1、5 直流电源直流电源5.1整流电路整流电路5.2滤波电路滤波电路5.3直流稳压电路直流稳压电路5 直流电源直流电源内容摘要内容摘要在工农业生产及科学实验中，特别是电子在工农业生产及科学实验中，特别是电子线路中经常需要直流电源供电。本章首先介绍线路中经常需要直流电源供电。本章首先介绍了稳压直流电源的基本构成，然后对整流、滤了稳压直流电源的基本构成，然后对整流、滤波和稳压各个环节进行了详细地讨论。其中着波和稳压各个环节进行了详细地讨论。其中着重介绍了各个环节的一些参数计算。最后，介重介绍了各个环节的一些参数计算。最后，介绍了集成稳压电源的各种典型应用电路。绍了集成稳压电源的各种典型应用电路。5 直
2、流电源直流电源讨论的主要问题讨论的主要问题 直流稳压电源的基本构成直流稳压电源的基本构成 单相半波整流电路的组成、工作原理和性能参数单相半波整流电路的组成、工作原理和性能参数的计算的计算单相桥式整流电路的组成、工作原理和性能参数单相桥式整流电路的组成、工作原理和性能参数的计算的计算 滤波电路的原理、组成和性能参数的计算滤波电路的原理、组成和性能参数的计算 稳压电路的原理、组成和串联型晶体管稳压电路稳压电路的原理、组成和串联型晶体管稳压电路的稳压过程分析的稳压过程分析 三端集成稳压器的应用电路三端集成稳压器的应用电路电网供电是交流电，但在工农业生产及科学实电网供电是交流电，但在工农业生产及科学实
3、验中，都需要直流电源供电。特别是在电子线路和验中，都需要直流电源供电。特别是在电子线路和自动控制装置中需要电压非常稳定的直流电源。如自动控制装置中需要电压非常稳定的直流电源。如图图5-15-1所示是一稳压直流电源的组成框图，可将交流所示是一稳压直流电源的组成框图，可将交流电变成需要的稳定的直流电压输出。电变成需要的稳定的直流电压输出。5 直流电源直流电源图图5-1 5-1 直流稳压电源的原理框图直流稳压电源的原理框图 5 直流电源直流电源5 直流电源直流电源 图中各环节的作用是：图中各环节的作用是：变压器：其初级电压一般是变压器：其初级电压一般是220V工频交流，次工频交流，次级电压根据所需直
4、流电压大小确定，变压器的作级电压根据所需直流电压大小确定，变压器的作用是将变成。用是将变成。整流电路：利用二极管的单向导电性将交流电变整流电路：利用二极管的单向导电性将交流电变成脉动直流。成脉动直流。滤波电路：利用电感电容等电路元件的频率特性滤波电路：利用电感电容等电路元件的频率特性，将脉动直流变成较恒定的直流电压。，将脉动直流变成较恒定的直流电压。稳压电路：当电网电压波动或负载变动时，滤波稳压电路：当电网电压波动或负载变动时，滤波后的直流电压大小还会变化，稳压电路的作用是后的直流电压大小还会变化，稳压电路的作用是使输出电压不受上述因素的影响。使输出电压不受上述因素的影响。5.1 直流电源直流
5、电源整流电路的作用是将交流电变成直流电，它是利用二极整流电路的作用是将交流电变成直流电，它是利用二极管的单向导电性来实现，因此二极管是构成整流电路的管的单向导电性来实现，因此二极管是构成整流电路的核心元件。对于小功率整流电路，一般采用单相半波、核心元件。对于小功率整流电路，一般采用单相半波、单相全波、单相桥式及倍压整流等电路。对于大功率整单相全波、单相桥式及倍压整流等电路。对于大功率整流电路，一般采用三相半波或三相桥式整流电路。本节流电路，一般采用三相半波或三相桥式整流电路。本节主要讨论单相整流电路，各种整流电路的性能比较如表主要讨论单相整流电路，各种整流电路的性能比较如表5-15-1所示。所
6、示。5.1 直流电源直流电源电路形式电路形式 整流输出整流输出uo波形波形 输出平均电输出平均电压压Uo 整流元件中整流元件中的平均电流的平均电流Io 元件承受最元件承受最高反向电压高反向电压UDRM 变压器副边变压器副边电流有效值电流有效值I2 单相半波单相半波 单相全波单相全波 单相桥式单相桥式 三相半波三相半波 三相全波三相全波 245.0UoI22UoI57.129.0 U29.0 U217.1U234.2UoI21oI21oI31oI31oI3122U222U26U26UoI79.0oI11.1oI57.0oI82.05.1.1 直流电源直流电源图图5-25-2所示是单相半波整流电路
7、。它是最简单的整流电所示是单相半波整流电路。它是最简单的整流电路，由整流变压器路，由整流变压器T T、整流二极管、整流二极管D D及负载组成。设整及负载组成。设整流变压器副边的电压为：流变压器副边的电压为：tUusin222图图5-2 5-2 单相半波整流电路单相半波整流电路5.1.1 直流电源直流电源其波形如图其波形如图5-35-3所示。所示。图图5-3 5-3 单相半波整流电路的电压和电流的波形单相半波整流电路的电压和电流的波形由于二极管由于二极管D D具有单相导电性，只当它的阳极电具有单相导电性，只当它的阳极电位高于阴极电位时才能导通。在变压器副边电压的位高于阴极电位时才能导通。在变压器
8、副边电压的正半周时，其极性为上正下负，即正半周时，其极性为上正下负，即a a点的电位高于点的电位高于b b点的电位，二极管因正向偏置而导通。这时负载电点的电位，二极管因正向偏置而导通。这时负载电阻上的电压为，通过的电流为。在电压的负半周时，阻上的电压为，通过的电流为。在电压的负半周时，a a点的电位低于点的电位低于b b点的电位，二极管因反向偏置而截点的电位，二极管因反向偏置而截止，负载电阻上没有电压。因此，在负载电阻上得止，负载电阻上没有电压。因此，在负载电阻上得到的是半波整流电压。在导通时，二极管的正向压到的是半波整流电压。在导通时，二极管的正向压降很小，可以忽略不计。因此，可以认为的这个
9、半降很小，可以忽略不计。因此，可以认为的这个半波和的正半波是相同的（图波和的正半波是相同的（图5-35-3）。）。5.1.1 直流电源直流电源负载上得到的整流电压虽然是单方向（极性一负载上得到的整流电压虽然是单方向（极性一定），但其大小是变化的，。这就是单相脉动电定），但其大小是变化的，。这就是单相脉动电压。常用一个周期的平均值来说明它的大小。单压。常用一个周期的平均值来说明它的大小。单相半波整流电压的平均值为相半波整流电压的平均值为)15(45.02)(sin22122020UUttdUU图图5-4 5-4 半波整流电路输出电压的平均值计算半波整流电路输出电压的平均值计算5.1.1 直流电源
10、直流电源从图从图5-45-4所示的波形上看，如果使半个正波与横轴所包所示的波形上看，如果使半个正波与横轴所包围的面积等于一个矩形的面积，矩形的宽度为周期围的面积等于一个矩形的面积，矩形的宽度为周期T T，则矩形的高度就是这半波的平均值，或者称为半波的直则矩形的高度就是这半波的平均值，或者称为半波的直流分量。式（流分量。式（5-15-1）表示整流电压平均值与交流电压有）表示整流电压平均值与交流电压有效值之间的关系。由此得出整流电流的平均值效值之间的关系。由此得出整流电流的平均值)25(45.0200LLRURUI5.1.1 直流电源直流电源我们除根据所需要的直流电压我们除根据所需要的直流电压(即
11、整流电压即整流电压)和直流和直流电流（即整流电流）选择整流元件外，还要考虑整电流（即整流电流）选择整流元件外，还要考虑整流元件截止时所承受的最高反向电压流元件截止时所承受的最高反向电压 DRMU显然，在单半波整流电路中，二极管不导通时承受显然，在单半波整流电路中，二极管不导通时承受的反向电压就是变压器副边交流电压的最大值的反向电压就是变压器副边交流电压的最大值即即 22U)35(222UUUmDRM这样，根据、这样，根据、和和 就可以选择合适的整流元件。就可以选择合适的整流元件。0U0IDRMU5.1.1 直流电源直流电源【例例5-15-1】有一单相半波整流电路，如图有一单相半波整流电路，如图
12、5-25-2所示。所示。已知负载电阻，变压器副边电压已知负载电阻，变压器副边电压 试试求、及，并选择需要的二极管。求、及，并选择需要的二极管。450LRVU1020U0IDRMU解：VUU5.41045.045.020VUUmARUIDRML1.141022104505.4200查器件手册，二极管选用查器件手册，二极管选用 （）。为了）。为了使用安全，二极管的反向工作峰值电压要选得比使用安全，二极管的反向工作峰值电压要选得比大一倍左右。大一倍左右。22APVmA 30,16DRMU5.1.1 直流电源直流电源5.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路单向半波整流电路的缺点是只利用了电源的半个
13、周期，单向半波整流电路的缺点是只利用了电源的半个周期，同时整流电压的脉动较大，为了克服这些缺点，常采用同时整流电压的脉动较大，为了克服这些缺点，常采用全波整流电路，其中最采用的是单相桥式整流电路。它全波整流电路，其中最采用的是单相桥式整流电路。它由四个二极管接成电桥的形式构成的，图由四个二极管接成电桥的形式构成的，图5-55-5（a a）所示）所示就是一单相桥式整流电路。图（就是一单相桥式整流电路。图（b b）是一种简易画法。）是一种简易画法。图图5-5 5-5 单相桥式整流电路单相桥式整流电路下面对照如图下面对照如图5-55-5所示电路分析单相桥式整流电路的工作所示电路分析单相桥式整流电路的
14、工作情况：在变压器副边电压的正半周时，其极性为上正下负，情况：在变压器副边电压的正半周时，其极性为上正下负，即即a a点的电位高于点的电位高于b b点，二极管和处于正向偏置而导通，和点，二极管和处于正向偏置而导通，和处于反向偏置而截止，电流的通路是处于反向偏置而截止，电流的通路是 。这时，负载电阻。这时，负载电阻上得到一个半波电压，如图上得到一个半波电压，如图5-65-6中的段所示。中的段所示。图图5-6 5-6 单相桥式整流电路的电单相桥式整流电路的电压与电流的波形压与电流的波形5.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路在电压的负半周时，变压器副边的极性为上负下正，即在电压的负半周时，变压
15、器副边的极性为上负下正，即b b点高于点高于a a点，因此和处于反向偏置而截止，和处于正向点，因此和处于反向偏置而截止，和处于正向偏置而导通，电流的通路是。同样，在负载电阻上得到偏置而导通，电流的通路是。同样，在负载电阻上得到一个半波电压，如图一个半波电压，如图5-65-6中的段所示。中的段所示。无论电压是在正半周还是在负半周，负载电阻上都有电无论电压是在正半周还是在负半周，负载电阻上都有电流流过，而且方向相同。完整的波形如图流流过，而且方向相同。完整的波形如图5-65-6所示。桥所示。桥式整流电路的整流电压的平均值为式整流电路的整流电压的平均值为)45(9.045.02220UUU负载电阻中
16、的电流平均值为负载电阻中的电流平均值为)55(9.0200LLRURUI5.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路显然，桥式整流电路的整流电压的平均值比半波整流时增显然，桥式整流电路的整流电压的平均值比半波整流时增加了一倍，负载电阻中的电流平均值也增加了一倍。加了一倍，负载电阻中的电流平均值也增加了一倍。在桥式整流电路中，每两个二极管串联导通半周，因此，在桥式整流电路中，每两个二极管串联导通半周，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半。即每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半。即)65(45.02120LDRUII至于二极管截止时所承受的最高反向电压，从图至于二极管截止时所
17、承受的最高反向电压，从图5-55-5可以可以看出。当和导通时，如果忽略二极管的正向下降，二极管看出。当和导通时，如果忽略二极管的正向下降，二极管和截止时阴极电位就等于和截止时阴极电位就等于a a点的电位，阳极电位就等于点的电位，阳极电位就等于b b点点的电位。所以二极管截止时所承受的最高反向电压就是变的电位。所以二极管截止时所承受的最高反向电压就是变压器副边电压的最大值，即压器副边电压的最大值，即 )75(22UUDRM5.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路5.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路【例例5-25-2】已知负载电阻已知负载电阻 负载电压负载电压 。今采用。今采用单相桥式
18、整流电路，交流电源电压为单相桥式整流电路，交流电源电压为220V220V。（1 1）如何选择适用的二极管？）如何选择适用的二极管？（2 2）求变压器的变比及容量。）求变压器的变比及容量。75LRVUo24解：（解：（1 1）负载电流）负载电流 mARUILoo3207524每个二极管通过的平均电流每个二极管通过的平均电流mAIIoD16021变压器副边电压的有效值为变压器副边电压的有效值为VUUo7.269.0249.02考虑变压器副边绕组及二极管上的压降，变压器副边电考虑变压器副边绕组及二极管上的压降，变压器副边电压大约要高出压大约要高出10%10%，于是，于是VUUDRM5.411.122
19、因此可以选用四只二极管因此可以选用四只二极管2CZ11A2CZ11A，其最大整流电流为，其最大整流电流为1A1A，反向工作峰值电压为反向工作峰值电压为100V100V。（2 2）变压器的变比）变压器的变比3.55.41220K变压器副边电流的有效值为变压器副边电流的有效值为mAIIo35532011.111.1变压器的容量为变压器的容量为 VAUIS48.9355.07.265.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路由于单相桥式整流电路应用普遍，现在已有集成整流桥模由于单相桥式整流电路应用普遍，现在已有集成整流桥模块，就是将四个二极管（块，就是将四个二极管（PNPN结）集成在一个硅片上，只引
20、结）集成在一个硅片上，只引出四根线，如图出四根线，如图5-75-7所示。这样集成整流桥模块只有交流所示。这样集成整流桥模块只有交流输入和直流输出的四个引脚，减少了接线，提高了可靠性输入和直流输出的四个引脚，减少了接线，提高了可靠性，使用起来非常方便。，使用起来非常方便。图图5-7 5-7 整流桥模块整流桥模块 5.1.2 单相桥式整流电路单相桥式整流电路5.2 滤波电路滤波电路前一节分析的几种整流电路虽然都可以把交流前一节分析的几种整流电路虽然都可以把交流电转换为直流电，但是所得到的输出电压是单向脉电转换为直流电，但是所得到的输出电压是单向脉动电压，在某些设备（例如电镀，蓄电池充电等设动电压，
21、在某些设备（例如电镀，蓄电池充电等设备）中，这种电压的脉动是允许的。但是在多数电备）中，这种电压的脉动是允许的。但是在多数电子设备中，整流电路中都要加接滤波电路，以改善子设备中，整流电路中都要加接滤波电路，以改善输出电压的脉动程度。下面介绍几种常用的滤波电输出电压的脉动程度。下面介绍几种常用的滤波电路。路。5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路与负载并联一个电容就是一个简单的电容滤波电路，如与负载并联一个电容就是一个简单的电容滤波电路，如图图5-85-8所示。电容滤波是利用电容的储能特性来实现的。所示。电容滤波是利用电容的储能特性来实现的。下面分析电容滤波电路的工作情况。下面分析电容滤波电路的工
22、作情况。图图5-8 5-8 接有滤波电容的单相半波整流电路接有滤波电容的单相半波整流电路 如果在单相半波整流电路中不接滤波电容，输出如果在单相半波整流电路中不接滤波电容，输出电压的波形如图电压的波形如图5-95-9（a a）所示。加接滤波电容之后，）所示。加接滤波电容之后，输出电压的波形就变成图输出电压的波形就变成图5-95-9（b b）所示的形状。）所示的形状。5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路图图5-9 5-9 滤波电容的作用滤波电容的作用5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路从图从图5-95-9（b b）中可以看出，在二极管正向导通时，电）中可以看出，在二极管正向导通时，电源给负载供电的
23、同时，也对电容源给负载供电的同时，也对电容C C充电。在忽略二极管充电。在忽略二极管正向压降的情况下，充电电压与变压器副边电压一致，正向压降的情况下，充电电压与变压器副边电压一致，如图如图5-95-9（b b）中）中omom段波形所示。电源电压在达到最大段波形所示。电源电压在达到最大值后，值后，2 2和和c c都开始下降，都开始下降，2 2按正弦规律下降按正弦规律下降,当当 时，二极管反向偏置而截止，电容时，二极管反向偏置而截止，电容C C对负载电阻对负载电阻R RL L放电，放电，负载中仍有电流负载中仍有电流,u uc c而按放电曲线（而按放电曲线（e e指数规律）下降，指数规律）下降，如图
24、如图5-95-9（b b）中）中mnmn段波形所示。在段波形所示。在u u2 2的下一个正半周的下一个正半周内内,当当 时时,二极管再行导通，电容再次被充电，重二极管再行导通，电容再次被充电，重复上述过程。复上述过程。Cuu 2Cuu 25.2.1 电容滤波电路电容滤波电路电容两端电压电容两端电压u uc c就是输出电压就是输出电压u u0 0，其波形如图，其波形如图5-95-9（b b）所示。可见输出电压的脉动大为减小，并且整流电压平所示。可见输出电压的脉动大为减小，并且整流电压平均值较高。在空载和忽略二极管正向压降的情况均值较高。在空载和忽略二极管正向压降的情况下下 ,U,U2 2 是图是
25、图5-85-8中变压器副边绕组的电压有效值。中变压器副边绕组的电压有效值。但是随着负载的增加（但是随着负载的增加（R RL L减小，减小，I I0 0增大增大),),放电时间常数放电时间常数R RL LC C减小，放电加快，输出电压平均值也就下降。减小，放电加快，输出电压平均值也就下降。图图5-10 5-10 电阻负载和电容滤波的单相半波整流电路的外特性曲线电阻负载和电容滤波的单相半波整流电路的外特性曲线22UUo整流电路的输出电压与输出电流的变化关系曲线称为整整流电路的输出电压与输出电流的变化关系曲线称为整流电路的外特性曲线，如图流电路的外特性曲线，如图5-105-10所示，由此可见，与所示
26、，由此可见，与无电容滤波时比较，输出电压随负载电阻的变化有较大无电容滤波时比较，输出电压随负载电阻的变化有较大的变化，即外特性较差，或者说带负载能力较差。通常，的变化，即外特性较差，或者说带负载能力较差。通常，我们取我们取 )85(2.1(2020（全波）半波）UUUU采用电容滤波时，输出电压的脉动程度采用电容滤波时，输出电压的脉动程度u u0 0与电容器的放与电容器的放电时间常数电时间常数R RL LC C有关有关.R.RL LC C增大增大,脉动就减小。为了得到比脉动就减小。为了得到比较平直的输出电压，一般要求较平直的输出电压，一般要求 ，即，即)95(253(TCRL）CRL1)1510
27、(5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路式中式中T T是电源电压的周期是电源电压的周期 5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路此外由于二极管的导电时间短（导通角小于此外由于二极管的导电时间短（导通角小于 ），但），但在一个周期内电容的充电电荷等于放电电荷，即通过电在一个周期内电容的充电电荷等于放电电荷，即通过电容的电流平均值为零，可见在二极管导通期间其电流的容的电流平均值为零，可见在二极管导通期间其电流的平均值平均值i iD D近似等于负载电流的平均值近似等于负载电流的平均值i i0 0。因此。因此i iD D的峰值的峰值必然较大，产生电流冲击。容易使二极管损坏。必然较大，产生电流冲击。容易使二极
28、管损坏。单相半波整流电路，二极管截止时所承受的最高反向电单相半波整流电路，二极管截止时所承受的最高反向电压为压为180有滤波电容）无滤波电容）(22(222UUUUDRMDRM5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路对单相半波带有滤波电容的整流电路而言，当负载端开路对单相半波带有滤波电容的整流电路而言，当负载端开路时，时，,为最高。因为在变压器副边电压的正半周时，为最高。因为在变压器副边电压的正半周时，电容上的电压充到等于变压器副边电压的最大值电容上的电压充到等于变压器副边电压的最大值 由于由于开路，电容不能放电，这个电压维持不变；而在负半周的开路，电容不能放电，这个电压维持不变；而在负半周的最大
29、值时，二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边最大值时，二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边电压的最大值电压的最大值 与电容上电压与电容上电压 之和，即等于之和，即等于 222 UUDRM22U22U22U222U对单相桥式整流电路而言，有滤波电容后，不影响对单相桥式整流电路而言，有滤波电容后，不影响 有有无滤波电容，二极管截止时所承受的最高反向电压均为无滤波电容，二极管截止时所承受的最高反向电压均为22UUDRMDRMU总之，电容滤波电路简单，输出电压总之，电容滤波电路简单，输出电压U U0 0较高，脉动也较高，脉动也较小；但是外特性较差，且有电流冲击。因此，电容较小；但是外特性较差，且
30、有电流冲击。因此，电容滤波电路一般用于要求输出电压较高，负载电流较小滤波电路一般用于要求输出电压较高，负载电流较小并且变化也较小的场合。并且变化也较小的场合。滤波电容的数值一般在几十微法到几千微法，视负载滤波电容的数值一般在几十微法到几千微法，视负载电流的大小而定，其耐压应大于输出电压的最大值，电流的大小而定，其耐压应大于输出电压的最大值，通常都才采用极性电解电容。通常都才采用极性电解电容。5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路【例例5-35-3】对于带滤波电容的单相桥式整流电路（如图对于带滤波电容的单相桥式整流电路（如图5-85-8所示），若负载电阻所示），若负载电阻 要求输出电压要求输出电压
31、 电源频率电源频率 试选择适用的二极管及电容试选择适用的二极管及电容 330LRVUo45Hzf50解：（解：（1 1）选择整流二极管）选择整流二极管二极管的平均电流为二极管的平均电流为mARUIILooD2.6833045212121变压器副边电压的有效值为变压器副边电压的有效值为VUUo5.372.1452.12二极管所承受的最高反向电压为二极管所承受的最高反向电压为VUUDRM535.37222因此选用最大整流电流为因此选用最大整流电流为100mA100mA，反向工作峰值电压为，反向工作峰值电压为100V100V的二极管的二极管2CP122CP12。5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路（
32、2 2）选择滤波电容）选择滤波电容25TCRL取取FRTCL5.1513302501525则则因此可选用因此可选用 耐压为耐压为100V100V的电解电容。的电解电容。FC1605.2.1 电容滤波电路电容滤波电路5.2.2 电感电容滤波电路电感电容滤波电路为了进一步减小输出电压的脉动程度，在滤波电容之前为了进一步减小输出电压的脉动程度，在滤波电容之前串接一个铁心电感线圈串接一个铁心电感线圈L L，这样就组成了电感电容滤波，这样就组成了电感电容滤波电路（如图电路（如图5-115-11所示）。所示）。图图5-11 5-11 电感电容滤波电路电感电容滤波电路利用电感的储能作用，当通过电感线圈的电流
33、发生时，利用电感的储能作用，当通过电感线圈的电流发生时，电感要产生感应电动势阻碍电流的变化，因而使负载电感要产生感应电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。频率越高，电感越电流和负载电压的脉动大为减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好。大，滤波效果越好。电感滤波也可以从另一个角度来理解：因为电感对整电感滤波也可以从另一个角度来理解：因为电感对整流电流中的交流分量具有阻抗，谐波频率越高，阻抗流电流中的交流分量具有阻抗，谐波频率越高，阻抗越大，所以它可以减小整流电压中的交流分量，越大，所以它可以减小整流电压中的交流分量，L比比LR 大得越多，则滤波效果越好；而后又经过滤波电大
34、得越多，则滤波效果越好；而后又经过滤波电容滤波，再一次滤掉交流分量，这样，便可以得到甚容滤波，再一次滤掉交流分量，这样，便可以得到甚为平直的直流输出电压。为平直的直流输出电压。5.2.2 电感电容滤波电路电感电容滤波电路具有具有LCLC滤波器的整流电路适用于输出电流较大，要求滤波器的整流电路适用于输出电流较大，要求输出电压脉动很小的场合。在电流较大、负载变动较输出电压脉动很小的场合。在电流较大、负载变动较大、并对输出电压的脉动程度要求不太高的场合下大、并对输出电压的脉动程度要求不太高的场合下（例如可控硅电源），也可将电容器除去，而采用电（例如可控硅电源），也可将电容器除去，而采用电感滤波电路（
35、感滤波电路（L L滤波）。滤波）。但是，由于电感线圈的电感较大（一般在几亨到几十但是，由于电感线圈的电感较大（一般在几亨到几十亨亨)，其匝数较多，电阻也较大，因而其上会有一定，其匝数较多，电阻也较大，因而其上会有一定的直流压降，造成输出电压的下降的直流压降，造成输出电压的下降5.2.2 电感电容滤波电路电感电容滤波电路5.2.3 形滤波电路形滤波电路如果要求输出电压的脉动更小，可以在如果要求输出电压的脉动更小，可以在LCLC滤波的前面再滤波的前面再并联一个滤波电容并联一个滤波电容C C，这样便构成，这样便构成形形LCLC滤波电路（如滤波电路（如图图5-125-12所示）。它的滤波效果比所示）。
36、它的滤波效果比LCLC滤波电路更好，但整滤波电路更好，但整流二极管冲击电流较大。流二极管冲击电流较大。图图5-12 5-12 型型LCLC滤波电路滤波电路由于电感线圈的体积大，成本又高，所以有时候用由于电感线圈的体积大，成本又高，所以有时候用电阻去代替电阻去代替形滤波器中的电感线圈，这样便构成形滤波器中的电感线圈，这样便构成了了形形RCRC滤波电路，如图滤波电路，如图5-135-13所示。电阻对于交、所示。电阻对于交、直流电都具有同样的降压作用，但是当它和电容配直流电都具有同样的降压作用，但是当它和电容配合之后，就使脉动电压的交流分量较多地降落在负合之后，就使脉动电压的交流分量较多地降落在负载
37、上，从而起了滤波作用。载上，从而起了滤波作用。R R愈大，愈大，C C2 2愈大，滤波效愈大，滤波效果愈好。但果愈好。但R R太大，将使直流压降增加，所以太大，将使直流压降增加，所以形形RCRC滤波电路主要适用于负载电流较小而要求输出电压滤波电路主要适用于负载电流较小而要求输出电压脉动很小的场合。脉动很小的场合。5.2.3 形滤波电路形滤波电路图图5-13 5-13 型型RCRC滤波电路滤波电路5.2.3 形滤波电路形滤波电路5.3 直流稳压电路直流稳压电路5.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路经整流和滤波后的电压往往会随着交流电源电压的经整流和滤波后的电压往往会随着交流电源电压的波动和负载
38、的变化而变化。电压的不稳定有时会产生测波动和负载的变化而变化。电压的不稳定有时会产生测量的计算的误差，引起控制装置的工作不稳定，甚至根量的计算的误差，引起控制装置的工作不稳定，甚至根本无法正常工作。特别是精密电子测量仪器、自动控制、本无法正常工作。特别是精密电子测量仪器、自动控制、计算装置及晶闸管的触发电路等都要求有很稳定的直流计算装置及晶闸管的触发电路等都要求有很稳定的直流电源供电。最简单的直流稳压电源是采用稳压管来稳定电源供电。最简单的直流稳压电源是采用稳压管来稳定电压的。电压的。图图5-14 5-14 稳压管稳压电路稳压管稳压电路如图如图5-145-14所示的电路是一种稳压管稳压电路，经
39、过桥式所示的电路是一种稳压管稳压电路，经过桥式整流电路整流和电容滤波器滤波得到直流电压，再经过整流电路整流和电容滤波器滤波得到直流电压，再经过限流电阻限流电阻R R和稳压管组成的稳压电路接到负载电阻上。和稳压管组成的稳压电路接到负载电阻上。这样，负载上得到的就是一个比较稳定的电压。这样，负载上得到的就是一个比较稳定的电压。5.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化。下面分析在这两种情况下稳压电路负载电流的变化。下面分析在这两种情况下稳压电路的作用。例如，当交流电源电压增加而使整流输出电的作用。例如，
40、当交流电源电压增加而使整流输出电压随着增加时，负载电压也要增加。即为稳压管两端压随着增加时，负载电压也要增加。即为稳压管两端的反向电压。当负载电压稍有增加时，稳压管的电流的反向电压。当负载电压稍有增加时，稳压管的电流就显著增加，因此电阻就显著增加，因此电阻R R上的压降增加，以抵偿的增加，上的压降增加，以抵偿的增加，从而使负载电压保持近似不变。相反，如果交流电源从而使负载电压保持近似不变。相反，如果交流电源电压减低而使减低时，负载电压也要减低，因而稳压电压减低而使减低时，负载电压也要减低，因而稳压管电流显著减小，电阻管电流显著减小，电阻R R上的压降也减小，仍然保持负上的压降也减小，仍然保持负
41、载电压近似不变。载电压近似不变。5.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路同理，如果当电源保持不变而是负载电流变化引起同理，如果当电源保持不变而是负载电流变化引起负载电压改变时，上述稳压电路仍能起到稳压的作用。负载电压改变时，上述稳压电路仍能起到稳压的作用。例如，当负载电流增大时，电阻例如，当负载电流增大时，电阻R R上的压降增大，负载上的压降增大，负载电压因而下降。只要下降一点，稳压管的电流就显著减电压因而下降。只要下降一点，稳压管的电流就显著减小，通过电阻小，通过电阻R R的电流和电阻上的压降保持近似不变，的电流和电阻上的压降保持近似不变，因此负载电压也就近似稳定不变。当负载电流减小时，因此
42、负载电压也就近似稳定不变。当负载电流减小时，稳压过程相反。稳压过程相反。选取稳压管时，一般取：选取稳压管时，一般取：)105()32()35.1(0max0max0UUIIUUiZZ5.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路【例例5-45-4】.一稳压管稳压电路，如图一稳压管稳压电路，如图5-145-14所示。负载所示。负载电阻由开路变到，交流电压经整流滤波后得出电阻由开路变到，交流电压经整流滤波后得出。今要求输出直流电压，试选择适用的稳压。今要求输出直流电压，试选择适用的稳压管。管。LRk3VUi48VUo 15解：根据输出直流电压的要求，负载电流最大值解：根据输出直流电压的要求，负载电流最大
43、值mARUILoo5515max查器件手册，选取稳压管查器件手册，选取稳压管 ，其稳定电压，其稳定电压 ，稳定电流，稳定电流 ，最大稳定电流。，最大稳定电流。202CWVUZ)175.13(mAIZ55.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路5.3.2 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路稳压管稳压电路的稳压效果不够理想，并且它只能稳压管稳压电路的稳压效果不够理想，并且它只能用于负载电流较小的场合。为此，实践中常用串联型晶用于负载电流较小的场合。为此，实践中常用串联型晶体管稳压电路，如图体管稳压电路，如图5-155-15所示。虽然分离元件稳压电路所示。虽然分离元件稳压电路已基本上被集成稳压电
44、源所替代，但其电路原理仍为后已基本上被集成稳压电源所替代，但其电路原理仍为后者内部电路的基础。者内部电路的基础。图图5-15 5-15 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路如图如图5-155-15所示的串联型稳压电路包括一下四个部分：所示的串联型稳压电路包括一下四个部分：（）采样环节：是由组成的电阻分压器，它将输出（）采样环节：是由组成的电阻分压器，它将输出电压的一部分电压的一部分 )115(3223OppFURRRRRU取出送到放大环节。电位器是调节输出电压用的。取出送到放大环节。电位器是调节输出电压用的。（）基准电压：由稳压管和其限流电阻构成的电路（）基准电压：由稳压管和其限流电阻构成
45、的电路中取得，即稳压管的电压，它是一个稳定性较高的直中取得，即稳压管的电压，它是一个稳定性较高的直流电压，作为调整、比较的标准。流电压，作为调整、比较的标准。5.3.2 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路()放大环节：是一个由晶体管放大环节：是一个由晶体管VTVT构成的直流放大电路，构成的直流放大电路，它的基它的基-射极电压射极电压U UBE2BE2是采样电压是采样电压U UF F与基准电压与基准电压U UZ Z之差，之差，即即U UBE2BE2=U=UF F-U-UZ Z。将这个电压差值放大后去控制调整管。将这个电压差值放大后去控制调整管VTVT1 1。R R3 3是是VTVT2 2的
46、负载电阻，同时也是调整管的负载电阻，同时也是调整管VTVT1 1的偏置电阻的偏置电阻 ()调整环节：一般由工作于线性区的功率管组成，它调整环节：一般由工作于线性区的功率管组成，它的基极电流受放大环节输出信号控制。的基极电流受放大环节输出信号控制。图图5-155-15所示串联型稳压电路的工作情况如下：当输出电所示串联型稳压电路的工作情况如下：当输出电压压U U0 0升高时，采样电压升高时，采样电压U UF F就增大，就增大，VTVT2 2的基的基-射极电压射极电压U UBE2BE2增大，其基极电流增大，其基极电流I IB2B2增大，集电极增大，集电极I IC2C2电流上升，电流上升，集集-射极电
47、压射极电压U UCE2CE2下降。下降。5.3.2 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路 因此，因此，VTVT1 1的的U UBE1BE1减小，减小，I IC1C1减小，减小，U UCE1CE1增大，输出电增大，输出电压压U U0 0下降，使之保持稳定。这个自动调整过程可以表下降，使之保持稳定。这个自动调整过程可以表示如下示如下 当输出电压降低时，调整过程相反。当输出电压降低时，调整过程相反。从调整过程看来，如图从调整过程看来，如图5-155-15示的串联型稳压电路是一示的串联型稳压电路是一种串联电压负反馈电路。种串联电压负反馈电路。5.3.2 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路放大
48、环节也可采用运算放大器，如图放大环节也可采用运算放大器，如图5-155-15所示。所示。图图5-16 5-16 采用运算放大器的串联型稳压电路采用运算放大器的串联型稳压电路5.3.2 串联型晶体管稳压电路串联型晶体管稳压电路即使采用运算放大器的串联型稳压电路，仍有不少即使采用运算放大器的串联型稳压电路，仍有不少外接元件，还要注意共模电压的保护，使用复杂，当前外接元件，还要注意共模电压的保护，使用复杂，当前已经广泛应用单片集成稳压器。它具有体积小，可靠性已经广泛应用单片集成稳压器。它具有体积小，可靠性好，使用灵活，价格低廉等优点。好，使用灵活，价格低廉等优点。图图5-17 W785-17 W78
49、系列三端集成稳压器系列三端集成稳压器5.3.3 集成稳压器集成稳压器本节主要讨论的是本节主要讨论的是W78(W78(输出正压输出正压)和和W79W79系列（输出负系列（输出负电压）稳压器的使用。如图电压）稳压器的使用。如图5-175-17所示是所示是W78W78系列稳压器系列稳压器的外形，管脚和接线图，其内部电路也是串联型晶体的外形，管脚和接线图，其内部电路也是串联型晶体管稳压电路。这种稳压器只有输入端管稳压电路。这种稳压器只有输入端1 1、输出端、输出端2 2和公和公共端共端3 3三个引出端，故也称为三端集成稳压器。使用时三个引出端，故也称为三端集成稳压器。使用时只需在其输入的和输出端之间各
50、并联一个电容即可。只需在其输入的和输出端之间各并联一个电容即可。C Ci i用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时也可以不用。振荡，接线不长时也可以不用。C C0 0是用来消除高频和改是用来消除高频和改善输出的瞬时特性，即为了在瞬时增减负载电流时不致善输出的瞬时特性，即为了在瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。引起输出电压有较大的波动。5.3.3 集成稳压器集成稳压器C Ci i一般在一般在 之间；之间；C C0 0可以用可以用 。W78XXW78XX系列输出系列输出固定的正电压，有固定的正电压，有5V5V、9V
