第6章直流稳压电源
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T 2 RL
UC≥(1.5 ~ 2)U2 式中T为电网交流电压的周期。
6.1.2 滤波电路
滤波电路的主要元件是电容和电感，以电容滤波电路最 常用，如图6.4所示。
（a）原理图
（b）波形图 图6.4 电容滤波电路
[例6.2] 已知单相桥式整流电容滤波电路如图9.4（a） 所 示 。 要 求 UL=12V ， IL=100mA ， 电 网 工 作 频 率 为 50Hz。试计算整流变压器次数电压有效值U2，并计算 RL和C的值。 UL 12 10 V 解： U 2 1.2 1.2
压有较大的波动。C1，C2一般选涤纶电容，容量为
0.1μF至几个μF。安装时，两电容应直接与三端集成稳 压器的引脚根部相连。
图6.10 固定输出三端集成稳压器基本应用电路
(2) 扩展输出电压的应用电路 如果需要高于三端集成稳压器的输出电压，可采用 如图6.11所示的升压电路。
图6.11 提高输出电压电路
URM =U2 =37.5V 根据上述数据，查表可选出最大整流电流为100mA， 最高反向工作电压为50V的整流二极管2CZ52B。
1. 工作原理 首先电源对电容充电，当充到最大值时电容放电。 由于充电时间常数比放电时间常数小很多，所以充电 快，放电慢。在下一个周期电源电压高于电容电压时 再次对电容充电，以后循环重复，波形如图6.4（b） 所示。 2.参数估算 UL≈1.2U2 C≥(3 ~ 5)
解：由式（6.14）可估算出 R1 R2 RP Uomax= U Z = 3×6 = 18V R2
R1 R2 RP 3 Uomin= U Z = 6 = 9V R2 RP 2
故：该串联型稳压电路的输出电压可在9V~18V之 间调节。
串联型稳压电路中的放大单元也可由集成运放组 成，如图6.8所示。图中用复合管代替了V1，以便扩大 输出电流；基准电压UZ和采样反馈电压Uf 分别接于集 成运放的同相和反相输入端。其稳压过程为： Uo↑→Uf↑→(UZ – Uf)↓→UB2↓→UB1↓→Uo↓
1 IV IL 2 U DRM 2U 2
因此，二极管最大整流应电流满足IF ≥ IL ；最高反
向工作电压应满足URM ≥U2 。
[例6.1] 如图6.1所示的单相桥式整流电路，若要求 在负载上得到24Ｖ直流电压，100mA的直流电流，求
整流变压器次级电压U2，并选出整流二极管。
解：
UL 24 U2 26.7V 0.9 0.9 IF = IL =50mA
2. 工作原理 串联型稳压电路的自动稳压过程按电网波动和负载 电阻变动两种情况分述如下：
Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→ UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓
RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→ UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑ 当Ui↓或RL↑ 时的调整过程与上述相反。 由上分析可知，这是一个负反馈系统。正因为电路 内有深度电压串联负反馈，所以才能使输出电压稳定。
特别是R2较大时这种影响更明显。
图6.12所示电路是用W78XX和μA741组成的输出电 压可调的稳压电路。图中集成运放作为电压跟随器使 用，它的电源借助于三端集成稳压器的输入直流电压。
图6.12 输出电压可调电路
由图6.12可知 当电位器滑动端在最上端时，可得最大输出电压
R1 R2 RP U XX R1 当电位器滑动端在最下端时，可得最小输出电压
数字为输出电压值 。
在根据稳定电压值选择稳压器的型号时，要求经 整流滤波后的电压要高于三端集成稳压器的输出电压 2~3V（输出负电压时要低2~3V），但不宜过大。
(a) 外形 （b）符号 图6.9 固定输出三端集成稳压器的外形及符号
(1) 基本应用电路 固定输出的三端集成稳压器的基本应用电路如图 6.10所示。图中：C1用以抑制过电压，抵消因输入线过 长产生的电感效应并消除自激振荡；C2用以改善负载 的瞬态响应，即瞬时增减负载电流时不致引起输出电
U L 12 RL 1.2k I L 10 T 0.02 C≥(3 ~ 5) =(3 ~ 5) 2 RL 2 1.2 10 3 =(24.3 ~ 41.5)μF
UC≥(1.5 ~ 2)U2=15 ~20 V
故：整流变压器次数电压有效值为10V，负载RL 为1.2kΩ，滤波电容器的参数为47μF/25V。 2. 电容滤波的特点 (1) 滤波后的输出电压中直流分量提高了，交流分 量降低了。 (2) 电容滤波适用于负载电流较小的场合。 (3) 存在浪涌电流。可在整流二极管两端并接一只 0.01μF的电容器来防止浪涌电流烧坏整流二极管。
第6章 直流稳压电源
电子设备所需的直流电源，一般都是采用由交流电 网供电，经“整流”、“滤波”、“稳压”后获得。所 谓“整流”指把大小、方向都变化的交流电变成单向脉 动的直流电，能完成整流任务的设备称为整流器。所谓 “滤波”指滤除脉动直流电中的交流成分，使得输出波 形平滑，能完成滤波任务的设备称为滤波器。所谓“稳 压”指输入电压波动或负载变化引起输出电压变化时， 能自动调整使输出电压维持在原值。本章将着重介绍单 相桥式整流电路、电容滤波电路、串联型稳压电路、开 关型稳压电路的原理和应用。
串联型稳压电路的输出电压Uo ，由采样单元的分 压比和基准电压的乘积决定。因此调节电位器RP的滑
动端子，可调节输出电压Uo的大小。Uo的调节范围为 R R2 RP Uomax= 1 UZ R2
R1 R2 RP UZ Uomin= R2 RP
[例6.4] 在图6.7中，设稳压管工作电压UZ=6V，采 样单元中R1=R2=RP，试估算输出电压的调节范围。
IZmax=(1.5~3)ILmax
Ui=(2 ~ 3)UZ
[例6.3] 设电网波动引起整流滤波电路的输出电压 变化±10%，RL=1kΩ，要求UL=10V，试确定图6.6中
稳压电路元件的参数。
解：(1) 根据UZ=UL=10V 得
U L 10 IL= =10mA=ILmax RL 1
由式 IZmax=(1.5~3)ILmax ，可查手册选择2CW17稳
Rmin
Rmax
U i min U L 22.5 10 = 0.83 kΩ I Z I L max 5 10
所以R的取值范围为0.76 kΩ≤R≤0.83kΩ，其功率为：
2 U R (U i max U L ) 2 (27.5 10) 2 PR R Rmin 760
6.1 整流和滤波电路
6.1.1整流电路
1. 电路组成 单相桥式整流电路如图9.1（a）所示，图9.1（b） 是 其简化电路。
（a） 电路原理图
（b）电路简化图
图6.1
单相桥式整流电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2．工作原理
当u2(t)为正半周时，V1、V3正偏而导通，V2、V4反 偏而截止。电流经V1→RL→V3 形成回路，RL上输出电 压波形与u2(t)的正半周波形相同，电流iL从b流向c。 当u2(t)为负半周时，V1 、V3 截止，V2 、V4 导通，电
=0.41W
故可选择标称值为820Ω/0.5W的电阻器
并联型稳压电路结构简单，但受稳压管最大电流 限制，又不能任意调节输出电压，所以只适用于输出 电压不需调节，负载电流小，要求不甚高的场合。
6.2.2 串联型稳压电路
1. 电路组成 串联型稳压电路如图6.7所示。电路由四部分组成。
图6.7 串联型稳压电路
图中三端集成稳压器工作在悬浮状态，稳压电路的 输出电压为
R2 ) UXX +IQR2 Uo= (1 R1 若R1、R2阻值较小，则可忽略IQ R2，于是 R2 Uo＝ (1 ) UXX R1 图6.11所示电路的缺点是：当稳压电路输入电压Ui变化
时，IQ 也发生变化，这将影响稳压电路的稳压精度，
1. 固定输出的三端集成稳压器
固定输出的三端集成稳压器的三端指输入端、输
出端及公共端三个引出端，其外形及符号如图9.9所示。 固定输出的三端集成稳压器W78××系列和W79××
系列各有七个品种，输出电压分别为±5V、±6V、
±9V、±12V、±15V、±18V、±24V；最大输出电 流可达1.5A；公共端的静态电流为8mA。型号后两位
流经V2→RL →V4 形成回路，RL 上输出电压波形是u2(t)
的负半周波形倒相，电流iL仍从b流向c。所以无论u2(t) 为正半周还是负半周，流过RL的电流方向是一致的。 单相桥式整流的输出波形如图6.2所示。
图6.2 单相桥式整流电路输出波形
3．参数估算
T 2 2 2 2U 2 0.9U 2 U L 2U 2 sinωtdt T 0 UL U2 IL 0.9 RL RL
Uomax=
R1 R2 RP Uomin= U XX R1 RP
故输出电压调节范围为
R1 R2 RP U XX ≤ Uo ≤ R1 RP
R1 R2 RP U XX R1
[例6.5] 在图6.12中，若选用三端集成稳压器W7815， 已知RP=500Ω，欲使输出电压调节范围为20~45V，求
图6.8 采用集成运放和复合调整管的串联型稳压
6.2.3 三端集成稳压器
目前，集成稳压器已达百余种，并且成为模拟集 成电路的一个重要分支。它具有输出电流大，输出电 压高，体积小，安装调试方便，可靠性高等优点，在 电子电路中应用十分广泛。 集成稳压器有三端及多端两种外部结构形式。输 出电压有可调和固定两种形式：固定式输出电压为标 准值，使用时不能再调节；可调式可通过外接元件， 在较大范围内调节输出电压。此外，还有输出正电压 和输出负电压的集成稳压器。 稳压电源以小功率三端集成稳压器应用最为普遍。 常用的型号有W78××系列、W79××系列、W317系 列、W337系列。
(4) RLC值的改变可以影响输出直流电压的大小。 RL开路时，输出UL约为1.4U2；C开路时，输出UL约为 0.9U2；若C的容量减小，则输出UL小于1.2U2。
6.2 稳压电路
6.2.1 并联型稳压电路
并联型稳压电路如图6.6所示。
图6.6 并联型直流稳压电路
其稳压过程分述如下：
当交流电网波动而RL未变动时，若电网电压上升，则 Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓ 当电网未波动而负载RL变动时，若RL 减小，则 IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑ 选择稳压管时，一般可按以下公式估算 UZ=UL
(1) 采样单元 采样单元有R1、R2、和RP组成，与负载RL并联， 通过它可以反映输出电压Uo的变化。 (2) 基准单元 基准单元由限流电阻R3与稳压管V3组成。
（3）放大单元
放大单元由三极管V2组成。 （4）调整单元 调整单元由三极管V1组成，它是串联型稳压电路的核 心元件。V1必须选择大功率三极管 。
压管，其参数为：UZ=(9 ~ 10.5)V，IZ=5mA，
PZ=250mW，IZmax=23mA，rz=25Ω。
(2) 取Ui =25V，Ui 变化±10%时可算得 Uimax=27.5V
Uimin=22.5V
（3）求出限流电阻
U i max U L 27.5 10 = 0.76 kΩ I Z max 23
图6.14 恒流源应用电路
2. 可调输出的三端集成稳压器 可 调 输 出 的 三 端 集 成 稳 压 器 W317 （ 正 输 出 ） 、 W337（负输出）是近几年较新的产品，其最大输入、 输出电压差极限为40V，输出电压1.2~35V（或 1.2V ~ 35V）连续可调，输出电流0.5~1.5A，最小负载电流 为5mA，输出端与调整端之间基准电压为1.25V，调整 端静态电流为50µ A。其外形及符号如图6.15所示。
R1和R2的电阻值。
解：由上式可得
R1 R2 500 15 45= R1 R1 R2 500 20= 15 R1 500
解得 R1= 400Ω R2=300Ω
(3) 扩展输出电流的应用电路 扩展输出电流的应用电路如图6.13所示。
图6.13
扩大输出电流电路
(4) 恒流源应用电路 恒流源应用电路如图6.14所示。
UC≥(1.5 ~ 2)U2 式中T为电网交流电压的周期。
6.1.2 滤波电路
滤波电路的主要元件是电容和电感，以电容滤波电路最 常用，如图6.4所示。
（a）原理图
（b）波形图 图6.4 电容滤波电路
[例6.2] 已知单相桥式整流电容滤波电路如图9.4（a） 所 示 。 要 求 UL=12V ， IL=100mA ， 电 网 工 作 频 率 为 50Hz。试计算整流变压器次数电压有效值U2，并计算 RL和C的值。 UL 12 10 V 解： U 2 1.2 1.2
压有较大的波动。C1，C2一般选涤纶电容，容量为
0.1μF至几个μF。安装时，两电容应直接与三端集成稳 压器的引脚根部相连。
图6.10 固定输出三端集成稳压器基本应用电路
(2) 扩展输出电压的应用电路 如果需要高于三端集成稳压器的输出电压，可采用 如图6.11所示的升压电路。
图6.11 提高输出电压电路
URM =U2 =37.5V 根据上述数据，查表可选出最大整流电流为100mA， 最高反向工作电压为50V的整流二极管2CZ52B。
1. 工作原理 首先电源对电容充电，当充到最大值时电容放电。 由于充电时间常数比放电时间常数小很多，所以充电 快，放电慢。在下一个周期电源电压高于电容电压时 再次对电容充电，以后循环重复，波形如图6.4（b） 所示。 2.参数估算 UL≈1.2U2 C≥(3 ~ 5)
解：由式（6.14）可估算出 R1 R2 RP Uomax= U Z = 3×6 = 18V R2
R1 R2 RP 3 Uomin= U Z = 6 = 9V R2 RP 2
故：该串联型稳压电路的输出电压可在9V~18V之 间调节。
串联型稳压电路中的放大单元也可由集成运放组 成，如图6.8所示。图中用复合管代替了V1，以便扩大 输出电流；基准电压UZ和采样反馈电压Uf 分别接于集 成运放的同相和反相输入端。其稳压过程为： Uo↑→Uf↑→(UZ – Uf)↓→UB2↓→UB1↓→Uo↓
1 IV IL 2 U DRM 2U 2
因此，二极管最大整流应电流满足IF ≥ IL ；最高反
向工作电压应满足URM ≥U2 。
[例6.1] 如图6.1所示的单相桥式整流电路，若要求 在负载上得到24Ｖ直流电压，100mA的直流电流，求
整流变压器次级电压U2，并选出整流二极管。
解：
UL 24 U2 26.7V 0.9 0.9 IF = IL =50mA
2. 工作原理 串联型稳压电路的自动稳压过程按电网波动和负载 电阻变动两种情况分述如下：
Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→ UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓
RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→ UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑ 当Ui↓或RL↑ 时的调整过程与上述相反。 由上分析可知，这是一个负反馈系统。正因为电路 内有深度电压串联负反馈，所以才能使输出电压稳定。
特别是R2较大时这种影响更明显。
图6.12所示电路是用W78XX和μA741组成的输出电 压可调的稳压电路。图中集成运放作为电压跟随器使 用，它的电源借助于三端集成稳压器的输入直流电压。
图6.12 输出电压可调电路
由图6.12可知 当电位器滑动端在最上端时，可得最大输出电压
R1 R2 RP U XX R1 当电位器滑动端在最下端时，可得最小输出电压
数字为输出电压值 。
在根据稳定电压值选择稳压器的型号时，要求经 整流滤波后的电压要高于三端集成稳压器的输出电压 2~3V（输出负电压时要低2~3V），但不宜过大。
(a) 外形 （b）符号 图6.9 固定输出三端集成稳压器的外形及符号
(1) 基本应用电路 固定输出的三端集成稳压器的基本应用电路如图 6.10所示。图中：C1用以抑制过电压，抵消因输入线过 长产生的电感效应并消除自激振荡；C2用以改善负载 的瞬态响应，即瞬时增减负载电流时不致引起输出电
U L 12 RL 1.2k I L 10 T 0.02 C≥(3 ~ 5) =(3 ~ 5) 2 RL 2 1.2 10 3 =(24.3 ~ 41.5)μF
UC≥(1.5 ~ 2)U2=15 ~20 V
故：整流变压器次数电压有效值为10V，负载RL 为1.2kΩ，滤波电容器的参数为47μF/25V。 2. 电容滤波的特点 (1) 滤波后的输出电压中直流分量提高了，交流分 量降低了。 (2) 电容滤波适用于负载电流较小的场合。 (3) 存在浪涌电流。可在整流二极管两端并接一只 0.01μF的电容器来防止浪涌电流烧坏整流二极管。
第6章 直流稳压电源
电子设备所需的直流电源，一般都是采用由交流电 网供电，经“整流”、“滤波”、“稳压”后获得。所 谓“整流”指把大小、方向都变化的交流电变成单向脉 动的直流电，能完成整流任务的设备称为整流器。所谓 “滤波”指滤除脉动直流电中的交流成分，使得输出波 形平滑，能完成滤波任务的设备称为滤波器。所谓“稳 压”指输入电压波动或负载变化引起输出电压变化时， 能自动调整使输出电压维持在原值。本章将着重介绍单 相桥式整流电路、电容滤波电路、串联型稳压电路、开 关型稳压电路的原理和应用。
串联型稳压电路的输出电压Uo ，由采样单元的分 压比和基准电压的乘积决定。因此调节电位器RP的滑
动端子，可调节输出电压Uo的大小。Uo的调节范围为 R R2 RP Uomax= 1 UZ R2
R1 R2 RP UZ Uomin= R2 RP
[例6.4] 在图6.7中，设稳压管工作电压UZ=6V，采 样单元中R1=R2=RP，试估算输出电压的调节范围。
IZmax=(1.5~3)ILmax
Ui=(2 ~ 3)UZ
[例6.3] 设电网波动引起整流滤波电路的输出电压 变化±10%，RL=1kΩ，要求UL=10V，试确定图6.6中
稳压电路元件的参数。
解：(1) 根据UZ=UL=10V 得
U L 10 IL= =10mA=ILmax RL 1
由式 IZmax=(1.5~3)ILmax ，可查手册选择2CW17稳
Rmin
Rmax
U i min U L 22.5 10 = 0.83 kΩ I Z I L max 5 10
所以R的取值范围为0.76 kΩ≤R≤0.83kΩ，其功率为：
2 U R (U i max U L ) 2 (27.5 10) 2 PR R Rmin 760
6.1 整流和滤波电路
6.1.1整流电路
1. 电路组成 单相桥式整流电路如图9.1（a）所示，图9.1（b） 是 其简化电路。
（a） 电路原理图
（b）电路简化图
图6.1
单相桥式整流电路
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2．工作原理
当u2(t)为正半周时，V1、V3正偏而导通，V2、V4反 偏而截止。电流经V1→RL→V3 形成回路，RL上输出电 压波形与u2(t)的正半周波形相同，电流iL从b流向c。 当u2(t)为负半周时，V1 、V3 截止，V2 、V4 导通，电
=0.41W
故可选择标称值为820Ω/0.5W的电阻器
并联型稳压电路结构简单，但受稳压管最大电流 限制，又不能任意调节输出电压，所以只适用于输出 电压不需调节，负载电流小，要求不甚高的场合。
6.2.2 串联型稳压电路
1. 电路组成 串联型稳压电路如图6.7所示。电路由四部分组成。
图6.7 串联型稳压电路
图中三端集成稳压器工作在悬浮状态，稳压电路的 输出电压为
R2 ) UXX +IQR2 Uo= (1 R1 若R1、R2阻值较小，则可忽略IQ R2，于是 R2 Uo＝ (1 ) UXX R1 图6.11所示电路的缺点是：当稳压电路输入电压Ui变化
时，IQ 也发生变化，这将影响稳压电路的稳压精度，
1. 固定输出的三端集成稳压器
固定输出的三端集成稳压器的三端指输入端、输
出端及公共端三个引出端，其外形及符号如图9.9所示。 固定输出的三端集成稳压器W78××系列和W79××
系列各有七个品种，输出电压分别为±5V、±6V、
±9V、±12V、±15V、±18V、±24V；最大输出电 流可达1.5A；公共端的静态电流为8mA。型号后两位
流经V2→RL →V4 形成回路，RL 上输出电压波形是u2(t)
的负半周波形倒相，电流iL仍从b流向c。所以无论u2(t) 为正半周还是负半周，流过RL的电流方向是一致的。 单相桥式整流的输出波形如图6.2所示。
图6.2 单相桥式整流电路输出波形
3．参数估算
T 2 2 2 2U 2 0.9U 2 U L 2U 2 sinωtdt T 0 UL U2 IL 0.9 RL RL
Uomax=
R1 R2 RP Uomin= U XX R1 RP
故输出电压调节范围为
R1 R2 RP U XX ≤ Uo ≤ R1 RP
R1 R2 RP U XX R1
[例6.5] 在图6.12中，若选用三端集成稳压器W7815， 已知RP=500Ω，欲使输出电压调节范围为20~45V，求
图6.8 采用集成运放和复合调整管的串联型稳压
6.2.3 三端集成稳压器
目前，集成稳压器已达百余种，并且成为模拟集 成电路的一个重要分支。它具有输出电流大，输出电 压高，体积小，安装调试方便，可靠性高等优点，在 电子电路中应用十分广泛。 集成稳压器有三端及多端两种外部结构形式。输 出电压有可调和固定两种形式：固定式输出电压为标 准值，使用时不能再调节；可调式可通过外接元件， 在较大范围内调节输出电压。此外，还有输出正电压 和输出负电压的集成稳压器。 稳压电源以小功率三端集成稳压器应用最为普遍。 常用的型号有W78××系列、W79××系列、W317系 列、W337系列。
(4) RLC值的改变可以影响输出直流电压的大小。 RL开路时，输出UL约为1.4U2；C开路时，输出UL约为 0.9U2；若C的容量减小，则输出UL小于1.2U2。
6.2 稳压电路
6.2.1 并联型稳压电路
并联型稳压电路如图6.6所示。
图6.6 并联型直流稳压电路
其稳压过程分述如下：
当交流电网波动而RL未变动时，若电网电压上升，则 Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓ 当电网未波动而负载RL变动时，若RL 减小，则 IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑ 选择稳压管时，一般可按以下公式估算 UZ=UL
(1) 采样单元 采样单元有R1、R2、和RP组成，与负载RL并联， 通过它可以反映输出电压Uo的变化。 (2) 基准单元 基准单元由限流电阻R3与稳压管V3组成。
（3）放大单元
放大单元由三极管V2组成。 （4）调整单元 调整单元由三极管V1组成，它是串联型稳压电路的核 心元件。V1必须选择大功率三极管 。
压管，其参数为：UZ=(9 ~ 10.5)V，IZ=5mA，
PZ=250mW，IZmax=23mA，rz=25Ω。
(2) 取Ui =25V，Ui 变化±10%时可算得 Uimax=27.5V
Uimin=22.5V
（3）求出限流电阻
U i max U L 27.5 10 = 0.76 kΩ I Z max 23
图6.14 恒流源应用电路
2. 可调输出的三端集成稳压器 可 调 输 出 的 三 端 集 成 稳 压 器 W317 （ 正 输 出 ） 、 W337（负输出）是近几年较新的产品，其最大输入、 输出电压差极限为40V，输出电压1.2~35V（或 1.2V ~ 35V）连续可调，输出电流0.5~1.5A，最小负载电流 为5mA，输出端与调整端之间基准电压为1.25V，调整 端静态电流为50µ A。其外形及符号如图6.15所示。
R1和R2的电阻值。
解：由上式可得
R1 R2 500 15 45= R1 R1 R2 500 20= 15 R1 500
解得 R1= 400Ω R2=300Ω
(3) 扩展输出电流的应用电路 扩展输出电流的应用电路如图6.13所示。
图6.13
扩大输出电流电路
(4) 恒流源应用电路 恒流源应用电路如图6.14所示。