电子技术第11章——直流稳压电源

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。
ID
=
1 2
Io
（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 2U19RM)
11.3 滤波电路
交流 整流
脉动
滤波 直流
电压
直流电压
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
S = Uo U I
Uo
UI
(2)输出电阻Ro （越小越好）
输出电阻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。
34
2. 串联反馈式稳压电路
(1)电路结构的一般形式
调整元件 +
T
UI
+ _
基 准 电 压
UR
Uo
比
t
26
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻)
u2 电容充电时，
电容电压滞后
t
于u2。
RLC越小，输出 uo 电压越低。
t27
(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 = RLC (5 10)T (T:电源电压的周期)
较 放 大
FUO
取 样
–
+ RL UO
–
串联式稳压电路的组成：
（1）基准电压；
（2）比较放大；
（3）输出电压取样电路；（4）调整元件
35
调整元件
+ T1
UI
+ _
基 准 电 压
UR
Uo
比
较 放 大
FUO
取 样
–
+ RL UO
–
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。
W7915 输出-15V
42
W7800系列稳压器外形及接线图
+10V 1 W7805 3 +5V
+
+
2
UI CI
0.1~1F
_
Co
Uo
1µF
_
3 2 1
1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端
注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！
43
W7900系列稳压器外形及接线图
-10V 2 W7905 3 – 1
13
u2负半周时电流通路
T-
u1
D3
u2
D1
D4
D2
+
RL
u0
D2、D3 导通， D1 、D4截止
14
单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
a
D3
RL
u2
D1 D4
uo
D2 b
u2
u2>0 时
u2<0 时
D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路:
D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路:
a D1 RLD4b
单相半波整流电压波形 u2
uD
Ta
D
0
uo
u1
u2
RL uo
b
uD
2
3
t 4
5
输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )： uD
Ta
D
io uo
u1
u2
RL uo
t
0 2
b
Uo
=1
2
2
0 uo
d
(t
)
=
1
2
0
=
2U2
= 0.45U2
2U2 sin td (t)
Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL
本课主要介绍： 单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流
3
11.2 单相整流电路
1.单相半波整流电路
+ –
u1
Ta + u2
D io
RL
u2 >0 时:
二极管导通，忽略二
极管正向压降，
uo
uo=u2
–
b
u2<0时:
二极管截止, uo=0
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。4
UI CI
Co
0.1~1F
1µF
+
-5V
–
Uo
+
3 2 1
1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端
44
集成稳压电源应用电路
u1
u2
C1 300µF
1 W7805 3
+
2
CI
Co
1F 1µF
_
+ RL Uo
_
U1=220V U2=8V
UC1=1.2 U2 =9.6V
Uo=5V
45
(1)整流输出电压的平均值
uo
负载电压 Uo的平均值为:
t 0 2
U o
=
1 2π
2π 0
u
o
d
( t
)
负载上的(平均)电流:
Io =
Uo RL
17
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:
改善滤波特性的方法：采取多级滤波 RC – 型滤波器 R
u1
u2
uo1´
C1
C2
RL uo
将RC – 型滤波器中的电阻换为电感，
变为LC – 型滤波器
31
11.4 稳压电路
稳压电路的作用:
交流 整流
脉动
滤波 有波纹的 稳压 直流
电压
直流电压
直流电压
电压
32
稳压电源类型:
常用稳压电路 (小功率设备)
6
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：
uD
Ta
D
io uD
u1
u2
RL
uo
0
2
t
b
UDRM
二极管上的平均电流： ID = IO 承受的最高反向电压: UDRM= 2U2
7
2.单相全波整流电路
+ – + –
Ta
D1
+
u1
u2– io RL
u+2 uo
–
b D2
原理：
变压器副边中心抽头， 感应出两个相等的电压u2
• 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。
• 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流 电压u4。
• 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持
输出电压uo的稳定。
2
整流电路的任务： 把交流电压转变为直流脉动的电压。
整流电路分类：
单相 三相
半波 全波
桥式 倍压整流
二极管 可控硅
C
RL
RL
20
1. 电容滤波电路
(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
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
桥式整流电容滤波电路 21
a
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
RL未接入时(忽略整流电路内阻) u2
设t1时刻接 通电源
整流电路为 电容充电
若因输入电压变化或负载变化而使UO
比 较 R3
放 大
UB1
加大,比较放大电路使UB1变小,从而使
UO降低.
+UI Uo
RL
36
(2)一种实际的串联式稳压电源
T1调整管
R1 、 RW 、R2采样电阻
+
R3
UI _
T1 R
R1
T2
RW1 RW
RW2
UZ UB2 R2
+
RL UO _
R3 、 T2比较放大 R 、 UZ基准电压
稳压管 稳压电路
线性 稳压电路
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。
开关型 稳压电路
效率较高， 目前用的也 比较多，但 因学时有限， 这里不做介 绍。
33
1. 稳压电路的主要性能指标
(1)稳压系数 S（越小越好）
稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影 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。
uo =
2
2U
2
(
4
3
cos 2
t
4
15
cos 4
t
4
35
cos 6
t )
基波
基波峰值
4 2U 2 S = Uo1M = 3π = 2 0.67
Uo 2 2U 2 3
π
输出电压平均值18
(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
+
R3
UI _
T1 R
R1
T2
RW1 RW2
RW
UZ UB2 R2
+
RL UO _
UOmin
=
R1 + RW
R2 +
+ RW R2
UZ =4.74.+74+.74+.74.74=6V
UOmax
=
R1
+
R2 R2
+
RW
UZ
=4.7
+ 4.7+ 4.7
4.74=12V
40
(4) 实际的稳压电源采取的改进措施
特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉 内部电路：串联型晶体管稳压电路
类型：W7800系列 —— 稳定正电压
W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V
W7900系列 —— 稳定负电压
W7905 输出-5V
W7909 输出-9V
W7912 输出-12V
uo= uc u2
u2下降， u2小于电容上的电压。 二极管承受反向电压而截止。 电容C通过RL放电， uc按指数
规律下降，时间常数 = RL C
25
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
D2 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 uo 电流是脉冲波。
S uo
RL
t
二极管中的 电流
b D2 RLD4a
整流输出电压平均值：
uo
uD2,uD3 uD1,uD4
t
Uo=0.9U2
t 负载电流平均值:
t Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
二极管最大反向电压：U DRM = 2U二2 极管平均电流：ID=1I5o/2
集成硅整流桥：
+ –
~+~-
u2 –
+ uo
16
4. 整流电路的主要参数
u1
u2 io RL
uo
t
u2 uo
0 2
b
Uo
=
1
0
uo
D2
d (t
)
=
1
0
2U2 sin td (t)
2 =
2U2
= 0. 9 U2
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
10
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：
Ta
D1
二极管上的平均电流：
u1
u2 io RL
u2 uo
ID
第11章直流稳压电源 11.1 直流稳压电源的组成和功能 11.2 单相整流电路 11.3 滤波电路 11.4 稳压电路 11.5 集成稳压电源
1
11.1直流稳压电源的组成和功能
u1
整 u2 流 u3
滤 波 u4
稳 压 uo
电
电
电
路
路
路
• 电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流 电压u2。
L
u1
u2
RL
uo
29
电感滤波原理
u1
u2
L
RL
uo
对直流分量: 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
30
3. RC – 型滤波器
近似估算: Uo=1.2U2
Io= Uo/RL
(b) 流过二极管瞬时电流很大
RLC 越大 Uo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 (c) 二极管承受的最高反向电压
U RM = 2U 2
28
2. 电感滤波电路
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。
+
R3
UI _
T1 R
R1
T2
RW1 RW
RW2
UZ UB2 R2
+
RL UO _
集成化集成稳压电源
1. 比较放大级采用差动放大器或集成运放
2.调整管采用复合三极管
3. 采用辅助电源(比较放大部分的电源)
4. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益
5. 内部加短路和过热保护电路
41
11.5 集成稳压电源
t1
uo
充电结束
没时有的t电输容出
uc
波形
t22
么么么么方面
• Sds绝对是假的
u1 u1
D4
u2
D1
D3
C
S uo
D2
RL
b
RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) u2
uo
t 加入滤波电容
时的波形
无滤波电容
时的波24 形
t
uo
t
u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电，
Hale Waihona Puke Baidu
UZ UB2 R2
+
RL UO _
因为：UZ
+UBE
2
=
RW 2 R1 + R2
+ R2 + RW
UO
( ) 所以：UO
= R1 + R2 + RW RW 2 + R2
UZ +UBE2
= R1 + R2 + RW RW 2 + R2
UZ
忽略UBE2
39
例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出 电压的调节范围。
当u2正半周时， D1导通， D2截止。 当u2负半周时， D2导通， D1截止。
8
单相全波整流电压波形
Ta
D1
+
u1
u2– io RL+
u2+ uo
–
b
D2
忽略二极管正向压降
u2
0
uo
uD1
uD2 0 ~ ：
uD2 = 2u2
2
3
t 4
9
输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )：
Ta
D1
37
稳压原理
+
R3
T1 R
R1
UI
UC2
T2
RW1 RW RW2
_
（UB1 ）
UZ UB2 R2
+
RL UO _
当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时
Uo
UB2
UBE2=（UB2-UZ）
Uo
UC2 （UB1 ）
38
(3) 输出电压的确定和调节范围
+
R3
UI _
T1 R
R1
T2
RW1 RW
RW2
=
1I 2
o
b D2
uD
二极管承受的最高反向电压：
t
0 2
U DRM = 2 2U2
11
3. 单相桥式整流电路
组成：由四个二极管组成桥路
T
u1
D3
u2
D1
D4
D2
D1 D2 u2
D3 D4
RL uo u2
RL uo
uo
12
u2正半周时电流通路
+
T
u1
D3
u2
D1
RL
D4
uo
D2
–
D1 、D4导通， D2、D3截止