哈工大电工学19

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稳压电路的主要作用
为负载提供不随电源电压波动和负载波动影响的稳 定的输出电压。
稳压电路的主要性能指标
1、稳压系数 S
稳压系数S用来反映电网电压波动对稳压电路的影响。定义为当 负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。
U 0 S U0
2、输出电阻Ro
UI UI
U o Ro Io
整流桥实物 照片
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T
D4
～
D1
u1
u2 －
D3
＋
D2
RL
uo
～
T
u1 u2 －
～ ＋ ～
RL
uo
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§19.3 滤波电路
滤波的基本概念:
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直
流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路 就是利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中 的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或 将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中 的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电 压波形的目的。这一过程称为滤波。
4
2
全波 全波
1 IO 2 1 IO 2
0.9U 2 0.9U 2
2U 2 2 2U 2
实际中单相桥式整流应用较多。
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单相桥式整流电路中的整流电桥可由四 个整流二极管组成，也可直接用集成的整流 桥块代替。
～ － ～ ＋
～ － ～ ＋
二极管桥
整流桥块
选择整流元件的主要指标：
1. 平均整流电流
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2. 反向耐压
整流电路的种类
整流电路有单相半波、全波、桥式和倍压整流；三相 半波、三相桥式全波整流等多种电路。 以下主要介绍小功率电源中常用的前三种电路。 为分析简单起见，我们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。
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19.2.1 单相半波整流电路的工作原理 电路组成
D T
u1
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I0 1 U0 IDF (2~3) (2 ~ 3) 2 2 RL
(3) 输出特性(外特性):
Uo
1.4U2 0.9U2
电阻负载 有电容滤波
电阻负载 无电容滤波
0
Io
输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0和S也随 之改变。
如:RL愈小(Io越大),Uo下降多, S增大。
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结论
通过以上半波、全波整流电容滤波电路 的波形图和分析可以看出：
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19.3.1 电容滤波电路 一、滤波电路
1. 单相半波整流电容滤波电路
D T
u1
b a
iD
io
u2
C
+
RL
uo
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一、滤波电路
2. 单相桥式整流电容滤波电路
T
D4
D1
u1
u2
D3 D2
C
RL
uo
返回
半波整流滤波电路（C=100UF）波形图
整流二极管中 的电流
滤波输出电压
返回
半波整流滤波电路（C=470UF）波形图
整流二极管中的 冲击电流
滤波输出电压
返回
半波整流滤波电路（C=1000UF）波形图
二极管冲击电流
滤波输出电压
返回
半波整流滤波电路（C=3300UF）波形图
二极管冲击电流
滤波输出电压
返回
半波整流滤波电路（C=6800UF）波形图
二极管冲击电流
滤波输出电压
返回
全波整流滤波电路（C=100UF）波形图
• 电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流
电压u2。
• 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压uR。 • 滤波电路: 将脉动直流电压uR转变为较平滑的直
流电压uF。
• 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持
输出直流电压U0的稳定。
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§19.2 单相整流电路
整流电路的任务
利用半导体单向导电元件把交流电压转变为脉动的直 流电压。
当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：
U0=0.9U2
三、电感滤波的特点
整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,
适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重, 体积大,易引起电磁干扰。
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19.3.3 LC型、 型滤波
为了进一步改善滤波特性，可采取多级滤波的办法, 如 在电容滤波后再接一级RC滤波电路，或在电感滤波后面再接 一电容。从而构成LC型或RC- 、 LC-型滤波电路，其性能 及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似 。
RL
uo
u2 o
返回
uo
t
o
t
单相桥式全波整流电路工作原理
当 u2<0 时，二极管 D2、D4 导通。
T
u1
iD
a D4 D1
io
u2
b D3 D2
RL
uo
u2 o
返回
uo
t
o
t
单相桥式全波整流电路的波形
T
u1
b
iD
a D4 D1
io
u2
D3 D2
RL
uo
u2 o
返回
uo
uDR
t
D2 D1 D4 D3
单相桥式全波整流电路二极管上承受的最高 反向电压：
T
u1
b
iD
a D4 D1
io
u2
D3 D2
RL
uo
UDRM 2U 2
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19.2.3 单相全波整流电路的工作原理 电路组成
a
工作原理
D1
u2
iD
当u2>0, D1导通， D2截止；
T
RL
u1 u2
b
uo io
当u2>0, D2导通， D1截止。 输出uo为全波整流 波形。
L-C 型滤波电路结构
T
u1 u2
L
+ C
RL
uo
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RC- 型滤波电路结构
T
u1 u2
R
+ C1
+ C2
RL
uo
RC- 型滤波电路特点
R愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R太大，将使直 流压降增加。
主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很 小的场合。
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LC- 型滤波电路结构
T
L
u1
u2
Ui 常数
输出电阻Ro用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输 入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是 电源戴维南等效电路的内阻。 返回
19.4.1 稳压管稳压电路 一、电路结构
T
u1 u2
C
UR R
IR IZ
Io
DZ
Ui
RL
UZ
UO
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二、工作原理
在稳压管的稳压区，电流变化较大时，稳压管两端电压变化较小。
单相全波整流电路二极管上承受的最高反向 电压：
a
D1
u2
iD
T
RL
u1 u2
b
uo io
UDRM 2 2U 2
D2
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思考：
？？？
单相桥式全波整流 与 单相全波整流异同
变压器 件数量 单相桥式 无中心 全波整流 抽头 单相全波 有中心 抽头 整流
整流元 输出电 压波形
二极管平 输出电压 二极管反 向电压 平均值 均电流
u2 o
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D2
uo
t
o
t
单相全波整流电路输出电压波形
单相全波整流电路输出电压平均值
1 Uo 2
2

0
2U 2 sin tdt
2

U 2 0.9U 2
单相全波整流电路输出电流平均值
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U2 Io 0.45 RL
单相全波整流电路中二极管的平均电流和 输出电流：
1 U2 ID Io 0.45 2 RL
T
u1 u2 C
UR R IR DZ Ui
IZ
RL UZ
Io UO
1. 电网电压波动
u1 u 2 Uo IZ IR UR Uo
2. 负载波动
RL Io IR UR Uo IZ UR Uo
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通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的。
三、稳压管稳压电路特点
优点：电路简单，元件少。
缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。
四、稳压管选择办法
IZ max 1.5 3 IOmax Ui 2 3Uo
UZ Uo
五、限流电阻 R 的选择原则
1.
Uimax UZ IZmin < IZmax R Ui min UZ IZmax > IZmin R
t
o
o
t
单相桥式全波整流电路输出电压波形
单相桥式整流电路输出电压平均值
1 Uo 2
2

0
2U 2 sin tdt
2

U 2 0.9U 2
单相桥式全波整流电路输出电流平均值
返回
U2 Io 0.45 RL
单相桥式全波整流电路中二极管的平均电 流和输出电流：
1 U2 ID Io 0.45 2 RL
二极管冲击电流
输出电压
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全波整流滤源自文库电路（C=470UF）波形图
二极管冲击电流 滤波输出电压
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全波整流滤波电路（C=1000UF）波形图
二极管冲击电流
滤波输出电压
返回
全波整流滤波电路（C=3300UF）波形图
整流二极管中 的冲击电流
滤波输出电压
返回
全波整流滤波电路（C=6800UF）波形图
整流二极管中 的冲击电流
滤波输出电压
返回
二、电容滤波电路的特点
(1) 输出电压U0与时间常数RLC有关 RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大。
T 一般取 RLC (3 ~ 5) (T为电源电压的周期) 2 近似估算: U0=1.2U2
(2) 流过二极管瞬时电流很大 RLC越大U0越高,负载电流的平均值越大整流管导 电时间越短iD的峰值电流越大。 一般选管时，取
D T
u1
b a
iD
UDRM 2U 2
RL
io
u2
uo
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19.2.2 单相桥式全波整流电路的工作原理
单相桥式全波整流电路组成
T
u1
b
iD
a D4 D1
io
u2
D3 D2
RL
uo
返回
单相桥式全波整流电路工作原理
当 u2>0 时，二极管 D1、D3 导通。
T
u1
iD
a D4 D1
io
u2
b D3 D2
第十九章
直流稳压电源
哈尔滨工业大学
电工学教研室
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目
§19.1 §19.2 §19.3 §19.4 §19.5
录
直流稳压电源的组成和功能 整流电路 滤波电路 稳压电路 集成稳压电源
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直流稳压电源的作用
从交流电源变换成平滑而稳定的直流电。
直流稳压电源广泛应用于 1. 工农业生产中 2. 国防军事中
电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流 较小且负载变动不大的场合。
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19.3.2 电感滤波
一、电感滤波电路结构
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。
L T
u1 u2 RL uo
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二、电感滤波原理
对直流分量(f=0): XL=0 ,L相当于短路,电压大部分降在RL 上。 对谐波分量: f 越高,XL 越大,电压大部分降在XL 上。因 此,在输出端得到比较平滑的直流电压。
u1 o
返回
u2
t
uo
t
iD=io=0
o
o
t
单相半波整流电路输出电压波形
单相半波整流电路输出电压平均值
1 Uo 2
2

0
2U 2 sin tdt
2
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U 2 0.45U 2
单相半波整流电路中二极管的平均电流和 输出电流：
U2 ID Io 0.45 RL
单相半波整流电路中二极管上承受的最高 反向电压：
3. 科学实验中
4. 日常生活中
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§19.1 直流稳压电源的组成和功能
一. 组成
直流稳压电源由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四 部分构成。
交流电 网电压 ～
变压电路
整流电路
滤波电路
稳压电路
直流 负载
u1
o
t
u2
o
t
uR
o
t
uF
o
t
Uo
o
t
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§19.1 直流稳压电源的组成和功能
二. 功能
∞
Ui
比较放大
Uf
UREF
基准电压
RP
电 压 取 样
RL Uo
R2


调整元件T与负载串联，通过全部负载电流。比较放 大器可以是单管放大电路或集成运算放大器。调整元件可 以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。基准电压 可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压UO的一 部分和基准电压相比较。 因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电 压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。
（1）并联电容滤波后，输出电压直流成份（即输出电压 平均值）提高了；脉动成份降低了（即输出波形平滑）。 （2）电容放电时间常数RLC愈大，放电愈慢，输出电压 愈高，脉动愈小，滤波效果愈好。
（3）输出电压随输出电流（负载电流）增大而下降较快， 输出特性较软。
（4）滤波电容愈大，滤波效果愈好，但整流二极管的导 通时间愈短，其中的电流冲击也愈大。
b a
导通
iD
当 u2>0 时，二极管导通。
u2
RL
io
uo
如果忽略二极管正向压降， 则： uo=u2
u1 o
返回
u2
t
uo
t
iD=io=uo/RL
o
o
t
19.2.1 单相半波整流电路的工作原理
电路组成
D T
u1
b a
截止
iD
u2
RL
io
uo
当 u2<0 时，二极管导通。 如果忽略二极管正向压降， 则： uo=0
2.
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19.4.2 串联反馈式稳压电路 一、电路结构的一般形式
串联反馈式稳压电路由四个主要部分组成：
电压调整
1、基准电压环节 2、比较放大环节 3、取样环节 4、调整环节
Ui

T

UB
R1
∞
Uf
UREF
RP
比较放大 基准电压
电 压 取 样
RL Uo
R2


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二、电路的组成
电压调整

T

UB
R1
+ C1
+ C2
RL
uo
LC- 型滤波电路特点
滤波效果比LC滤波器更好，但整流二极管中的冲 击电流较大。
电感线圈体积大而笨重、成本高。
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§19.4 稳压电路
常用稳压电路 (小功率设备) 稳压管 稳压电路 线性 稳压电路 开关型 稳压电路
在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路、 线性稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路 最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作 为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较 多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论线性稳 压电路。