第十章 直流稳压电源

(1)电容滤波原理
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路 如图所示。
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3 C D2
S uo RL
b
桥式整流电容滤波电路
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C
S uo RL
b
RL未接入时(忽略整流电路内阻)
D2
u2
设t1时刻 接通电源 整流电路为 电容充电
t1
uo 充电结束
uc
没有电容 t 时的输出 波形
IR = IL + IZ
输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而 使IZ 增加， IR 增加，使VR 增加，从而使输出电压 VO 减小。这一 稳压过程可概括如下：
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
硅稳压二极管稳压电路
(2)当负载电流变化时如何稳压
负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加， 从而使 VZ=VO 减小， IZ 减小。 IZ 的减小必然使 IR 减小， VR 减小，从而使输出电压 VO 增加。这一稳压过程可概 括如下：
在实际电路中，可变电阻 R 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 管压降VCE，VCE相当于VR。
串联型稳压电源的构成： 调整管、放大环节、比较环节、基准电压源
串联型稳压电路方框图
2.工作原理
实质：电压负反馈
iC /mA
Q` Q
vCE/V
1．输入电压变化时
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
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。
以下主要讨 论线性稳压 电路。
一.稳压电路的主要性能指标
输出电压变化量
VO = K V VI Ro I O ST T
稳压系数
VO / VO = VI / VI
I O = 0 T = 0
输出电阻
VO Ro = I O
uo
uD2,uD3 uD1,uD4
t
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
二极管平均电流：ID=Io/2 二极管最大反向电压： DRM = 2U2 U
集成硅整流桥：
+ – u2 ~ + ~ -
–
+
uo
4.整流电路的主要参数
(1)整流输出电压的平均值 负载电压 Uo的平均值为: uo
2．负载电流变化时
IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
3.输出电压调节范围的计算
根据“虚短”
Vf =
Vf≈VREF
Vo = Vf V REF FV FV
R2 R3 Vo = FVVo R1 R2 R3 R R '2 VO = (1 + 1 )VREF R3 R"2
RL接入（且RLC较大）时(考虑整流电路内阻)
t uo t
RLC越小，输出 电压越低。
(2)电容滤波电路的特点
(a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关
RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大
一般取τ = RL C (5 10) T (T:电源电压的周期)
近似估算: Uo=1.2U2 (b) 流过二极管瞬时电流很大 Io= Uo/RL
基波
基波峰值
U o1M S= Uo
4 2U 2 2 3π = = 0.67 3 2 2U 2 输出电压平均值 π
(3)二极管平均电流与反向峰值电压
平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的 主要依据。
例如： 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 ID 是负载平均电 流的一半。
原理：
T u1
+
u2 b
+ –
uo
D2
– +
u2 –
io
RL
– +
a
D1
变压器副边中心抽头， 感应出两个相等的电 压u2 当u2正半周时，D1导 通，D2截止。 当u2负半周时，D2导通， D1截止。
单相全波整流电压波形
T
a
+
D1
u2
2 3 t 4
u1
u2 –
u2 b
+ –
io uo D2
第十章 直流稳压电源
10.1 10.2 10.3 10.4 直流稳压电源的组成和功能 单相整流电路 滤波电路 稳压电路
直流稳压电源的组成和功能
u1 u2 整 流 u3 电 路 滤 波 u4 电 路 稳 压 电 路 uo
• 电源变压器: • 整流电路:
将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。
将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。
可见，调节R2可以改变输出电压。
3.分立元件组成的串联式稳压电源 T1调整管
+ T1 T2 UZ
R1 、RW 、R2采样电阻
R3
R RW1
R1
RW RL
+
UI
_
RW2 UB2 R 2
UO _
R3 、T2比较放大
R 、UZ基准电压
b


0
2U2 sin td ( t)

Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压： uD D T a i uD
o
u1
u2
RL
uo
t 0 2
b 二极管上的平均电流： 承受的最高反向电压: I D = IOUΒιβλιοθήκη RM=UDRM2U2
2.全波整流电路
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
2.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 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。 稳压二极管的动态电阻越小，稳压 电阻R越大，稳压性能越好。
稳压电阻R的作用
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R也是限流电阻。
XL=0 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。 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约 为： Uo=0.9U2
3.RC –型滤波器
改善滤波特性的方法：采取多级滤波
RC – 型滤波器
u1 u2 C1
R uo1´ C2 RL
uo= uc u2
规律下降，时间常数 = RL C
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C
S uo RL
b u2
只有整流电路输出 电压大于uc时，才 有充电电流。因此 二极管中的电流是 脉冲波。
D2
t
uo
二极管中 的电流
t
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C D2
S
uo RL
b u2
电容充电时，电 容电压滞后于u2。
Rmin < R Rmax
三. 串联型稳压电源
1.串联型稳压电源的构成
V O = V I- V R，
当 VI↑→R↑ →VR↑→在一定程 度上抵消了VI增加对输出电压的 影响。 若 负 载 电 流 IL↑→R↓→VR↓→ 在一定程度上抵消了因 IL增加， 使VI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
1 I D = Io 2
（选购时：二极管额定电流 2ID)
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
U RM = 2U 2
（选购时：最大反向电压 2URM)
二、滤波电路
交流 电压
整流
脉动直 流电压
滤波
直流 电压
滤波电路的结构特点:电容与负载 RL 并联，或
电感与负载RL串联。
L C RL RL
1.电容滤波电路
=
2 2U2

= 0. 9 U2
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压： D1 T a 二极管上的平均电流： io u1 u2 RL 1 u2 b D2 uo uD
t 0 2
ID = I o 2
二极管承受的最高反向电压：
UDRM = 2 2U2
t
0 2
1 Uo = 2π

2π
0
uod ( t )
负载上的(平均)电流:
Uo Io = RL
（2）脉动系数Ｓ
uo
t 0

2
S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值之比。S越
小越好。 用傅氏级数对全波整流的输出uo 分解后可得:
2 4 4 4 uo = 2U 2 ( cos 2 t cos 4 t cos 6 t ) 3 15 35
3.桥式整流电路
组成：由四个二极管组成桥路
T
u1
D3
u2
D4
D1 D2
RL
uo
D1
u2 D3
D2 D4
RL uo
u2
uo
u2正半周时电流通路
T u1
+
D3 u2 D4 D2 D1 RL uo
–
D1 、D4导通， D2、D3截止
u2负半周时电流通路
T u1
D3 u2 D4 D2 D1
RL
u0
+
D2、D3 导通， D1 、D4截止