1、第第9章章 直流稳压电源直流稳压电源 9.1 直流电源的组成直流电源的组成9.2 单相整流电路单相整流电路9.3 滤滤 波波 电电 路路9.4 稳稳 压压 电电 路路 几乎所有的电子设备都需要稳定的几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，通常都是由交流电网供电，直流电源，通常都是由交流电网供电，因此需要把交流电变成稳定的直流电。因此需要把交流电变成稳定的直流电。直流稳压电源就是把交流电经过整流变直流稳压电源就是把交流电经过整流变成脉动的直流电，然后通过滤波稳压转成脉动的直流电，然后通过滤波稳压转换成稳定的直流电的仪器。它由换成稳定的直流电的仪器。它由电源变电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电
2、路压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四四部分组成。部分组成。9.1 直流电源的组成直流电源的组成电源变压器电源变压器 电源变压器，一方面是电源变压器，一方面是“变压变压”（大（大多情况下是进行多情况下是进行“降压降压”，即将，即将220V降降为较低的交流电压）；另一方面是为较低的交流电压）；另一方面是“隔隔离离”，把电子设备与电网隔开。，把电子设备与电网隔开。整流电路的目的是利用具有单向导电整流电路的目的是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。这种单方向压整流成为单方向的脉动电压。这种单方向的脉动电压有很大的脉动
3、成分。的脉动电压有很大的脉动成分。整流电路整流电路 滤波电路的功能是将整流后的单向脉滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。它由电出电压成为比较平滑的直流电压。它由电容、电感等储能元件组成。容、电感等储能元件组成。滤波电路滤波电路稳压电路稳压电路 稳压电路的功能是采取一些措施，当稳压电路的功能是采取一些措施，当电网电压或负载电流变化时，使输出的直电网电压或负载电流变化时，使输出的直流电压保持稳定。流电压保持稳定。D+-2vOv输出信号平均值输出信号平均值/22220212sin0.45ToVVVtdt
4、VT一、单相半波整流电路一、单相半波整流电路+-1vLR9.2 单相整流电路单相整流电路 单相半波整流电路具有结构简单，单相半波整流电路具有结构简单，使用元件少的优点。但是也存在着一些缺使用元件少的优点。但是也存在着一些缺点：如输出波形脉动大、直流的成分较低、点：如输出波形脉动大、直流的成分较低、变压器只有半个周期导电，利用率低；变变压器只有半个周期导电，利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和。因此，压器电流含有直流成分，容易饱和。因此，一般只在输出电流较低，要求不太高的电一般只在输出电流较低，要求不太高的电路中运用。路中运用。二、桥式全波整流电路二、桥式全波整流电路VDDD1+2v-D2
5、D2D3D4RL+ov-输出信号平均值输出信号平均值222 20.9oVVV22RMVV二极管最高反向电压：二极管最高反向电压：二极管的平均电流：二极管的平均电流：210.452DLLVIIR纹波系数：纹波系数：22222420.483oooooooVVVVVKVVV 表示了直流输出电压中纹波电压的大小表示了直流输出电压中纹波电压的大小K二、桥式全波整流电路二、桥式全波整流电路桥式整流电路的优点是输出电压高，桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压小，管子所承受的最大反向电压纹波电压小，管子所承受的最大反向电压比较低，同时由于电源变压器在正、负半比较低，同时由于电源变压器在正、负半周内都有电流
6、供给负载，电源变压器的利周内都有电流供给负载，电源变压器的利用率高。因此，此电路在整流电路中有了用率高。因此，此电路在整流电路中有了较为广泛的运用。较为广泛的运用。-+整流桥堆外形9.3 滤滤 波波 电电 路路 从前面的分析可知，无论何种整从前面的分析可知，无论何种整流电路，它们的输出电压都含有较大流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。为了减少脉动，就需要的脉动成分。为了减少脉动，就需要采取一定的措施，即滤波。滤波的作采取一定的措施，即滤波。滤波的作用是一方面尽量降低输出电压中的脉用是一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，
7、使输出电压接近于理想的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。的直流电压。因为电抗元件在电路中能储存能量，并联的因为电抗元件在电路中能储存能量，并联的电容器电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，当电压降低时，能量就释放出来，量储存起来，当电压降低时，能量就释放出来，因此负载得到的电压比较平滑，即电容因此负载得到的电压比较平滑，即电容C具有平具有平波的作用；与负载串联的电感波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的，当电源供给的电流增加时，它把能量储存起来，当电流减小时，电流增加时，它把能量储存起来，当电流减小时，就将能量释放出来，因此负载电流
8、也较平滑，即就将能量释放出来，因此负载电流也较平滑，即电感电感L也有平波作用。也有平波作用。滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电阻滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器两端并联电容器C，或与负载串联电感器，或与负载串联电感器L，以及，以及由电容器、电感器复合而成的各种组合式滤波电路。由电容器、电感器复合而成的各种组合式滤波电路。滤波电路的形式多种多样，可分为电容输入式（电滤波电路的形式多种多样，可分为电容输入式（电容容C接在最前面，如图接在最前面，如图a、c）和电感输入式（电感）和电感输入式（电感L接在接在最前面，如图最前面，如图b）。前一种滤波电路常用于小功率的电源）。前一
9、种滤波电路常用于小功率的电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中。中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中。一、电容滤波电路一、电容滤波电路D1D2D3D4+-v2RL+-voC电容电容滤波滤波220V50Hz+-1 1、电路结构、电路结构2 2、工作原理、工作原理D1D3导通导通电容电容充电充电D1D4截止截止电容电容放电放电D2、D4导通，电导通，电容充电容充电u电容的选择电容的选择电容耐压电容耐压22V电容容量电容容量2)53(TCRLu输出电压平均值输出电压平均值Vo1.2V2一、电容滤波电路一、电容滤波电路滤波电容后电路的特点滤波电容后电路的特点(1)提高了输出电压的提高了输出电
10、压的直流成分直流成分(2)降低了输出电压的降低了输出电压的脉动成分脉动成分(3)二极管导通角度变二极管导通角度变小而导通时的最大小而导通时的最大电流变大电流变大(4)电容滤波电路的外电容滤波电路的外特性差特性差电感滤波电路电感滤波电路二、其他形式滤波电路二、其他形式滤波电路RC 型滤波电路型滤波电路LC滤波电路滤波电路倒倒L滤波电路滤波电路9.4 稳稳 压压 电电 路路 和理想的直流电源相比，整流滤波电路和理想的直流电源相比，整流滤波电路的输出电压还有一定的差距，问题是，当负的输出电压还有一定的差距，问题是，当负载电流变化时，导致输出直流电压的变化；载电流变化时，导致输出直流电压的变化；以及当
11、电压波动时，整流电路的输出电压也以及当电压波动时，整流电路的输出电压也随之相应地变化。因此，就引出了稳压电路。随之相应地变化。因此，就引出了稳压电路。所谓稳压电路，就是在负载不变而输入电压所谓稳压电路，就是在负载不变而输入电压变化时，输出电压不变；并且当输入电压不变化时，输出电压不变；并且当输入电压不变而负载改变时，输出电压也不变的电路。变而负载改变时，输出电压也不变的电路。一一.硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差，即（Izm-Iz）。VoIZDZRILVIRL二、串联型直流稳压电路二、串联型直流稳压电路比较放大由于调整管与负载相串联
12、，故称这类电路为串联型稳压电源。由于调整管工作在线性区，故称这类电路为线性稳压电源。调整管基准电压 取样电路稳压原理稳压原理 当电网电压波动（或负载电阻的变化）当电网电压波动（或负载电阻的变化）使输出电压使输出电压VO上升时，取样电压上升时，取样电压VN增大，增大，由于稳压管的电压由于稳压管的电压VZ不变，运放的输入电不变，运放的输入电压压VNP(=VN-VP=VN-VZ)增大，使增大，使A的输出减的输出减小（即调整管的基极电位降低），而使调小（即调整管的基极电位降低），而使调整管整管T的的c-e压降增大，从而调节输出电压压降增大，从而调节输出电压VO（=VI-Vce）减小，使输出电压得到稳定
13、。减小，使输出电压得到稳定。可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳可见，电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。定输出电压。输出电压的可调范围输出电压的可调范围 当电位器当电位器RP的滑动端在最上端时，输出电压最小为的滑动端在最上端时，输出电压最小为当电位器当电位器RP的滑动端在最下端时，输出电压最大为的滑动端在最下端时，输出电压最大为若若R1=RP=R2=300，VZ=6V，则输出电压，则输出电压9VVO18V。12min2POZPRRRVVRR12max2POZRRRVVR调整管的选择调整管的选择 在串联型稳压电路中，调整管是核心元在串联型稳压电路中，调整管是核心元件，它的安全工作是电路正
14、常工作的保证。件，它的安全工作是电路正常工作的保证。调整管一般为大功率管，因而选用原则与功调整管一般为大功率管，因而选用原则与功率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极率放大电路中的功放管相同，主要考虑其极限参数限参数ICM、V（BR）CEO和和PCM。ICM的选取的选取 调整管中流过的最大集电极电流为调整管中流过的最大集电极电流为ICmax=ILmax+IR1其中其中ILmax为负载电流最为负载电流最大额定值，大额定值，IR1为取样、比较放大和基准环为取样、比较放大和基准环节所消耗的电流，通常节所消耗的电流，通常R1上的电流可忽略，上的电流可忽略，所以所以ICM ILmax 击穿电压的选取击穿
15、电压的选取 当电网电压波动当电网电压波动10%时，稳压电路输时，稳压电路输入电压入电压VI到最大值到最大值VImax，同时输出电压又最，同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大，所以要求低时，调整管承受的管压降最大，所以要求调整管击穿电压为调整管击穿电压为V（BR）CEO VImax-VOmin 功率功率PCM的选取的选取 调整管可能承受的最大集电极功耗为调整管可能承受的最大集电极功耗为PCmax=VCEmax ICmax=（VImax-VOmin）ICmax VImax是考虑到电网电压波动是考虑到电网电压波动10%时，稳时，稳压电路输入电压的最大值，压电路输入电压的最大值，VOmin是输
16、出电压是输出电压的最小额定值。所以要求的最小额定值。所以要求PCM (VImax-VOmin)ILmax 实用的串联型稳压电源至少包含调整管、基准电压电路、取样电路和比较放大电路四个部分组成。此外，为使电路安全工作，还常在电路中加保护电路，如图所示。三三.集成稳压电路集成稳压电路 为了适应现代电子技术的发展，稳压电为了适应现代电子技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。集成稳压器具有体积路也迅速实现集成化。集成稳压器具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、大规模生产、小、重量轻、抗干扰能力强、大规模生产、使用经济等特点，越来越为大量电子设备所使用经济等特点，越来越为大量电子设备所使用。特别是具有输入端
17、、输出端和公共引使用。特别是具有输入端、输出端和公共引出端的三端式稳压器，因为不需要外接元件，出端的三端式稳压器，因为不需要外接元件，并且本身有限流、过压和过流保护电路，所并且本身有限流、过压和过流保护电路，所以运用更加安全可靠。三端集成稳压器可分以运用更加安全可靠。三端集成稳压器可分输出电压固定和输出电压可调两种形式输出电压固定和输出电压可调两种形式.1.输出电压固定输出电压固定(78L)的三端集成稳压器原理图的三端集成稳压器原理图W78XX、W78MXX、W78LXX-输出输出正正电源电源-输出输出负负电源电源XXXX-输出电压大小输出电压大小 有有5 5、6 6、8 8、9 9、1010
18、、1212、1515、1818、24V24V九个九个等级等级-输出电流大小输出电流大小W79XX、W79MXX、W79LXX/、M、L有有1.51.5、0.50.5、0.1A0.1A三个三个等级等级u外形封装：外形封装：金金属属菱菱形形塑塑封封金金属属圆圆形形塑塑封封u型号：型号：三端稳压器的典型接法三端稳压器的典型接法220V50Hz+-+-+470uF0.33uF0.1uFW78XX+-V0123输出直流输出直流电压电压V0=XXVI整流输出电压整流输出电压V VI I大于大于V VO O 3-5V3-5V防止电路产防止电路产生自激振荡生自激振荡滤除输出滤除输出高频信号高频信号（1 1）单
19、电源稳压电路单电源稳压电路470uF电电容作用？容作用？（2 2）双电源稳压电路双电源稳压电路220V50Hz+-+-+470uF0.33uF0.1uFW78XX+-V0123220V50Hz+-+-+470uF0.33uF0.1uFW79XX+-V01232.三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器(LM317)三个接线端分别称为输入端三个接线端分别称为输入端VI、输出端、输出端VO和调整端和调整端adj 内部电路有比较放大器、偏置电路（图中未画出）、恒流源电路和带隙基准电压VREF等，它的公共端改接到输出端，器件本身无接地端。所以消耗的电流都从输出端流出，内部的基准电压（约1.2V）接至比较放大器的同相端和调整端之间。若接上外部的调整电阻R1、R2后，输出电压为LM317的VREF=1.2V，Iadj=50mA，由于调整端电流IadjI1，故可以忽略，上式可简化为2.三端可调式集成稳压器三端可调式集成稳压器(LM317)21(1)OREFRVVR21()REFOREFadjVVVIRR221(1)REFadjRVIRR
