模电-直流稳压电源

iC
RL

vO

充电区间
t
15 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●工作原理
220VAC
D4
v1

v2 D3
(a) v2 > vC : 桥堆导通， 电源同时给负载 RL和 C 供充电，vC= vO= v2
v2 vCvO
2V2
(b) v2 <vC : 桥堆截止， C 对负载 RL 供放电， vC vO指数↓
If RL=∞，放电iO= 0, 放电区间
vC将被充至v2峰值!
D1 iO

D2 C
iC
RL

vO

t
16 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●工作原理 (a) v2 > vC : 桥堆导通，
电源同时给负载 RL和 C供充电，vC= vO= v2
(b) v2 < vC : 桥堆截止， C 对负载 RL 供放电， vC vO指数↓
和三相整流等。 分析方法：把二极管当作理想元件处理，即正向导通电
阻为零，反向电阻为无穷大。
5 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
2. 工作原理 v2 正半周：D1、D3 导
通，D2、D4 截止。
v2 负半周：D2、D4 导 通，D1、D3 截止。
220VAC

D4

v1

v2
i iO
iC

vO
C RL
=50Hz，负载 RL = 200，要求直流
输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选
择整流二极管及；(3) 滤波电容器。
解：(1) 取VO= 1.2V2， 则变压器副边电压的有效值：
V2

VO 1.2
30 25V 1.2
11 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
思考题：
桥式整流电路如图。 解：
(1) D2 或 D4断开，负 载电压波形如图。
220VAC
D4
D1
v1

v2 D3
D2

vO
RL
(2)若 D2 或 D4 接反，后果是： 正半周，D1D2或 D3D4导通，电流经 D1D2或 D3D4造成 电源短路，电流很大 → 变压器及D1D2或D3D4将被烧坏！
滤波视角：直流分量(XL= 0，L短路)只施于RL；谐波 分量(XL = jL>>RL)大部施于L → 较平滑直流电压vO。
储能视角：工作时L有储能，供电电
压v2↓，L 储能对RL补电；v2↑，电源 对L和 RL供电 →连续、平稳和稳定vO。
24 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
21 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●例题：整流滤波电路
如图，已知电源频率 f
220VAC

v1

v2
i iO
iC

vO
C RL
=50Hz，负载 RL = 200，要求直流
输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选
10.1.2 滤波电路
220VAC
2. 电容滤波器

v1
●电路特点

(a) vO的均值及其脉动度与
放电时间常数t =RLC 有关
D4 v2 D3
D1 i iO

D2 C
iC
RL

vO

(b) 外特性曲线：
C滤波器的输出电压受负
2V2
C 滤波
载影响较大，即带负载能 力较差。故适合于要求输
0.9V2
(3)若 D2 或 D4 因击穿或烧坏而短路，后果又如何？
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
思考题：
桥式整流电路如图。
解： (1) D2 或 D4断开，负
载电压波形如图。
220VAC
D4
D1
v1

v2 D3
D2
v2
vO

vO
RL t
t
10 / 105
D1
v1

v2 D3
D2
v2
2V2
vO
iO
6 / 105

vO
RL
t
2V2
t
t
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
D1
220VAC
3. 主要参数计算

v1
整流平均电压 VO

VO

1 π
π 0
2V2sintd(t)
v2
D4 v2 D3
2V2
D2

22 π
V2

3 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
1. 概述 小功率直流稳压电源的组成
变压
整流
滤波
交流
电源
v1
v2
t
v3 t
v4 t
稳压
负载
vo
t
t
功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
4 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
1. 概述 整流电路的作用：将交流电压转变为脉动直流电压 整流原理：利用二极管的单向导电性 常见整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相
10.1.2 滤波电路
3. 电感滤波器 ●例题：交直流收扩两用机电源
FU
n1
220VAC
n3
n2
474
C1
2CZ12A 4
D4
D1
D3
D2
BX
2000μ

50V
C2
vO
RL
24VDC
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10.2 串联反馈式稳压电路
10.2.1 稳压电源的质量指标 10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理 10.2.3 三端集成稳压器 10.2.4 三端集成稳压器的应用
3. 电感滤波器 ●电路特点
220VAC

v1

v2
(a) vO的均值及其脉动度
与放电时间常数t = L/RL有关
L iO

vO
RL
(b) D导通角大，纹波可进一步减少，接负载能力强：
VO 0.9V2 (c) 电感体积大而笨重，因而适合于电流较大、要求输
出电压脉动较小的场合，或更合适于高频电源滤波
Guilin University of Electronic Technology
电子技术基础 A（模拟部分）
10：直流稳压 电源
10.1 小功率直流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路 10.3 开关稳压电路* 10.4 SPICE仿真*
2 / 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1. 单相整流电路 10.1.2. 滤波电路 10.1.3. 倍压整流电路*
29 / 105
10.2 串联反馈式稳压电路
10.2.1 稳压电源的质量指标
1. 输入调整因数（电压调整率）：
KV

Vo Vi
Io 0
: 反映输入电压波动对输出电压的影响
T 0
反映负载电流和环温
SV

Vo Vo Vi
100%
Io 0
(%
/
V)
不: 电变压时调，整电率网电压波 动对稳压电路的影响
D4 v2 D3
D1 i iO

D2 C
iC
RL

vO

t 越大 C 放电越慢 输出均压VO 越大，波形越平滑 为了得到比较平直的输出电压
一般取τ (3 5) T T ：电源电压的周期 2
近似估算取： VO = 1. 2 V2 / 1. 0 V2 （全波/半波）
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10.1 小功率直流滤波电路
T 0
Vo Vo 100%
(d) 更进一步的改进：LC滤波器
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
3. 电感滤波器 ●例题：交直流收扩两用机电源
FU
n1
220VAC
n3
n2
474
C1
2CZ12A 4
D4
D1
D3
D2
BX
2000μ

50V
C2
vO
RL
24VDC
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10.1 小功率直流滤波电路
D承受最高反压为*：
VDRM 2V2
220VAC
D4
v1

v2 D3
v2 vCvO
2V2
D1 i iO

D2 C
iC
RL

vO

t
i
iL t
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
220VAC
2. 电容滤波器

v1
●电路特点

(a) vO的均值及其脉动度与
放电时间常数t =RLC 有关
滤波原理：滤波电路利用储能元件L或/和C构成低通 滤波电路（实质上是根据C两端的电压或L中的电流不 能突变或储能特性）, 滤掉（抑制）整流输出电压中的 交流成份，保留其直流成份，平滑输出电压波形。
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
1. 概述 常用滤波器结构：C型、LC型(倒L)、CRC型(P)
t 越大VO 越高，IO 越大
整流 D 导通时间越短
iD 峰值电流越大。
i
选管时一般取： IOM = 2 ID
D1 i iO

D2 C
iC
RL

vL

t
t
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●例题：整流滤波电路
如图，已知电源频率 f
220VAC
择整流二极管及；(3) 滤波电容器。
解：(2) 选取二极管：
ID

1 2
IO

1 VO 2 RL
7.5mA
IOM =100mA VDRM= 50V 选二极管2CP11
VDRM 2V2 2 25 35 V
22 Baidu Nhomakorabea 105
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●例题：整流滤波电路
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
思考题：
桥式整流电路如图。 解：
(1) D2 或 D4断开，负 载电压波形如图。
220VAC
D4
D1
v1

v2 D3
D2

vO
RL
(2)若 D2 或 D4 接反，后果是： 正半周，D1D2或 D3D4导通，电流经 D1D2或 D3D4造成 电源短路，电流很大 → 变压器及D1D2或D3D4将被烧坏！
如图，已知电源频率 f
220VAC

v1

v2
i iO
iC

vO
C RL
=50Hz，负载 RL = 200，要求直流
输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选
择整流二极管及；(3) 滤波电容器。
解：(3) 选取滤波电容：
t 5 1 T 5 1 0.05s C t 250μF
2V2
VDRM 2V2
vD1/3
iD2/4
8 / 105

vO
RL t
t
t
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
思考题：
桥式整流电路如图。 试分析：
220VAC
D4
D1
v1

v2 D3
D2

vO
RL
(1) D2 或 D4断开时负载电压波形。
(2)若 D2 或 D4 接反了，后果如何？
0.9V2
整流平均电流 IO
IO

VO RL

0.9V2 RL
vO
0.9V2
iO
7 / 105

vO
RL
t
2V2
t
t
10.1 小功率直流滤波电路
10.1.1 单相整流电路
D1
4. 整流元件参数 二极管平均电流：
220VAC
D4
v1

v2 D3
1
D2
ID 2 IO
v2
二极管最大反向电压：

C
L

C
R
C1
C2
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●工作原理
(a) v2 > vC : 桥堆导通， 电源同时给负载 RL和 C 供充电，vC= vO= v2
220VAC
D4
v1

v2 D3
v2 vCvO
2V2
D1 i iO

D2 C
28 / 105
10.2 串联反馈式稳压电路
10.2.0 概述
稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的 输出电压的一种电子设备。
稳压电路的输出电压值基本上与电网电压、负载 及环境温度变化无关。理想稳压器是输出阻抗为零 的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内 阻越小，稳压性能越好。
稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可 以是一个独立的电子部件。
(3)若 D2 或 D4 因击穿或烧坏而短路，后果是： 正半周，情况同(2) → 变压器及D1D2或D3D4将被烧坏！
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
1. 概述 交流电压经整流后的输出是脉动直流，其中既有直
流成份又有交流成份。
滤波目的：滤掉整流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。
出电压较高、负载电流或 负载变化较小的场合
纯 R 负载
IO
O
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●电路特点
220VAC
D4
v1

v2 D3
(a) vO的均值及其脉动度与
放电时间常数t =RLC 有关
(b) 外特性曲线：
vC
2V2
(c) D导通角小，流峰值大：
2 2 50
RL
VCM 2V2 35 V 选250/50V的电解电容器
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10.1 小功率直流滤波电路
10.1.2 滤波电路
3. 电感滤波器 ●工作原理
220VAC

v1

v2
当流过电感的电流发生
变化时，线圈中产生自感电势阻碍
L iO

vO
RL
电流变化，从而有效抑制负载电流和电压的脉动。