整流与滤波电路

调节反馈系数即可调节放大倍数
UO=AUFUZ-0.7V
T
+
R Uz
+
+A+
+
-
+
R1
RL
U o
Ui
Dz
-
U f R2
-
+
+
为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。
1. 串联型稳压电源的构成
由四部分组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。
调整管
T
+
+
+
R Uz
+ －
A
∞
+
Ui
Dz
+
R1
n I1 I2
所以，输出的基准压：
I
U RE FU B E 3U 2
+
+
UB
E
3UT
R2 R3
lnI1 I2
特点：温度特性好。
u i
I1 R1 R2 T2
T3
U REF
当 U RE F 1 .2V 53 U T 时
温度系数为0。
-
T1
R 3 I2
-
启动电路 二. 三端固定式集成稳压器
过压保护
R18 R4
VCC _C IRC LE
T2
T1 UB1 R2 1k
R3
24
+
RP
UB2
T3 UB3 33 0 UO
1
UZ
R4
220 -
2Biblioteka Baidu7V DZ
3
VCC _C IRC LE
将参数代入，可求出输出电压的调节范围。
VCC _C IRC LE
VCC _C IRC LE
+ R1
1k
T2
T1 UB1 R2 1k
R3
RL
U o
R2
+ 取样电路
-
放 大 比 较 环 节 Uf
-
+
-
+
基准 电压
2.工作原理 实质：电压负反馈
T
+
+
+
R Uz
+ －
A
∞
+
R1 Uo1
+
RL Uo
Ui
Dz
R2
+
-
Uf
-
+
-
+
（1）输入电压变化时
iC/m A
Ui
Uo
Uf
Uo1
Uo
UCE
Q` Q
vC E/V
（2）负载电流变化时
IL
Uo
Uo
+uD
u2<0时: 二极管截止,
uL=0
2
3
t 4
2.全波整流电路
D1
1
2
·+
+ – + –
·
u 2–
220 V
·+
u –21
2
+
RL
uL －
原理：
变压器副边中 心抽头，感应 出两个相等的 电压u2
D2
当u2正半周时， D1导通，D2截止。
当u2负半周时， D2导通，D1截止。
全波整流电压波形
·
220 V
D1
1
2
·
u2
RL
·
u2
1
2
D2
u2
+0
uL －
uL
uD1
uD2
2
3
t 4
主要参数：
D1
1
2
·
IL
·
u2
RL
220 V
·
u2
1
2
D2
（2）输出电流平均值IL ：
uL
t
+
u L 0 2
－
（1）输出电压平均值UL：
1
UL 2
2
0uLd（t）
1
0
2u2sin td（t）
IL= UL /RL =0.9 u2 / RL
二极管导通，C充电
2
4
uL uC 2u2
uc
+
D1
+
1
C
u L
D2
-
+
u2＜ uC时： 二极管截止，C放电。 uL
t uc=uL
由于RL=∞，无放电回
路，所以uC保持。
t
（2）接入RL（且RLC较大）时
+
220V u1
+
D4
u2 3
D3
4
D1
1
D2
uc C
2
u2
u2＞ uC时：
二极管导通，C充电
基波
4 2u2
uL
S1
ULAC1 UL
3
2 2u2
2 0.67 3
0 2
t
集成硅整流桥：
+ –
~+~-
u2 –
+ uL
二、滤波电路
1. 电容滤波
+
220V u1
+
D4
u2 3
D3
4
D1
1
C
D2
2
+
+
RLuL
-
+
（1）空载（RL=∞）时：
+
220V u1
+
D4
u2 3
D3
u2＞ uC时：
u2
Uf
Uo1
UCE
T
+
+
+
R Uz
+ －
A
∞
+
R1 Uo1
+
RL Uo
Ui
Dz
R2
+
-
Uf
-
+
-
+
3.输出电压的计算
T
+
+
+
R
URE F
+ －
A
∞
+
R1 Uo1
+
RL Uo
Ui
Dz
R2
+
-
Uf
-
+
-
+
用负反馈的理论计算：
FV
= Uf Uo
R2 R1 R2
U O=A uU f RE F F 1 VU RE F R 1R 2R 2U REF
1
-
VCC _C IR CLE
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
3
VCC _C IR CLE
(3) 输出电压的调节范围
因为： UZUBE 3 R3R R4 4RPUO
所以： U O(U ZU BE )3 R 3R R 4 4R P
VCC _C IRC LE
+ R1
1k
UI -
VCC _C IRC LE
基准电压源
R20
放大比
较环节 R19
取
样
UF
电 路
公共端
电路组成及工作原理：
1. 启动电路
由R
4、D
Z1、T
12、T
13、R
、
5
R
6、R
7和R
18组成。上电后，R
4、D
先
Z1
导通，使得T12和T13导通，随后T8和T9也导通，整个电路进入正常工作 状态。这时R 1上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之 间的联系。
由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小 的电压变化。
i
UZ
△I
△U
I zm in I zm a x
I R Uz
+
+
u Ui
IZ
Dz
-
+
+
IL +
RL
Uo -
+
稳压原理：
由图知：
U O=U Z=U i U R Ui IR
I = IL +IZ
I
+
+
Ui -
+
R Uz
IZ
Dz
(1) 当输入电压变化时
可见，调节R1或R2可以改变输出电压。
举例： 分立元件组成的串联式稳压电源
调整管
VCC _C IR CLE
+ R1
1k
UI
T1 T2 UB1 R2 1k
UB2
T3 UB3
VCC _C IR CLE
R3
24
+ RP
330 UO
1
放大比较环节
-
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
VCC _C IR CLE
u2＜ uC时：
iD
二极管截止，C放电。
+
+
RLuL
-
+
uc=
uL
t
二极管中 的电流
t
电容滤波电路的特点：
(a) UL与RLC的 关系：
RLC 愈大 C放电愈慢 u2
UL(平均值)愈大 一般取：
R L C(51)T 0 iD
(T:电源电压的周期)
近似估算: UL=1.2U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大
2. 基准电压源
由T1～T7管和电阻R1～R3组成的带隙基准电压源。
U F ＝ U B ＋ E U B 3 ＋ E U B 4 ＋ E U B 5 ＋ E I C R 6 2 2
根据前面对带隙基准电压源的分析可知：
IC2R2＝R R32
UTl
nIC1 IC2
T7管的集电极电位： U C ＝ U 7 B ＋ U E B ＋ 3 I E C R 2 4 2 U B ＋ U E B ＋ 7 I E C R 1 1 1
• 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。
9.1 整流与滤波电路
一. 单相整流电路 u2
1.半波整流电路
D
+
1
2
+0
220V u1
+ io
u2
+ uL
RL
u L
+ –
+
u2 >0 时:
–
二极管导通， uL=u2
Rm
a
x=
UI m i nUZ IZm i nILm a
x
I
+
+
Ui -
+
R Uz
IZ
Dz
+
IL +
RL
Uo -
+
（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极
管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电
阻的最小值。即
Rm
i
n=
UIma x UZ IZm a xILm
i
n
I
+
+
输出电压平均值: UL=0.9U2
3. 其它滤波电路
为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合 起来使用。
LC滤波电路
RCπ型滤波电路
L
+
+
+
+
+
+
R
+
+
u i
C
u o
u i
C1
C2
uo
-
-
-
-
+
+
+
+
9.2 串联式稳压电路
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
R8
R9
R13
DZ2
T8
T9
输入端
V C C 调_ C整IR C管L E
T12
T14 T15
T16
R12
T17
T10
R5 DZ1
T5 T13
T6
R15
R16 T11
R17
R11
输出端
V C过C流_ C保IR 护C L E
R6
R1
T1 R7 过热
保护
T7
R2 1 C 2
T3
T2
T4
R 10 R 3 R14
+
IL +
RL
Uo -
+
Ui
Uo
UZ
Uo
IZ
I
UR
(2)当负载电流变化时
稳压过程：
IL
Uo
IZ
Uo
I
+
+
Ui -
+
R Uz
IZ
Dz
IR UR
+
IL +
RL
Uo -
+
2、限流电阻的计算
（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二
极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出
稳压电阻的最大值。即
0.9u2
（3）流过二极管的平均电流：
ID = IL/2
uD
D1
1
2
t
·
·
u2
+ R L uL
－
0 2
220 V
·
u2
1
2
D2
（4）二极管承受的最高反向电压：
URM2 2u2
3. 桥式整流电路
（1）组成：由四个二极管组成桥路
+
+
4
+ D4
D1
+
220V u1
+
u2 3
– D3
（2）工作原理：
u2正半周时:
u2
D1 、D3导通， D2、D4截止uL
2
1
RL u L
D2
-
+
t
t
u2负半周时： D2、D4 导通， D1 、D3截止
+
220V u1
+
D4
u2 3
+ D3
2
4
D1
1
D2
+
+
RL
u L
-
+
u2
t
uL
t
（3）主要参数：
输出电压平均值：UL=0.9u2 输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL
24
+
RP
UI
UB2
T3 UB3 33 0 UO
-
1
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
VCC _C IRC LE
3
VCC _C IRC LE
U Om ( U iZ n U B) E R 3 3 R R 4 4 R p 2 2 4 2 2 2 3 0 .4 0 3 .7 V 7 U Om ( U a Z x U B) E R 3 3R R 4 4 R p 2 2 4 2 2 2 3 0 0 3 3 .4 0 9 .8 V
电压
一. 稳压电路的主要性能指标
输 出 电 压 ：UO f (UI，IO，T) 常用以下参数来说明稳压电源的质量：
1、稳压系数
UO /UO
UI /UI
IO 0 T0
2、输出电阻
Ro
UO IO
UI 0 T0
3、温度系数
ST
UO T
UI 0 IO 0
二. 稳压管稳压电路
1. 稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。
3
VCC _C IR CLE
基 准 电 压 取样电路
稳压原理
动画演示
当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时
Uo
UB3
UBE3=（UB3-UZ）
Uo
VCC _C IR CLE
+ R1
1k
UI
UC3 （UB2 ）
T1 T2 UB1 R2 1k
VCC _C IR CLE
R3
24
+
RP
UB2
T3 UB3 33 0 UO
流过二极管的平均电流：ID=IL/2 二极管承受的最大反向电压： URM= 2u2
+
4
+ u2
D4
D1
+
t
u2 3
D3
1
RL u L uL
D2
t
+
2
-
+
脉动系数Ｓ1:
S1
ULACULAC1
UL
UL
基波峰值 输出电压平均值
用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得:
u L 2 u 2 (2 3 4 c2 o t s 1 4c 5 4 o t s 3 4c 5 6 o t s )
Ui -
+
R Uz
IZ
Dz
+
IL +
RL
Uo -
+
所 以 ：Rmin<RRmax
三. 串联式稳压电源
稳压管稳压电路的缺点： 改进：
（1）带负载能力差
（1）提高带负载能
（2）输出电压不可调
力——在输出端加一射
极输出器
T
R Uz
+
+
Ui
Dz
-
+
+
+
RL
U o
-
+
UO=UZ-0.7V
改进：
（2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈 的放大器。
EWB演示——稳压电源
9.3 集成串联式稳压电路
一. 带隙基准电压源
U B- E U B 1 = E △ 2 U B E I 2 1 R 3=U Tl
n II E 11 SU Tl
n II E 22 SU Tl
n I1 I2
电阻R2上的压降：
U 2I2R 2△ R U 3 BE R 2U TR R 3 2l
uc= uL
RLC 较大
t
t
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。
L
+
4
+
D4
D1
+
220V u1
+
u2 3
D3
1
D2
2
RLuL
-
+
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,电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。
因此，有：
I C1 ＝ R 2 I C2 R 1
整理可得：UF4UBE＋ 3 R R32UTlnR R12
3. 放大比较环节：
由T3和T4管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。T3和T4管
既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压UF叠
加在基准电压上。输出电压：
第九章 直流稳压电源
9.1 整流与滤波电路 9.2 串联式稳压电路 9.3 集成串联式稳压电路 9.4 集成开关式稳压电路
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。 • 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。