1、一、直流稳压电源的组成和功能一、直流稳压电源的组成和功能二、单相整流电路二、单相整流电路三、滤波电路三、滤波电路四、稳压电路四、稳压电路五、集成稳压电源五、集成稳压电源第十章第十章 直流稳压电源直流稳压电源 电源变压器电源变压器:将交流电网电压将交流电网电压u1变为合适的交流电压变为合适的交流电压u2。整流电路整流电路:将交流电压将交流电压u2变为脉动的直流电压变为脉动的直流电压u3。滤波电路滤波电路:将脉动直流电压将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压转变为平滑的直流电压u4。稳压电路稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压保持输出电压uo的稳定。的稳
2、定。10.1直流稳压电源的组成和功能直流稳压电源的组成和功能整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路整整 流流 电电 路路滤滤 波波 电电 路路稳稳 压压 电电 路路u1u2u3u4uo10.2 整流与滤波电路整流与滤波电路1.半波整流电路半波整流电路二极管导通，忽略二二极管导通，忽略二极管正向压降，极管正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止二极管截止,uo=0+io+u2 0
3、时时:u20 时时D1,D4导通导通D2,D3截止截止电流通路电流通路:a D1RLD4bu20 时时D2,D3导通导通D1,D4截止截止电流通路电流通路:b D2RLD4a单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形u2D3D2D1D4RLuoab整流输出电压平均值：整流输出电压平均值：Uo=0.9U2负载电流平均值负载电流平均值:Io=Uo/RL=0.9 U2/RL 二极管平均电流：二极管平均电流：ID=Io/2二极管最大反向电压：二极管最大反向电压：DRM22UU=u2ttuD2,uD3uD1,uD4tuo集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uo+-+
4、4.整流电路的主要参数整流电路的主要参数 负载电压负载电压 Uo的平均值为的平均值为:()=ootduU2021负载上的负载上的(平均平均)电流电流:LoRUIo=(1)整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值uo 2 0 tS定义：定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1M与与Uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。（2）脉动系数）脉动系数6703222324221.UUUUSoMo=用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:)6cos3544cos1542cos342(22tttUuo=uo 2 0 t基波基波基波峰值基波峰
5、值输出电压平均值输出电压平均值平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管是选择整流管的主要依据。的主要依据。oDII21=22UURM=例如：例如：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID是负载平均电是负载平均电流的一半。流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压：(3)二极管平均电流与反向峰值电压二极管平均电流与反向峰值电压（选购时：二极管额定电流（选购时：二极管额定电流 2ID)（选购时：（选购时：最大
6、反向电压最大反向电压 2URM)二、滤波电路二、滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或并联，或电感与负载电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLLRLC1.电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示。(1)电容滤波原理电容滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通
7、电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCucRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形时的波形uotu2上升，上升，u2大于电容大于电容上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电，uo=uc u2u2下降，下降，u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电
8、，放电，uc按指数按指数规律下降，时间常数规律下降，时间常数 =RL Cu2tuot只有整流电路输只有整流电路输出电压大于出电压大于uc时，时，才有充电电流。才有充电电流。因此二极管中的因此二极管中的电流是脉冲波。电流是脉冲波。二极管中的二极管中的电流电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCu2tuot电容充电时，电容充电时，电容电压滞后电容电压滞后于于u2。RLC越小，输越小，输出电压越低。出电压越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)一般取一般取)105(TCRL=(T:电源电压的周期电源电压的周
9、期)近似估算近似估算:Uo=1.2U2 Io=Uo/RL(b)流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大RLC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大(2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(a)输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC 有关有关RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c)二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压22UURM=动画演示动画演示2.电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入
10、一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。就构成了电感滤波电路。u2u1RLLuo电感滤波原理电感滤波原理对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上3.RC 型型滤波器滤波器改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤
11、波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型型滤波器滤波器将将RC 型型滤波器中的电阻换为电感，滤波器中的电阻换为电感，变为变为LC 型型滤波器滤波器10.3 串联式稳压电路串联式稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用:交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压稳压电源类型稳压电源类型:以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路(小功率设备小功率设备)电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差
12、，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。一一.稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标输出电压变化量输出电压变化量TSIRVKVT =OoIVO 稳压系数稳压系数00IIOOO/=TIVVVV 输出电阻输出电阻00OOoI=TVIVR温度系数温度系数00OI=TVTTVS二二.硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 利用稳压二极管的利用稳压二极管的反向击穿特性。反向击穿特性。由于反向特性陡直，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只较大的电流变化，只会引
13、起较小的电压变会引起较小的电压变化。化。硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路1.1.稳压原理稳压原理(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO=输入电压输入电压VI的增加，必然引起的增加，必然引起VO的增加，即的增加，即VZ增增加，从而使加，从而使IZ增加，增加，IR增加，使增加，使VR增加，从而使输出增加，从而使输出电压电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：减小。这一稳压过程可概括如下：这里这里VO减小应理解为，由于输入电压减小应理解为，由于输入电压VI的增加，的增加，在稳压二极管的调节下，使在稳压二
14、极管的调节下，使VO的增加没有那么大而的增加没有那么大而已。已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。VIVOVZIZIRVRVO 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路(2)(2)当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流负载电流IL的增加，必然引起的增加，必然引起IR的增加，即的增加，即VR增增加，从而使加，从而使VZ=VO减小，减小，IZ减小。减小。IZ的减小必然使的减小必然使IR减减小，小，VR减小，从而使输出电压减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程增加。这一稳压过程可概括如下：可概括如下：ILIRVRVZ（VO）I
15、ZIRVRVO2.2.稳压电阻的计算稳压电阻的计算 稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大越大，稳压性能越好。稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流电阻。显然显然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的
16、的变化就可引起足够大的VR变变化，就可达到足够的稳压效果。化，就可达到足够的稳压效果。但但R 的数值越大，就需要较大的输入电压的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要值，损耗就要加大。加大。稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 当当输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极时，流过稳压二极管的电流最小。此时管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算出，由此可计算出稳稳压电阻的最大值压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即即LmaxZminZIminmax=IIVVR 当当输入电压
17、最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由 此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxminRRR(1)(1)(2)(2)稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！三三.串联型稳压电源串联型稳压电源1.1.串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成 VO=VI-VR，当当VIR VR在
18、一定程度在一定程度上抵消了上抵消了VI增加对输出电压的影增加对输出电压的影响。响。若负载电流若负载电流ILRVR在在一定程度上抵消了因一定程度上抵消了因IL增加，使增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。减小，对输出电压减小的影响。串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 在实际电路中，可变电阻在实际电路中，可变电阻R R是用一个三极管来是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降管压降VCE，VCE相当于相当于VR。串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图串联型稳压电源的构成：串联型稳压电源的构成
19、：调整管、放大环节、比较环节、基准电压源调整管、放大环节、比较环节、基准电压源2.2.工作原理工作原理1 1输入电压变化时输入电压变化时VIVOVfVO1VCEVO实质：实质：电压负反馈电压负反馈2 2负载电流变化时负载电流变化时ILVIVOVfVO1VCEVOQvCE/ViC/mAQ3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算REF2321O)+(1=VRRRRV可见，调节可见，调节R2可以改变输出电压。可以改变输出电压。根据根据“虚短虚短”VfVREFoVo32132f=VFVRRRRRV=VREFVfoFVFVV=T1调整管调整管R3、T2比较放大比较放大R1、RW、R2采样电阻
20、采样电阻R、UZ基准电压基准电压3.分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2稳压原理稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）动画演示动画演示(3)输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围因为：因为：OU2BEZUU22WRR21WRRR=()22221BEZWWOUURRRRRU=所以：所以：2221ZWWURRRRR=忽略忽略
21、UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求，求输出电压的调节范围。输出电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU=4=6V4.74.7=4.74.7 4.7221ZWOmaxURRRRU=4=12V4.74.7=4.74.710.4 三端集成稳压器三端集成稳压器一一.输出电压固定的三端集成稳压器输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压（正电压 78 、负电压、负电压 79 ）恒流源恒流源基准电压电路基准电压电路调整电路调整电
22、路比较放大比较放大减流保护减流保护过热保护过热保护启动电路启动电路取取样样电电路路R4T1T4T2T3T5DZ1DZ2R3R2R1VREFT14T13D2D1R5R7R6T6T7T8T9T12T10T11R8R9R10R11R12R13R14R15DZ3DZ4VFVOVI123IO 常用的集成三端稳压器的类型常用的集成三端稳压器的类型类型：类型：W7800系列系列 稳定正电压稳定正电压W7805 输出输出+5V W7809 输出输出+9V W7812 输出输出+12V W7815 输出输出+15V W7900系列系列 稳定负电压稳定负电压W7905 输出输出-5V W7909 输出输出-9V
23、W7912 输出输出-12V W7915 输出输出-15V1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端W7800系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+_W7805UI+_Uo132CI0.11 FCo1F+10V+5V注意：注意：输入与输出端输入与输出端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于3V！1端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W7900系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+W7905UI+Uo231CI0.11 FCo1F-10V-5V输出正、负电压的稳压电路输出正、负电压的稳压电路IQR1R2输出电压
24、可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路I1I211RUIXX=012III=220RIUUXX=21)(RIRUUQXXXX=212)1(RIURRQXX=如何消除如何消除IQ的影响呢？的影响呢？XXURRU=)1(120 作恒流源使用作恒流源使用RIV5O 本章小结本章小结 1 1在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等环节来实现。对直流电源的要求是：过整流，滤波和稳压等环节来实现。对直流电源的要求是：输出电压尽量不受电
25、网电压波动、输出负载变化和温度变化输出电压尽量不受电网电压波动、输出负载变化和温度变化的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换效率高。的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换效率高。2 2利用二极管的单向导电性可以构成整流电路，将交流电变利用二极管的单向导电性可以构成整流电路，将交流电变为脉动直流电。在整流电路的输出端接上各种滤波电路，可为脉动直流电。在整流电路的输出端接上各种滤波电路，可以大大减小输出电压中的脉动成分。滤波电路有电容滤波和以大大减小输出电压中的脉动成分。滤波电路有电容滤波和电感滤波两大类。使用较多的是电容滤波电路。电感滤波两大类。使用较多的是电容滤波电路。3 3为了保证直流电
26、源的输出电压不发生波动，需要在整流滤为了保证直流电源的输出电压不发生波动，需要在整流滤波电路的后面再接上稳压电路。最常用的稳压电路是串联式波电路的后面再接上稳压电路。最常用的稳压电路是串联式稳压电路。串联式稳压电路是一种带有负反馈的闭环调节系稳压电路。串联式稳压电路是一种带有负反馈的闭环调节系统。它的调整管工作在线性放大状态，通过控制调整管的压统。它的调整管工作在线性放大状态，通过控制调整管的压降来调整输出电压的大小。串联式稳压电路早已实现了集成降来调整输出电压的大小。串联式稳压电路早已实现了集成化。输出电压固定和输出电压可调的集成串联式稳压器已经化。输出电压固定和输出电压可调的集成串联式稳压器已经大量使用。大量使用。4 4开关式稳压电源是一种转换效率高的稳压电路。其调整管开关式稳压电源是一种转换效率高的稳压电路。其调整管工作在开关状态，通过控制调整管导通和截止的占空比来稳工作在开关状态，通过控制调整管导通和截止的占空比来稳定输出电压。定输出电压。
