1、電源,整流電路是將工頻交流電轉為具有直流電成分的脈動直流電,濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分,穩壓電路對整流后的直流電壓采用負反饋技術進一步穩定直流電壓,電子電路工作時都需要直流電源提供能量，電池因使用費用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設備中,1,優質教資,單相橋式整流電路,1) 工作原理,當正半周時二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周,當負半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周,在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓,小功率整流濾波電路,2,優質教資,動畫5-1,3,優質教資,動畫5-2,4,優質教

2、資,2) 負載上的直流電壓和直流電流,輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效,輸出平均電壓為,流過負載的平均電流為,流過二極管的平均電流為,二極管所承受的最大反向電壓,5,優質教資,濾波電路,濾波的基本概念 濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現濾波。 電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯在負載兩端。 電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應與負載串聯。 經過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量,6,優質教資,電容濾波電路,單相橋式電容濾波整流電路。 在負載電阻上并聯

3、了一個濾波電容C,7,優質教資,當v2到達90時，v2開始 下降。先假設二極管關斷， 電容C就要以指數規律向 負載L放電。指數放電起 始點的放電速率很大,1)濾波原理,若電路處于正半周，二極管D1、D3導通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當于并聯在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形,電容濾波波形圖,所以，在t1到t2時刻，二極管導電，充電，vC=vL按正弦規律變化；t2到t3時刻二極管關斷，vC=vL按指數曲線下降，放電時間常數為RLC,在剛過90時，正弦曲線下降 的速率很慢。所以剛過90時 二極管仍然導通。在超過90 后的某個點，正弦曲線下降的 速率越來越快，二極管關斷,8,

4、優質教資,需要指出的是，當 放電時間常數RLC增加時， t1點要右移， t2點要左移， 二極管關斷時間加長， 導通角減小，見曲線3； 反之，RLC減少時，導通 角增加。顯然，當L很 小，即IL很大時，電容濾 波的效果不好，見濾波曲線 中的2。反之，當L很大， 即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好,見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合,電容濾波的效果,9,優質教資,需要指出的是，當 放電時間常數RLC增加時， t1點要右移， t2點要左移， 二極管關斷時間加長， 導通角減小，見曲線3； 反之，RLC減少時，導通 角增加。顯然，當L很 小，即IL很大時，電

5、容濾 波的效果不好，見濾波曲線 中的2。反之，當L很大， 即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合,問題：有無L即空載，此時VC=VL=,電容濾波的效果,10,優質教資,動畫5-3,11,優質教資,動畫5-4,12,優質教資,2)電容濾波的計算,電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法,一種是用鋸齒波近似表示，即,另一種是在RLC=(35)T/ 2的條件下，近似認為VL=VO=1.2V2。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應滿足RLC610。,

6、13,優質教資,3）外特性 整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負載電流 IO的變化關系曲線,整流濾波電路的外特性,14,優質教資,電感濾波電路,利用儲能元件電感器的電流不能突變的性質，把電感與整流電路的負載L相串聯，也可以起到濾波的作用,電感濾波電路 波形圖,當v2正半周時，D1、D3導電， 電感中的電流將滯后v2。當負半周時， 電感中的電流將經由D2、D4提供。因 橋式電路的對稱性，和電感中電流的 連續性，四個二極管D1、D3 ； D2、 D4的導通角都是180,15,優質教資,穩壓電路概述,穩壓電源方框圖,引起輸出電壓變化的原因是負載電流的變化和輸入電壓的變化,負載電流的變化會 在整流電源

7、的內阻上產生電壓降， 從而使輸入電壓發生變化,16,優質教資,穩壓電路的技術指標,用穩壓電路的技術指標去衡量穩壓電路性能的高低。 VI和 IO引起的 VO可用下式表示,有時穩壓系數也用下式定義,17,優質教資,當輸出電流從零變化到最大額定值時， 輸出電壓的相對變化值,4）電流調整率SI,3)輸出電阻Ro,2)電壓調整率SV,一般特指Vi/Vi=10%時的Sr,18,優質教資,輸入電壓交流紋波峰峰值與輸出電壓 交流紋波峰峰值之比的分貝數,6）輸出電壓的溫度系數ST,如果考慮溫度對輸出電壓的影響, 則輸出電壓是輸入電壓、負載電流和溫度的函數,5）紋波抑制比Srip,19,優質教資,硅穩壓二極管穩壓

8、電路的原理,它是利用穩壓二極管的反向擊穿特性穩壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化,1)當輸入電壓變化時如何穩壓,由圖可知,輸入電壓VI增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩壓過程概括為,VIVOVZIZIRVRVO,20,優質教資,2) 當負載電流變化時如何穩壓,負載電流IL增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩壓過程概括為,ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO,21,優質教資,穩壓電阻的計算,穩壓

9、二極管穩壓電路的穩壓性能與穩壓二極管擊 穿特性的動態電阻有關，與穩壓電阻R的阻值大小有關,穩壓二極管的動態電阻越小，穩壓電阻R越大， 穩壓性能越好,穩壓電阻R 的作用,將穩壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化， 從而起到調節作用，同時R也是限流電阻,顯然R 的數值越大，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達到足夠的穩壓效果,但R 的數值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大,22,優質教資,穩壓電阻的計算,當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩壓二極管的電流最小。此時IZ不應小于IZmin，由此可計算出穩壓電阻的最大值，實際選用的穩壓電阻應小于最大值。即,當輸入電壓最大，負載電流

10、最小時，流過 穩壓二極管的電流最大。此時IZ不應超過IZmax，由 此可計算出穩壓電阻的最小值。即,1,2,穩壓二極管在使用時 一定要串入限流電阻，不 能使它的功耗超過規定值， 否則會造成損壞,23,優質教資,基準源,基準源,一般是指擊穿電壓十分穩定，電壓 溫度系數經過補償了的穩壓二極管,也稱為參考源,這種穩壓二極管采用一種埋層工藝，穩壓性能優良，有的 還加有溫度控制電路，使其溫度系數可小到幾個10-6,型號 穩定電壓(V) 工作電流(mA) 電壓溫度系數(10 -6/ ) MC1403 2.51 1.2 10100 . LM136/236/336 2.5 10 30 5.0 10 30 .

11、TL431 2.536 0.4100 50 . LM3999 6.955 10 5 . AD2710K/L 10.0001mV 10 2/1 . MAX676 4.0960.01 5 1 677 5.0000.01 5 1 678 10.0000.01 5 1,典型的基準源,24,優質教資,串聯反饋式穩壓電源,穩壓二極管的缺點是工作電流較小，穩定電壓值不能連續調節。線性串聯型穩壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續調節，穩壓性能優越。目前這種穩壓電源已經制成單片集成電路，廣泛應用在各種電子儀器和電子電路之中,串聯反饋式穩壓電路的工作原理,典型的串聯反饋式穩壓電路，由基準電壓、比較放大、調整、

12、取樣幾個部分組成,25,優質教資,1輸入電壓變化，負載電流保持不變,輸入電壓VI增加，必然會使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得誤差信號V。誤差信號經放大后，用VO1去控制調整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。 VIVOVfVO1VCEVO,26,優質教資,2負載電流變化，輸入電壓保持不變,負載電流IL增加，必然會使輸入電壓VI有所減小，輸出電壓VO必然有所下降，經過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得的誤差信號使VO1增加，從而使調整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。 I

13、LVIVOVfVO1VCEVO,3.輸出電壓調節范圍的計算,可知,VfVREF,顯然，調節RW可以改變輸出電壓,27,優質教資,動畫16-2,28,優質教資,串聯反饋式穩壓電路的工作原理,當VI時,VO,Vf,VB、IC,VCEVO,29,優質教資,動畫16-1,30,優質教資,16.3.2 穩壓電路的保護環節,串聯型穩壓電源的內阻很小，如果輸出端短路，則輸出短路電流很大。同時輸入電壓將全部降落在調整管上，使調整管的功耗大大增加，調整管將因過損耗發熱而損壞，為此必須對穩壓電源的短路進行保護。過載也會造成損壞,保護的方法,反饋保護型,溫度保護型,截流型,限流型,利用集成電路制造工藝， 在調整管旁

14、制作PN結溫度傳感器。 當溫度超標時，啟動保護電路工作， 工作原理與反饋保護型相同,31,優質教資,截流型,限流型,當發生短路時，通過保 護電路使調整管截止，從而 限制了短路電流，使之接近 為零。截流特性見圖16.05,是當發生短路時，通過 電路中取樣電阻的反饋作用， 輸出電流得以限制。限流特 性見圖16.06,圖16.05 截流型特性,圖16.06 限流型特性,32,優質教資,三端集成穩壓器,將串聯穩壓電源和保護電路集成在一起就是集成穩壓器。集成穩壓器有：輸入端、輸出端和公共端，稱三端集成穩壓器,集成穩壓器符號,要特別注意，不同型號，不同封裝的集成穩壓器，它們三個電極的位置是不同的，要查手冊

15、確定,外形圖,33,優質教資,三端可調式集成穩壓器,34,優質教資,三端集成穩壓器的分類,1.三端固定正輸出集成穩壓器 國標型號:CW78-/CW78M-/CW78L- 2.三端固定負輸出集成穩壓器 國標型號:CW79-/CW79M-/CW79L- 3.三端可調正輸出集成穩壓器 國標型號:CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L- CW317-/CW317M-/CW317L- 4.三端可調負輸出集成穩壓器 國標型號:CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L- CW337-/CW337M-/CW337L

16、- 5.三端低壓差集成穩壓器 6. 大電流三端集成穩壓器 以上1-為軍品級；2-為工業品級；3-為民品級。 軍品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-55150； 工業品級為金屬外殼或陶瓷封裝，工作溫度范圍-25150； 民品級多為塑料封裝，工作溫度范圍0125,35,優質教資,應用電路,三端固定輸出集成穩壓器的典型應用電路如圖所示,可調輸出三端集成穩壓器的內部，在輸出端和公共端之間是1.25 V的參考源，因此輸出電壓可通過電位器調節,三端可調輸出集成穩壓器的典型應用電路如圖所示,防自激震蕩,防高頻噪聲,36,優質教資,利用三端集成穩壓器組成恒流源,穩壓器做恒流源,三端集成穩壓器可 做恒流源使

17、用,37,優質教資,16.4 開關型穩壓電源,為解決線性穩壓電源功耗較大的缺點，研制了開關型穩壓電源。開關型穩壓電源效率可達90%以上，造價低，體積小。現在開關型穩壓電源已經比較成熟，廣泛應用于各種電子電路之中。開關型穩壓電源的缺點是紋波較大，用于小信號放大電路時，還應采用第二級穩壓措施,16.4.1 開關型穩壓電路的工作原理,16.4.2 集成開關型穩壓器,38,優質教資,16.4.1 開關型穩壓電路的工作原理,開關型穩壓電源的原理可用圖16.13的電路加以說明。它由調整管、濾波電路、比較器、三角波發生器、比較放大器和基準源等部分構成,圖16.13 開關型穩壓電源原理圖,39,優質教資,三角

18、波發生器通過比較器產生一個方波vB，去控制調整管的通斷。調整管導通時，向電感充電。當調整管截止時，必須給電感中的電流提供一個泄放通路。 續流二極管D即可起到這個作用，有利于保護調整管,根據電路圖的接線，當三角波的幅度小于比較放大器的輸出時，比較器輸出高電平，對應調整管的導通時間為ton；反之輸出為低電平，對應調整管的截止時間toff,輸出波形中電位水平高于高電 平最小值的部分，對方波而言，相 當方波存在的部分,輸出波形中電位水平低于低 電平最大值的部分，對方波而言， 相當方波不存在的部分,為了穩定輸出電壓，應按電壓負反饋方式引入反饋，以確定基準源和比較放大器的連線。設輸出電壓增加，FVO增加，

19、比較放大器的輸出Vf減小，比較器方波輸出的toff增加，調整管導通時間減小，輸出電壓下降。起到了穩壓作用,40,優質教資,各點波形見圖16.14。由于調整管發射極輸出為方波，有濾波電感的存在，使輸出電流iL為鋸齒波，趨于平滑。輸出則為帶紋波的直流電壓,圖16.14 開關電源波形圖,41,優質教資,可以通過改變比較器輸出方波的寬度（占空比） 來控制輸出電壓值。這種控制方式稱為脈沖寬度調制 (PWM,q稱為占空比 方波高電平的時間占整個周期的百分比,在輸入電壓一定時， 輸出電壓與占空比成正比,忽略電感的直流電阻，輸出電壓VO即為vE的平均分量。于是有,42,優質教資,1調整管工作在開關狀態，功耗大

20、大降低， 電源效率大為提高； 2調整管在開關狀態下工作，為得到直流輸出， 必須在輸出端加濾波器； 3可通過脈沖寬度的控制方便地改變輸出電壓值； 4在許多場合可以省去電源變壓器； 5由于開關頻率較高，濾波電容和濾波電感的體 積可大大減小,由以上分析可以得出如下結論,43,優質教資,16.4.2 集成開關型穩壓器,典型的開關電源控制器和開關電源見下表,型號 電源范圍/V 最大輸出電流 /A 內部參考源 /V 輸出級形式 TL494 740 0.2 5 推挽或單端 SG3524 835 0.1 5 推挽 SG3525 835 0.5 5 推挽 LM2575 3.535 1 1.23 _,表中前三個是

21、開關電源控制器，后一個是單片開關電源穩壓器,實際上就是一個脈沖寬度調制（PWM）控制器， 經常也用于其它脈寬調制場合,集成開關穩壓器，一般有兩大類型。一類是包括調整管在內的集成開關穩壓器;另一類稱為開關電源控制器，它不包括調整管,1)開關穩壓電源概述,44,優質教資,利用開關電源控制器可以方便地構成開關電源。 SG3524是一個典型的性能優良的開關電源控制器，其內部的結構框圖如圖16.15所示,2)開關穩壓電源控制器SG3524,圖16.15 SG3524的內部方框圖,它的內部包括誤差放大器、限流保護環節、比較器、振蕩器、觸發器、輸出邏輯控制電路和輸出三極管等環節,45,優質教資,SG3524

22、構成開關穩壓電源的典型電路如圖16.16所示,圖16.16 開關穩壓電源應用電路,46,優質教資,3524從11和14腳輸出在時間上互相錯開的兩路控制信號，其開關頻率由6和7腳外接的RT和CT決定。1和2腳是內部運算放大器的輸入端，R1和R2構成反饋回路。16腳是基準源，由R3和R4給誤差運算放大器提供一個與反饋信號比較的給定電壓,47,優質教資,SG3524電路控制過程的波形如圖16.17所示,圖16.17 SG3524的波形圖,48,優質教資,當V1降低時， V2加寬， T1和T2的寬度變窄，導通時間減小。反之，當V1增加時， T1和T2 的導通時間增加,49,優質教資,圖16.16 開關穩壓電源應用電路,設負載電流加大，VO下降，反饋電壓減小，誤差放大器的輸出V1增加， T1和T2的導通時間增加，輸出電壓VO增加,3) SG3524構成的開關穩壓電源,現在來討論3524構成的開關穩壓電源的工作原理,圖16.15 SG3524的內部方框圖,反之，當VO增加時，反饋電壓增加， V輸出減小， T1和T2的導通時間減小，輸出電壓VO 減小,50,優質教資,SG3524的10腳也有保護功能，