导通，输出回路如图（b）所示。2u2特点（1）负载上输出的平均电压和电流 在一个周期内正、负半周均导电，在负载上得到的输出平均电压为 22O9.022UUU流过负载的平均电流为 L2L2O9.022RURURUILO（2）整流二极管的电

6、压和电流 四只整流二极管两两交替导通，因此，由图可知，每只二极管两端承受的最大反向电压为 22UUDM 每只二极管都只有半个周期导电，因此流过每只二极管的平均电流为负载电流的一半，即 L2L2OD45.0221RURUII8.2.1 电容滤波电路8.2.2 电感滤波电路8.2.3 其他滤波电路1工作原理 电容滤波电路利用了电容“通交流阻直流”的特点，将电容C与负载并联后，整流后的脉动直流电中大部分交流成分就会从电容上通过，而只有直流成分和少量交流成分从负载上经过，从而使得负载上的电压、电流变得平滑。电容滤波电路如图所示。桥式整流电容滤波电路 整流电路采用桥式整流，如果在电路中没有接电容C，根据

7、前面的分析，在 正半周时二极管D1、D3承受正向电压导通，在 负半周时二极管D2、D4承受正向电压导通，输出电压 波形如下图所示。2u2uOu 电容滤波时的波形图2电容滤波的特点（1）电容滤波电路使得整流后输出电压中的脉动成分大大减少，并且电压较高。为了得到比较好的滤波效果，实际电路中可以根据下面的经验公式来选取时间常数：全波或桥式整流半波整流2)53()53(TT（2）当C一定，负载增大（即RL减小）时，负载电流IO增加，电容的放电速度加快，UO下降，一般把输出电压UO与输出电流IO的变化关系曲线称为电路的外特性，如图所示。桥式整流电容滤波电路的外特性曲线（3）在未加入电容滤波时，整流二极管

8、在交流电源的正半周或负半周导通，一般这种情况称二极管的导通角为。加入电容滤波后，从上述分析可以看出来，二极管的导通时间减小，即二极管的导通角小于，而且电容充电速度越快，二极管导通角越小，由于电容上的电压不能突变，会产生很大的冲击电流，从而会影响二极管的使用寿命，所以在选择电容滤波电路中的整流二极管时最好使最大整流电流留有23倍的余量。1工作原理 电感滤波电路利用了电感“通直流阻交流”的特点，将电感L与负载串联，整流后的脉动直流电中直流成分经过电感后几乎没有损失，送到负载上，而交流成分经过分压后大部分落在电感上，从而使得负载上的电压、电流变得平滑。电感滤波电路如图所示。电感滤波电路2电感滤波的特

9、点（1）桥式整流输出电压的平均值为2O19.0 UU（2）电感L与负载RL串联组成分压电路，L越大或RL越小，输出电压和电流的脉动越小，滤波效果越好。（3）由于电感上感生电动势总是阻止回路中电流的变化，延长了二极管在一个周期内的导通时间，增大了二极管的导通角。如果电路对电源的平滑度要求比较高，仅使用电容滤波和电感滤波电路就不能满足要求，这时候可采用多个元件组成复式滤波电路。如图所示为电感L和电容C共同构成的LC滤波电路。LC滤波电路 在LC滤波电路的基础上再并联一个电容，可以构成型LC滤波电路，如图所示。型LC滤波电路8.3.1 稳压电路的主要技术指标8.3.2 稳压管稳压电路8.3.3 串联

10、反馈式稳压电路8.3.4 三端集成稳压器及其应用 稳压电路的技术指标主要有两大类：一类是特性指标，另一类是质量指标。稳压系数Sr 稳压系数指在负载不变的条件下，稳压电路的输出电压UO的相对变化量与输入电压UI的相对变化量之比：%100/=0=IIOOrOIUUUUS2负载调整特性SI 负载调整特性指稳压电路在输入电压UI不变的条件下，稳压电路的输出电压UO的相对变化量与输出电流IO的变化量之比：%100/=0=OOOIIUIUUS3输出电阻RO 输出电阻指直流输入电压UI不变时，由于负载的变化产生的输出电压UO变化量与输出电流IO变化量之比。4纹波抑制比SR 纹波抑制比指稳压电路输入和输出条件

11、保持不变时，输入纹波电压峰值UIP与输出纹波电压峰值UOP之比，一般用分贝数表示：dBUUSOPIPRlg20 如图所示为硅稳压二极管稳压电路，是由稳压二极管DZ和限流电阻R构成的最简单的稳压电路。只要稳压管两端电压稳定，输出电压UO也是稳定的。硅稳压二极管稳压电路1工作原理（1）负载电流不变，电源电压变化 当输入电压UI增大时,整个稳压过程如下：RIUUURIZO（2）电源电压不变，负载电流变化由于 RIZOUUUU当负载电流IO增大时,稳压过程如下：2限流电阻和稳压二极管的选择（1）限流电阻R的选择稳压管的电流：OOIORZIRUUIIImaxminImZOOaxIIRUU而电流应满足：整

12、理得 minmaxImOZOaxIIUUR（2）稳压二极管的选择稳压二极管可按下式选择：maxmax)32(OZOZIIUU 串联型稳压电路一般由基准电压、比较放大、调整电路和取样电路四部分构成，其组成框图如图所示。串联型稳压电路框图1基本调整管稳压电路 如图所示为基本调整管稳压电路，加入一个三极管T，经发射极驱动负载。基本调整管稳压电路2带有放大环节的典型串联反馈式稳压电路（1）电路组成 在基本调整管稳压电路的基础上经过改进就构成如图所示的串联反馈式稳压电路，它包括基准电压、比较放大、调整电路和取样电路四部分。串联反馈式稳压电路（2）工作原理当输入电压UI增加时，有当输入电压UI减小时，有（

13、3）输出电压的调节范围 此电路是一个由运算放大器、调整管组成的同相比例运算电路，因此，输出电压为)1(21REFuREFORRUFUU输出电压最小：输出电压最大：REF221OminURRRRRUPPREF221OmaxURRRRUP3稳压电路的保护 过流保护的方法主要有反馈保护和温度保护两种类型，反馈保护包括截流型和限流型，其中截流型在发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零。限流型是在发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，使输出电流得以限制。温度保护则利用集成电路的制造工艺，在调整管旁制作出一个PN结温度传感器，一旦温度超标就会启动保护电路工作，工作原理与

14、反馈保护型类似。1三端固定输出稳压器（1）三端固定输出稳压器型号及外形封装 三端固定集成稳压器的输出电压是固定的常用的是CW78、CW79系列，常用三端固定集成稳压器其外形及封装如图（a）所示。CW78、CW79系列三端固定集成稳压器的电路符号如图（b）所示。常用三端固定集成稳压器封装及电路符号（2）三端固定输出稳压器的应用典型应用电路 三端固定输出稳压器的典型接法正负对称输出稳压电路 正负对称输出稳压电路扩大输出电流 扩大输出电流的稳压电路提高输出电压 提高输出电压的稳压电路2三端可调输出稳压器（1）三端可调输出稳压器型号及外形封装 三端可调输出稳压器有正电压输出CW117（CW217、CW

15、317）系列和负电压输出CW137（CW237、CW337）系列两种类型，常用三端可调集成稳压器其外形及封装如图（a）所示。CW317、CW337系列三端可调集成稳压器的电路符号如图（b）所示。常用三端可调集成稳压器封装及电路符号（2）三端可调输出稳压器的应用 可调输出稳压电路3低压差三端稳压器 低压差集成稳压器也分为固定输出和可调输出，在电压极性上既有正电压输出也有负电压输出，型号种类也很多。如常用的国家半导体公司生产的LM2937就是一种低压差的三端固定输出稳压器。1开关稳压电源的发展及其特点 开关稳压电源的雏形最早可追溯到上世纪的五十年代，1955年在美国首先研制成功了利用磁芯的饱和来进

16、行自激振荡的晶体管直流变换器，其中的功率晶体管就工作在开关状态，由于受当时技术的限制，无法制作出高耐压、开关速度较快的大功率晶体管，所以电源的输入电压和转换速度都较低。和线性稳压电源相比，开关稳压电源有如下几方面特点：（1）功耗小，效率高 （2）稳压范围宽 （3）体积小，重量轻 （4）稳定性和可靠性高 （5）电路形式灵活多样2开关稳压电源的分类较为常见的几种分类方式分类方式种 类按激励方式划分他激式自激式按调制方式划分脉宽调制型频率调制型混合调制型按开关管电流的工作方式划分开关型谐振型按开关管的类型划分晶体管型可控硅型按输入与输出的电压大小划分升压式降压式按工作方式划分可控整流型斩波型隔离型按

17、开关管数量和连接方式划分单端式推挽式半桥式全桥式按开关管与负载的连接方式划分串联型并联型3开关集成稳压器及应用 常用的LM2576系列的开关集成稳压器使用起来非常方便，由它所组成的输出电压连续可调的开关稳压电源如图所示。LM2576-ADJ应用电路1、直观检测 检查顺序一般都是从输入端开始，按照电源的结构往输出端的方向进行，利用望、闻、问、切等手段检测。望，就是仔细观察是否存在明显的短路或断路及器件损坏，如保险丝是否熔断，PCB板是否有损伤，是否有脱焊，元器件是否有明显异常，比较常见的象滤波电容脱帽、爆裂，电阻和二极管烧焦等。2、加电在线检测 如果在经过直观检查后没有发现什么明显的问题，就可通

18、电测试。这时候的检测就需要有一定的专业知识和维修经验了。加电后，通过用万用表测量对稳压电源正常工作起决定性作用的关键点的电压，和正常情况下的电压参数值进行比较，来判断故障的位置或是缩小故障的范围。1.直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路四部分组成。2整流电路的任务是将交流电转变为单方向的脉动直流电压，主要利用了二极管的单向导电性，本章主要介绍了单相半波整流、全波整流、桥式整流三种常用的小功率单相整流电路。3滤波电路将整流输出的脉动电压中的交流成分尽可能滤掉，并且提高输出的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压，一般利用电容、电感这样的电抗元件对交、直流阻抗的不同来实现滤波。4为了使输出的直流电压保持稳定，在整流、滤波后还需要再经过稳压电路，常用的稳压电路主要有硅稳压管稳压电路、串联型稳压电路、开关稳压电路等。5集成稳压电路体积小、可靠性高，使用起来灵活简便，常用的三端集成稳压器主要有固定输出、可调输出两大类型。