第10章集成运放及应用

第10章直流稳压电源10.1直流稳压电路的组成10.2整流电路10.3滤波电路10.4倍压整流电路10.5硅稳压管稳压电路10.6串联型直流稳压电路10.7集成稳压电源10.1直流稳压电路的组成一、直流稳压电源的作用将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。二、组成变压器：整流：滤波：稳压：一、直流稳压电源的作用三、引起电压不稳定的原因1、交流电网电压的波动；2、负载的变化（由于整流滤波电路存在内阻）；3、温度的影响；10.2整流电路单相三相二极管可控硅桥式倍压整流半波全波本课主要介绍：单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路分类：整流电路的任务：一、单相半波整流电路1、工作原理iDu2tuot2设变压器输出电压：u2=U2sinωtu1u2uoRL+－则输出电压：200sin22tttUuo=2、电路特点优点：结构简单，元件少。缺点：输出波形脉动大，利用率低+－一、单相半波整流电路200sin22tttUuo=3、电路分析)4cos1522cos32sin211(22tttUuo22045.02UUuLLRURuI20045.022UURM57.12001uUSm输出电压的平均值的幅值负载上最低次谐波分量（1）输出直流电压：（2）负载平均电流（3）二极管所承受的最大反向电压（4）整流管平均整流电流=负载平均电流4、整流输出电压的脉动系数二、单相全波整流电路)4cos1542cos342(22ttU2209.022UUuLLRURuI2009.0222UURMu1u2u2D1RLD2u2tuot电路分析：2sin20sin222ttUttUu0=67.0322232422UUS三、单相桥式整流电路)4cos1542cos342(22ttU2209.022UUuLLRURuI2009.022UURMu2tuot正确利用二极管的引导作用67.0322232422UUSu1u2RL2sin20sin222ttUttUu0=+AC-~+~-~+-~10.3滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）（c）型滤波电路滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi01、空载时的情况22输出电压为U2，二极管承受的最高反向电压URM=2U22、接负载的情况在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内冲得的电荷，所以充电电流较大。3、结论（1）二极管的导通角θπ，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。LR251CRCLeUU122220)27.1~18.1()41(2UCRTUuL一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi03、结论（2）输出电流的平均值大UL由放电时间常数决定τ=RLC∴RLC↑→UL↑∵一般取RLC≥（3~5）T（半波整流）RLC≥（3~5）T/2（全波整流）此时，输出电压的平均值为202.1Uu通常取来估算。141TCRSL一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi03、结论（3）脉动系数小（按桥式整流电路计算，参见清华本）（4）电路的外特性一般情况ULI022U0.45U2半波0.9U2全波SI0157%67%半波全波外特性滤波特性电容滤波电路使用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。（全波整流）半波整流）222.1(UUuo一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi04、电路参数的近似估算（1）整流二极管的选择滤波电容的容量愈大，导通角愈小，通过二极管脉冲电流的幅度愈大，因此，整流管的幅值电流必须加以考虑。但流过整流管的平均电流：0DII半波整流时：021DII全波整流时：2整流管的耐压：由于电容电压最高为U2，所以（全波整流）半波整流）22U2(U22UDRM=一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi04、电路参数的近似估算（2）滤波电容的估算（全波整流）半波整流）LLR2T)5~3((RT)5~3(容量：C≥22U耐压：（3）变压器次级参数的估算U2=U0/1.2（全波整流）I2=（1.5~2）I0一、电容滤波电路充电放电tuoDu1u2CRLuoi05、小结电路形式变压器次级电压（有效值）负载开路时的输出电压带负载时输出电压（估算值）整流管的最大反向电压UDRM整流管的平均电流半波U2U2mU22U2I0全波U2+U2U2m1.2U22U2I0/2桥式U2U2m1.2U2U2I0/2一、电容滤波电路mAIID200021vUUUDRM5.32.1220200LIUf12R2T4C33.01415.10)41(220TCRSvCRTUuLL例1、某电子设备需要直流电压U0=30v，I0=400mA的直流电流，若采用桥式直流，电容滤波电路，试选择直流元件和滤波电容。（1）选择二极管考虑到电容充电电流的冲击，选用最大直流电流为500mA、耐压为50v的整流二极管。（2）选电容选C=500μF，耐压为50v的电解电容。例2、一个全波整流、电容滤波电路中，U2=10v，C=1000μF，当RL=20Ω时，试求和S的值，整流管的压降和整流内阻可忽略。0u二、RC—π型滤波电路U2C1C2RLR为了得到较大的R‘值，应使RL和R都比较大，但当R增大时，电阻上的整流压降增大，若C增大，则电容器的体积和重量增大，为了解决此矛盾，可采用两种方法：结论：在一定的ω之下，C2愈大、R'=R//RL愈大，则滤波效果愈好。LL的直流电阻小，交流阻抗大，将会使滤波效果得到改善。（1）采用LC—π型滤波电路二、RC—π型滤波电路RLC2RLRC1U2（2）RC有源滤波电路T组成一个射极跟随器，RL两端的电压与C2两端的电压基本相等，R、C2组成串联电路，C1两端的直流电压全部加在C2两端，而交流电压加在R、C2两端，当选择很大的R时，C2两端的交流电压很小，即RL两端的交流电压很小。也可按下面的原则进行分析：T的c—e极间的电阻与RL串联，而T的c—e极间的交流电阻很大，直流电阻较小，故C1两端的交流电压主要降在c—e间，而直流电压主要降在RL上。三、电感滤波电路ouu0Louωtouωt工作原理：当忽略电感线圈的直流电阻时，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压相同。209.0Uu特点：（1）电感滤波电路的外特性是很平坦的，U0随I0增大而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。ouI00.9U2三、电感滤波电路特点：（2）导通角θ=π，因而避免了过大的冲击电流。（3）输出电压没有电容滤波高。电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。（4）缺点：电感体积大，成本高，输出电压稍低。（5）为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。ouu0LouωtouωtouI00.9U2C10.4倍压整流电路在实际应用中，有时需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。一、二倍压整流电路1、倍压原理u1u2D2C1D1C2RLU0－++－+－－+22U当正半周时：C1充电到222U当负半周时：C2充电到（当RL较大）2、讨论2122UUC在实际电路中：RL较大，电流小，U0近似为222U二极管所承受的最高反向电压：UDRM=222U电容的耐压：222UUC22U222U二、三倍压整流电路u1u2D2C1D1C2RLU0－+u1－+－+－+－+22Un(n为奇数)22Un(n为偶数)倍压愈高，负载电流愈不能大。除第一个电容所承受的电压为外，其他每个电容所承受的电压均为222U22U222U每个二极管所承受的最高反向电压均为222U222U222U222U22U10.5硅稳压管稳压电路1、内阻Rd经过直流滤波后输入到稳压电路的直流电压（记作）不变时，稳压电路的输出电压变化量△与输出电流变化量△i0之比，即Iu0u常数I00Duiur一、为什么要稳压电路1、当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压将要变化。2、当电网电压波动时，使整流滤波电路输出的直流电压不稳定。通常交流电网电压允许±10%的波动。二、稳压电路的主要指标3、电压调整率：当u2变化了10%时，输出电压的相对变化量。4、电流调整率：当i0从0变到最大时，输出电压的相对变化量。5、最大纹波电压：输出端存在的50Hz或100Hz的交流分量的有效值或峰——峰值。6、温度系数：电网电压和负载都不变时，由于温度变化而引起的输出电压的漂移。7、噪声电压：常数常数L0II0LII00rRuuuuRuuuuS二、稳压电路的主要指标2、稳压系数Sr在负载固定时，输出电压的相对变化量与稳压电路输入电压的相对变化量之比，它反映了电网电压波动的影响，即（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗maxZZZMIUP2、稳压二极管的参数:（1）稳定电压UZ（2）电压温度系数U（%/℃）稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻ZZIUZr1、特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处于反向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部分。三、稳压二极管IUIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。UZ+R-IR+-RLIOUOUIIZDZ当RL不变时：UI↑→U0↑→IZ↑→IR↑→IRR↑V0↓当UI不变时RL↓→I0↑→IR↑→U0↓→IZ↓→IR↓→IRR↓U0↑四、稳压电路UI=IR+UZ=IR+UOIR=IZ+IOUO=UZUZ少量的增加会使IZ增加较大。R：限流降压作用1、工作原理+R-IR+-RLIOUOUIIZDZ四、稳压电路2、电路元件参数的选择（1）选择稳压管：选稳压管时，主要满足U0，I0max和rZ的要求。通常按：UZ=UO，Izmax=(1.5~3)I0max初选管子。（2）决定输入电压UI：考虑电网电压允许10%的变化，所以在通常情况下取UI=(2~3)U0。（3）限流电阻的选择R的选择应使流过稳压管的电流IZ限制在IZmin~Izmax之间，保证管子正常工作。当电网电压最高和负载电流最小时，IZ的值最大，它不能超过Izmax，即maxZmin0ZaxImIIRUUmin0maxZZaxImIIUUR解得+R-IR+-RLIOUOUIIZDZ四、稳压电路若不满足上式，则说明在给定条件下已超出稳压管的工作范围。min0maxZZaxImIIUURminZmax0ZinImIIRUUmax0minZZinImIIUURmin0maxZZaxImIIUUmax0minZZinImIIUUR2、电路元件参数的选择（3）限流电阻的选择当电网电压最低和负载电流最大时，IZ的值最小，它不能低于Izmin，即解得则R的变化范围为：10.6串联型直流稳压电路一、电路的基本形式1、原始设想RUIU0RL若UI↑→使R↑→△UI都加在R上，若RL↓→使R↓→维持U0不变。iCuCEUoRLUiRDZ这个三极管是起调整作用的，故称为调整管。利用三极管代替可变电阻TRUIRLU0DZUZ基准电源调整管UOUI一、电路的基本形式TRUIRLU0DZUZ2、稳压原理RL↓→IL↑电源内阻的影响U0↓→Ube↑→Ib↑→Uce↓调整管之所以能够起调整电压的作用，关键在于用输出电压的变化量返回去控制调整管的基极电流。这种控制不灵敏，稳压性能不高。（1）当RL不变，UI变化时的稳压过程Ube=Uz－U0(uz基本不变)Ui↑→U0↑→Ube↓→Ib↓→Ic↓→