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模拟电路教学课件. 第六章 直流稳压电源. 6.1 分立元件稳压电路. 6.2 线性集成稳压电路. 6.3 开关稳压电源. 第六章 直流稳压电源. 教学目标：. 1. 熟悉直流稳压电源主要性能指标。熟悉并联稳压电路组成原理、 适用场合和元器件选择方法，会分析电路简单故障。. 2. 掌握串联反馈型分立元件稳压电路组成原理及输出电压计算方法。. 3. 熟悉三端线性集成稳压器，掌握其组成原理及应用电路。会估算输出电压，能正确选用集成稳压器及外接元件。. 4. 熟悉三端可调集成稳压器应用电路，会估算输出电压调节范围，能正确选用元器件。.
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模拟电路教学课件 第六章 直流稳压电源
6.1 分立元件稳压电路 6.2 线性集成稳压电路 6.3 开关稳压电源
第六章 直流稳压电源 教学目标： 1.熟悉直流稳压电源主要性能指标。熟悉并联稳压电路组成原理、 适用场合和元器件选择方法，会分析电路简单故障。 2.掌握串联反馈型分立元件稳压电路组成原理及输出电压计算方法。 3.熟悉三端线性集成稳压器，掌握其组成原理及应用电路。会估算输出电压，能正确选用集成稳压器及外接元件。 4.熟悉三端可调集成稳压器应用电路，会估算输出电压调节范围，能正确选用元器件。 5.了解低压差集成稳压器及其应用。 6.了解开关电源分类、基本原理。 返回第六章
6.1 分立元件稳压电路 6.1.1 直流稳压电源及其主要性能指标 直流稳压电源的组成: 电源变压器 • 电源变压器: 将交流电源电压u1变换为合适的交流电压u2。 • 整流电路: 将交流电压u2变换为脉动的直流电压u3。 • 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。 • 稳压电路: 清除电源电压波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。 返回第六章
一、整流滤波电路存在的问题 1.电网电压波动时，会引起输出直流电压变化； 2.整流滤波电路内电阻、负载变化时，会引起输出电压变化。 二、稳压电路类型 1.硅稳压管构成的稳压管稳压电路（热稳定性较好）； 2.用三极管构成的串联型稳压电路； 3.集成稳压电路。 4.开关型稳压电路 返回6.1.1
三、稳压电路的主要性能指标 1.稳压系数 当负载、环境温度不变时，输出电压相对变化量与输入电压相对变化量之比。 Sr越小，稳压效果越好。 2.输出电阻 当电网电压、环境温度不变时，输出电压变化量与输出电流变化量之比。 RO越小，稳定性越好，带负载能力越强。 返回6.1.1
3.温度系数 电网电压、负载不变时，输出电压变化量与温度变化量之比。 ST越小，热稳定性越好。 4.最大波纹电压与纹波抑制比 叠加到输出电压上的最大波动分量（谐波成份的峰值）。 用其峰-峰值△UOP-P表示。 纹波抑制比：稳压电路输入纹波电压峰-峰值与输出纹波电压峰-峰值之比。 返回6.1.1
6.1.2 并联稳压电路的组成及其工作原理 一、电路组成 其中：R为限流电阻，防止流过稳压二极管的电流超过极限值而损坏。 返回6.1
稳压二极管正常工作条件： 由稳压管反向特性可知，当反偏电流满足上述条件时，稳压管才具有稳压功能。若反偏电流太大，会烧坏稳压管，反偏电流太小则不能进入稳压状态。 返回6.1.2
UI （或RL ） Uo UZ IZ IR UR Uo Uo↓=UI -UR 二、工作原理 结论： 稳压管起电流控制作用，输出电压很小的变化将引起IZ很大的变化，通过限流电阻R的调压作用，达到稳定输出电压的目的。 返回6.1.2
6.1.3 并联稳压电路元器件的选择 一、限流电阻的选择 1.当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此计算出限流电阻的最大值。即 返回6.1
2.当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此计算出限流电阻的最小值。即2.当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此计算出限流电阻的最小值。即 因此，限流电阻取值范围： 返回6.1.3
二、稳压管DZ的选择 UZ=UO IZm=（2~3)ILmax 当一只稳压管稳压值不够时，可串联多只使用。 6.1.4 并联稳压电源适用场合及故障分析 一、适用场合 缺点：1.带负载能力差； 2.输出电压不可调； 3.输出电流受稳压管最大稳定电流限制， 调节范围和数值较小。 返回6.1
适用：电压固定，负载电流小，负载变动不大的场合。适用：电压固定，负载电流小，负载变动不大的场合。 二、故障分析 测量对地电压： Uo=UzUI≈（1.1-1.2)U2 →电路正常； UI=0.9U2 →滤波电容开路； Uo=0.7V →稳压管极性接反； Uo<0.45U2 →整流桥路一只二极管开路， 滤波电容开路。 返回6.1.4
6.1.5 串联反馈型稳压电路 一、电路组成 返回6.1
1. 取样环节 由R1、R2组成，从输出电压Uo中取出UF电压，送比较放大器放大。 2. 基准电压 由稳压管VZ、R3组成，UREF为基准电压，R3保证流过稳压管的电流不小于Izmin 3. 比较放大环节 由V2、R4组成，放大取样电压与基准电压的差值，控制调整管V1的UT电压。 返回6.1.5
4. 调整环节 由V1组成，IB1受比较放大器输出IC控制。 二、工作原理 1. 输出电压 返回6.1.5
输出电压可调范围： 返回6.1.5
UC2 IB1 UI RL IB2 UBE2=（Us-UREF） Us Uo IC2 UCE1 2. 稳压过程 Uo↓=UI - UCE1 ↑ 返回6.1.5
6.2 线性集成稳压电路 6.2.1 三端固定式线性集成稳压器 将稳压电路制作在一块硅基片上的集成电路，只有三个引脚,输入端、输出端、公共端。 一、分类 W78 00系列固定输出正电压。 W7900系列固定输出负电压。 输出电压规格有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V七种。 命名：W78XXX---厂标、系列、电流、电压 最大输出电流1.5~2.2A（加装散热器），输出电压变化率0.1%~0.2%。 二、三端固定式集成稳压器的管脚排列 返回第六章
6.2.2 三端固定式集成稳压器应用电路 一、固定电压输出电路 输出正电压电路 输出负电压电路 C1：旁路因输入导线过长引入的高频干扰脉冲（减小电路的高频噪声）。 C2：防止产生自激振荡，改善输出瞬态特性。 VD:当输入出现短路时，给C2提供放电回路，防止击穿稳压器。 返回6.2
输出正、负电压电路： 返回6.2.2
二、扩大输出电流的电路 三端集成稳压器输出电流有一定限制（0.1~10A），当负载所需电流大于现有三端稳压器输出电流时，可通过外接功率管来扩大输出电流。 返回6.2.2
V2RS作用： 功放管V1短路保护。 负载正常： IC1RS=UEB2<0.7V，V2截止。 IO=IC1+IOXX 扩大输出电流的电路 负载过载或短路： IC1RS=UEB2 >0.7V →V2导通，UCE2=IC1RS+UBE1 →IC1 ↑ →UEB2 ↑ → UCE2↓ →UBE1↓ → IC1 ↓限制输出电流增大。 返回6.2.2
负载较轻： V1、V2截止，IO≈IOXX ，IR=ID+IOXX 当IO↑→IR↑→UR ↑→UBE1↑ → V1导通。 三、扩大输出电压的电路 Uo=U××+Uz 返回6.2.2
6.3 开关稳压电源 串联式稳压电路的优点： 结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。 • 串联式稳压电路的缺点： • 调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低（只有20％～40％，加装散热器后效率可提高到40%~60%）； • 调整管管压降2~8V，输出电压小于输入电压，且二者极性相同。 返回第六章
开关式稳压电路特点： 调整管工作于高频开关状态（饱和、截止），自身消耗能量低，输出效率较高（80%~90%），不需加装散热器。 开关式稳压电路分类： ｛ 他励式开关稳压电路 按激励方式 （振荡方式）分 自励式开关稳压电路 ｛ 脉冲宽度调制型PWM 按控制方式分 脉冲频率调制型PFM 混合调制式（同时改变脉宽、频率的调制方式） 返回6.3
6.3.1 开关稳压电源基本原理 一、他励式开关稳压电路（脉宽调制式）组成 返回6.3
各部件功能: V：开关调整管； LC：滤波电路，使输出电压平滑； VD：续流二极管，为电感元件提供放电回路。 R1、R 2：取样电阻； 方波发生器（由误差放大器、电压比较器、锯齿波发生器和基准电压源组成）：控制开关管的通断（又称脉宽调制控制环节）。 电压比较器为滞回比较器，其输出电压为开关调整管V 的基极电压uB。 返回6.3.1
二、工作原理 UI↑→Uo↑→UF>URET →uA=+Uom→假设uT<uA → →uB=-Uom→V 截止（截止时间toff）→VD 导通→ →L 经RL、VD释放存储的电能→C 经RL放电→Uo↓ 返回6.3.1
UI↓→Uo↓→UF<URET→uA=-Uom→若 uT>uA→uB=+Uom→ →V饱和（导通时间ton）→VD 截止→Ui经L 对C 充电→Uo↑ 用取样电压UF，控制方波发生器输出uB脉宽，通过uB控制调整管V导通时间ton和截止时间toff，控制Uo大小。 返回6.3.1
占空比： 导通时间ton与开关周期Tn之比。 输出电压平均值与输入电压、占空比的关系： 当Tn一定时，调节ton可控制输出电压UO（AV）的大小。 UI↑→Uo↑→uA↑→uB↓→ton↓→UO（AV）↓ 返回6.3.1
本章小结 1. 硅稳压二极管并联稳压电路由稳压二极管与限流电阻 组成。其中，稳压二极管必须反偏。限流电阻起限流保护作用。硅稳压二极管并联稳压电源适用于电压固定、负载电流小、负载变化不大的场合。 2. 稳压电源的质量指标主要有：稳压系数Sγ、输出电阻Ro、最大纹波电压ΔUOP-P、温度系数ST等。 3. 串联反馈型电源主要由采样电路、基准电压源、比较放大器和调整管组成。 返回第六章
4. 三端线性集成稳压器具有稳压性能好、品种多、重量轻、使用方便、安全可靠等优点，但效率不高（一般输入、输出电压差大于2~3V时才能正常工作）。利用三端线性固定集成稳压器和三端可调集成稳压器可组成不同的实用电路。若要提高线性集成稳压器组成电源的效率，可采用输入、输出电压差为0.5~0.6V的低压差线性集成稳压器。 5. 开关稳压电源的调整管工作在开关状态，通过控制开关调整管的导通、截止时间的比例，从而调节输出电压，因此功耗较小。开关稳压电源具有效率高、体积小、重量轻等优点，但存在纹波电压较大，高频泄漏大，易对周围其他电路造成干扰等缺点。 返回本章小结
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