第10章-直流稳压电源

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❖ 可以证明，当电容两端并接上负载电阻
RL之后，直流输出电压VL与变压器次级
电压有效值V2之间的关系为： V L(1.1 ～ 1.2)V 2 (1 .1 0 .1)2
❖ 电容滤波的特点：
❖ 电路简单，负载直流电压较高，纹波较 小；输出特性较差。使用于负载电压要
输出特性比较平坦；但体积大、笨重、 易引起电磁干扰。 ❖ 适用于低电压、大电流场合。
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10. 2 串联反馈式稳压电路
❖10.2.1 稳压电源的质量指标(自学) ❖10.2.2 串联式稳压电路的工作原理 ❖一. 集成电路串联式稳压电路 ❖ 如图(10.2.1)所示。
❖3. RL上的直流电压vL和直流电流电流 iL 的计算
❖ 用傅立叶级数对vL的波形进行分解可得
式(10.1.1)。
［转15］
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vL
2
V
2
(
2
—４
３
cos
2 t
—
4
15
cos
4t
— 4 cos 6t ) (10 .1.1) 35
的R1、R2、R3、DZ2与具有负温度系数 的T3、Dl、D2发射结互相补偿，可使基 准电压VREF基本上不随温度变化。同时， 对稳压管DZ2采用恒流源供电，从而保 证基准电压不受输入电压波动的影响。
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❖ (3)取样比较放大电路和调整电路
❖ 这部分电路由T4～T11组成，其中T10、T11组 成复合调整管；R12、R13组成取样电路；T7、 T8和T6组成带恒流源的差分式放大电路；T4、 T5组成的电流源作为它的有源负载。
则有：
Vo VR2 VF VB IB IC VCE Vo ❖注意：Vo＝V I－VCE，V I为整流、滤波
输出电压。
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[转31]
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❖3. 输出电压的计算
❖ 根据虚短和虚断的概念得：
❖ VF＝VREF＝VZ，
VR2
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❖2. 工作原理
❖在V2 的正半周，D1 、D3 正偏导通， D2 、D4 反偏截止；电路中的电流方向 如图中红箭头所示，RL 上得到了从上向 下的电流iD1.3；
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❖(3) 与此同时，T2因发射结电压为零而 截止，切断了启动电路与放大电路的联
系，从而保证T2左边出现的纹波与噪声 不致影响基准电压源。
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❖ (2)基准电压电路
❖ 基准电压电路由T4、DZ2、T3、R1、R2、R3 及D1、D2组成，电路中的基准电压为
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❖ 1.启动电路
❖ 在集成稳压器中，常常采用许多恒流源，当 输入电压VI接通后，这些恒流源难以自行导 通，以致输出电压较难建立。因此，必须用 启动电路给恒流源的BJT T4、T5提供基极电 流。
Hale Waihona Puke Baidu
❖ (1)组成：启动电路由Tl、T2、DZ1组成。
输出电流超过极限值(IO(cL)＝PCM/VI＝ 0.6V/R11时，即当VRll>0.6V时，使T12管导通。 由于它的分流作用，减小了T10的基极电流， 从而限制了输出电流。
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❖ 这种简单限流保护电路的不足之处是只能将 输出电流限制在额定值以内。由于调整管的 耗散功率PCM＝ICVCE，只有既考虑通过它的 电流和它的管压降VCE值，又使PC<PCM，才 能全面地进行保护。
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❖ 在V2的负半周，D1、D3截止，D2、D4 导通，电路中电流方向如图中蓝箭头所 示， 也得到了从上向下的电流 iD2.4。
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❖流过负载RL上的电流 iL和RL上的电压vL 的波形如图(10.1.2)所示。
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❖1. 电路组成
❖如图(10.1.1)所示。D1、D 2、D3 、D4 组成桥式致整流电路。图(b)为其简化画
法。其中v2为电源变压器的次级交流电
压，v2 2V2si nt，RL为用电的直
流负载电阻。
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❖10.2.3 三端集成稳压电路 ❖ 三端集成稳压电路是把串联型稳压电路
以及启动电路、保护电路等集中制作在 一个硅片上的一种具有稳压功能的集成 电路。其内部等效电路如图(10.2.3)所示。 其外形如图(10.2.3’)所示。
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❖1. 电路组成： ❖ 基准电源：DZ、R ❖ 比较放大：A ❖ 调整电路：T ❖ 取样电路：R1、R2、R3
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❖2. 电路工作原理 ❖设因某种原因(RL )使输出电压Vo增加，
VF
VRE F VZ
Vo R1 R2
R2
(1 0.2 .6')
所以
Vo
(1
R1 R2
)VZ
(1 0.2 .6)
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❖二、 分立元件的串联式稳压电路
❖ 如图(10.2.1‘)所示，
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一、小功率稳压电源的组成
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二、小功率稳压电源的工作过程
❖ 交流市电v1经过电源变压器变为低压交 流电v2，低压交流电经整流电路后变为 脉动直流vR，脉动直流经滤波电路后滤 除脉动成分，变为含有很少脉动成分的
直流电vF，最后经稳压电路输出稳定的 直流电Vo。
求其平均值得输出直流 电压为：
VL
2
2V2
0.9V2 (10 .1.2)
直流电流为：
IL
0.9V2 RL
(10 .1.3)
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❖由于整流输出的是脉动直流，其中 含有一定的纹波信号，需用滤波电 路加以滤除。
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❖4. 整流元件的计算
❖ 由于桥式整流电路中，二极管D1、D3 和D2、D４是轮流导通的，所以流经每 个二极管的平均电流为
ID2 1IL0.4RL5 V2 (1 0 .1.5 )
❖ 二极管承受的最大反向电压为：
VRM 2V2 (1 0.1 .6)
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❖10.1.2 滤波电路
❖1. 常用的滤波电路
❖ 如图(10.1.3)所示，图(a)为电容滤波电 路，由一个电容组成；图(b)为Γ型滤波 电路，由一个电感和一个电容组成；图
(c)为Π型滤波电路，由一个电阻和两个 电容组成。最常用的滤波电路是电容滤
波电路。
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❖ 经整理后得
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IO VBE12RR1411RR1415[(VI VOZ)VZ3VZ4]R1R11R514
( 10.2 .10)
显然，(VI-VO)越大，即调整管的VBE值越大， 则IO越小，从而使调整管的功耗限制在允许范 围内。由于IO的减小，故上述保护称为减流式 保护。
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❖ 过热保护电路
❖ 电路由DZ2、T3、Tl4和T13组成。在常温时， R3上的压降仅为0.4V左右，T14、T13是截止 的．对电路工作没有影响。当某种原因(过载
此接入由T9、R9组成的缓冲电路。当IO减小
时，IBl0减小,IC8增大，待IC8增大到VR9>0.6V
时，则T9导通起分流作用。这样就减轻了T8
的过多负担，使IC8的变化范围缩小。
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❖ (4)保护电路 ❖ 减流式保护电路
❖ 减流式保护电路由T12、R1l、R15、R14和DZ3、 DZ4组成，R11为检流电阻。保护的目的主要 是使调整管(主要是T11)能在安全区以内工作， 特别要注意使它的功耗不超过额定值PCM。 首先考虑一种简单的情况。
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❖ 图10.2.3a中DZ3、DZ4和R14、R15所构成的支 路就是为实现上述保护目的而设置的。电路 中如果(VI—IOR11—VO)>(VZ3+VZ4)，则DZ3、 DZ4击穿，导致T12管发射结承受正向电压而 导通。VBE12的值为
V BE 1 IO 2 R 1 1V I V IZ R V 1 Z 4 4 R I 1 O R 51 1V O R 1 5
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❖ 2. 工作原理：当输入电压VI高于稳压管DZl的 稳定电压时，有电流通过T1、T2，使T3基极 电位上升而导通，同时恒流源T4、T5也工作。 T4的集电极电流通过DZ2以建立起正常工作 电压，当DZ2达到和DZ1相等的稳压值，整个 电路进入正常工作状态，电路启动完毕。
VREFR V 1Z 2 R2 3V B R3 ER 12VB E (1.0 2 .9)
❖ 式中VZ2为DZ2的稳定电压，VBE为T3、D1、 D2发射结(D1、D2为由发射结构成的二极管) 的正向电压值。
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❖ 在电路设计和工艺上使具有正温度系数
求较高，负载变动不大的场合。
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❖2. 电感滤波
❖ 如图(10.1.17)所示，利用电感的储能作 用，减小输出电压的纹波，从而使输出 电压变得比较平坦。电感滤波的直流输 出电压为：
VL0.9V2
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❖ 电感滤波的特点： ❖ 整流管的导通角较大，峰值电流很小，
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❖ T9、R9的作用：
❖ 如果没有T9、R9，恒流源管T5的电流IC5＝ IC8+IB10，当调整管满载时IBl0最大，而IC8最 小；而当负载开路时IO＝0，IB10也趋于零， 这时IC5几乎全部流入T8，使得IC8的变化范围 大，这对比较放大电路来说是不允许的，为
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❖2. 电容滤波电路 ❖ 如图(10.1.4)所示。根据电容隔直流通交
流特点,可滤除脉动直流中的纹波成分, 使直流输出更加纯净。 ❖ 如图(10.1.5)所示，为电容滤波的电压和 电流波形。
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❖1. 电路组成
❖ 基准电源：R2、VZ； ❖ 取样电路：R3、R４、Rp； ❖ 比较放大电路：T2、R1； ❖ 调整管电路：T1。
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❖2. 电路工作原理 ❖ 设因某种原因(RL)使输出电压Vo增加，
则有：
Vo VB2 VB1 IB1 IC1 VCE1 Vo ❖注意：Vo＝V I－V CE1，VI为整流、滤波
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❖ 假设图10.2.3a中的DZ3、DZ4和R14不存在， R15两端短路。这时，如果稳压电路工作正常， 即PC<PCM并且输出电流IO在额定值以内，流 过R11的电流使VR11＝IOR11<0.6V，T12截止。 当输出电流急剧增加，例如输出端短路时，
输出电压。
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❖3. 输出电压的计算
❖ 根据电路可得：VB2＝VBE2＋VZ， ❖ 又有：
VB2＝Vo (R4+R’’p)/(R3+R4+Rp) 所以，
❖Vo＝[(R3+R4+Rp)/(R4+R''p)](VZ +VBE 2) ❖ ≈[(R3+R4+Rp)/(R4+R''p)]VZ