第十章、直流电源

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
u1
o
u2 b
RL
uo
t 0 2
UDRM
二极管上的平均电流： 承受的最高反向电压:
ID = IO
UDRM=
2U2
2.单相全波整流电路
T
+
b
–
+
u2
+
– +
u1
u2–
–
a
D1 io uo D2 RL
(4) 实际的稳压电源采取的改进措施
+ UI
R3
T1 T2 UZ
R RW1
R1 RW
+
_
RW2 UB2 R 2
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
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 比 + 基 较 _ 准 放 FU 取 电 O样 压 UR 大 +
Uo
UI –
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
调整元件
+ UI – T1 比 + 基 较 _ 准 放 FU 取 电 O样 压 UR 大 Uo + RL UO
二、单相整流电路
1.单相半波整流电路
T u1 + u2 – b – a D io u2 >0 时: 二极管导通，忽略二 极管正向压降， RL uo
uo=u2
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。
+
单相半波整流电压波形 u2 T uD D
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)
三、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
D1
S
C D2 RL uo
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 于u2。 uo RLC越小，输 出电压越低。
t
t
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(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)
u1
u2
RL
uo
D1
u2 D3
D2 D4
RL uo
u2
uo
u2正半周时电流通路
T u1
+
u2 D3 D1 D4 D2 RL uo
–
D1 、D4导通， D2、D3截止
u2负半周时电流通路
T u1
u2 D3 D1 D4 D2
RL
u0
+
D2、D3 导通， D1 、D4截止
单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
UBE2=（UB2-UZ） UC2 （UB1 ）
(3) 输出电压的确定和调节范围
+
UI _ R3 T1 T2 R RW1 R1 RW +
UZ
RW2 UB2 R 2
RL
UO
_
RW 2 + R2 因为：UZ +UBE 2 = UO R1 + R2 + RW R1 + R2 + RW ( R1 + R2 + RW ) = + UZ UBE 2 = 所以：UO UZ + RW 2 R2 RW 2 + R2
原理：
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
0 2 3 t 4
u1
u2 –
u2 b
+ –
io uo D2
RL+
uo uD1
忽略二极管正向压降 0 ~ ： uD2
uo
将RC – 型滤波器中的电阻换为电感，
变为LC – 型滤波器
四、稳压电路
稳压电路的作用:
交流 电压
整流
脉动 直流电压
滤波
有波纹的 直流电压
稳压
直流 电压
稳压电源类型:
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
效率较高， 目前用的也 比较多
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。
0 2 3 t 4
a u2 b
u1
uo
RL uo uD
输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )： uD D T a io u o u1 u2 RL uo
0 2
t
1 1 2 Uo = uo d (t ) = 2 2 0 2U2 = 0.45U2 =
b


0
2U2 sin td ( t)
–
+UI
R3 UB1 RL
因调整管与负载接成射极输出器形式， 比 为深度串联电压负反馈，故称之为： 较 串联反馈式稳压电路。 放 大 若因输入电压变化或负载变化而使 UO加大,比较放大电路使UB1变小,从 而使UO降低.
Uo
(2)一种实际的串联式稳压电源 T1调整管
+ UI
R1 、 RW 、R2采样电阻
t1
uo 充电结束
uc
没有电容 t 时的输出 波形
t
u1
u1
u2
D4
D3 D1
S
C
D2 RL
uo
b
RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) u2 t uo
加入滤波电容
时的波形
无滤波电容
t
时的波形
uo
t
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
u1
u2
RL
uo
电感滤波原理
L
u1
u2
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
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
基波
基波峰值
U o1M S= Uo
4 2U 2 2 3 π = = 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。
• 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。
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 桥式 二极管
全波
倍压整流
可控硅
本课主要介绍：
单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流
忽略UBE2
例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求 输出电压的调节范围。
+ UI _ R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+ UO _
RW2 UB2 R 2
R1 + R 2 + RW + 4.7+ 4.7 4.7 UOmin = UZ = 4=6V + 4.7 4.7 RW + R 2 R1 + R 2 + RW 4.7 + 4.7+ 4.7 = UOmax UZ = 4=12V 4.7 R2
五、集成稳压电源
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 W7809 W7812 W7815
W7905
输出+5V 输出+9V 输出+12V 输出+15V
输出-5V
W7900系列 —— 稳定负电压
W7909 W7912 W7915 输出-9V 输出-12V 输出-15V
直流电源
一、直流电源的组成和功能 二、单相整流电路 三、滤波电路 四、稳压电路 五、集成稳压电源
一、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: 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。

2π
0
u o d ( t )
Uo Io = RL
负载上的(平均)电流:
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
以下主要讨 论线性稳压 电路。
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。
S=
U o
Uo
U I
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。
a
u2>0 时
D3 u2 b
u2
u2<0 时
D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路: b D2 RLD4a
D4
D1
D2
RL
uo
D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路: a D1 RLD4b
t
t
整流输出电压平均值： Uo=0.9U2 负载电流平均值:
uo
uD2,uD3 uD1,uD4
uD2 = 2u2
输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )： D1 T a uo i o u1 u2 RL u2 b D2 1 1 Uo = uo d (t ) = uo
0 2
t

0



0
2U2 sin td ( t)
=
2 2U2

= 0. 9 U2
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
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 D4 u1 u1 S u2 D D3 b
1
C D2 RL
uo
桥式整流电容滤波电路
a
u1
u1
u2
D4
D3 b
D1
S C uo RL
D2
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
近似估算: Uo=1.2U2 (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 ; Io= Uo/RL
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
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。 L
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： U DRM = 2U2
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
uo 负载电压 Uo的平均值为:
t
0 2
1 Uo = 2π
u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容充电，
uo= uc u2
规律下降，时间常数 = RL C
u1
u1
u2
D4
D3 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。
D1
S C uo RL
D2
t
二极管中的 电流
t
u1
u1
u2
D4
D3
b
+ RL UO _
R3
T1 T2 UZ
R RW1
R1
RW
_
RW2 UB2 R 2
R3 、 T2比较放大 R 、 UZ基准电压
稳压原理
+
UI _ R3
UC2 （UB1 ）
T1 T2
R RW1
R1 RW
+
UZ
RW2 UB2 R 2
RL
UO
_
当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时 Uo Uo UB2
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： U DRM = 2 2U2
3. 单相桥式整流电路
组成：由四个二极管组成桥路
T D3 D1 D4 D2
W7800系列稳压器外形及接线图 +10V
+
1
W7805
2
3
Co 1µ F
+5V
+
UI
_
CI 0.1~1F
Uo
_
1
2
3
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！
W7900系列稳压器外形及接线图 -10V