电路与电子模拟技术

（2）设UI不变，RL变小，则IO增大，IR=IO+IZ及UR随之增大， UO=UI-UR=UZ相应减小，从而使IZ急剧减小，因而IR=IO+IZ保 持基本不变，此过程可表示为 RL↓→IO↑→IR↑→UR↑→UO（UZ）↓→IZ↓→IR↓
R
限流电阻R在稳压管稳压电路中 是必不可少的元件，为了保证稳 压电路可靠地工作，必须适当选 择R的阻值
方法二：
UI
-
R2 RW U O U 32 U 2 U U U UO R1 R2 RW
R1 R2 RW UO U R1 R2 RW U U R1 R2 RW U O R1 RW R1 RW R1
d
2
o

t
i D
o

2
t
二极管导电角 (导通时间)
1 UO 0.6U 2 ID 2 RL RL
U RM 2U
放电时间常数越大，二极管导通的时间就越短，冲击电流就越大
电容滤波电路的优点是结构简单，输出电压较高，纹波较小 缺点有二条： 1. RL变化时，电容放电的时间常数也变化，输出电压随之变化;
uo (uc) a c
+ uo -
uo的脉动比整流后没有电容 滤波时的电压脉动要小得多， d b 平均值也提高了 o 2 t 当u2 <uC后，二极管截止， uC随u2的增大上升至最大值 2U 2 (oa段) u 通过R 放电，时间常数 L C u2 下降，uC通过RL放电，随u2下降 τ=RLC ( ab段) |u2|> uC后(b点)， uC又随u2的增大上升至最大值 (bc段)
RL
RW U O R2 -
-
U o max
采样 电路
R1 R2 Rw UZ R2
3 保护电路
+
T1 R
+ -
R3 + IC 2 T2 R1
RW
A
I
UI VDZ 基准 电压
+ U 比较放大 电压调整和 保护电路
RW
RW U O R2 -
RL
采样 电路
T1为调整管，T2、R3组成过流保护电路，R3为电流采样电阻 输出电流在额定范围内, UR3较小, T2截止 输出电流超过额定值， UR3增大，T2导通，IC2对I分流，调整管的 基极电流减小，发射极电流随之减小，从而保护了调整管
二极管所承受的最高反向电压仍为 U RM 2U
T + u1 -
D1 + u2 D4
D3 RL D2 + uo + u1 -
T + u2 + uo -
RL
单相桥式整流电路的其它画法
集成硅整流桥：
+ –
~ + ~ -
11.2 滤波电路
将脉动直流电变成较为平滑的直流电，这个过程称为滤波 滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路 T D4 D1 + + 1 电容滤波电路 u1 u2 u2 + D3 D 2 uc R L o 接入电容后的 2 uo t 不接电容时的uo
4 技术指标 技术指标
特性指标： 允许输入电压范围、输出电压调节 范围和输出电流等 质量指标：衡量输出电压的稳定程度，包括稳 压系数Sr、输出电阻ro、温度系数ST 和纹波电压等
U o / U o 稳压系数 S r U I / U I
RL 常数
U o 输出电阻 ro I o V 常数
11.1 单相整流电路 1 单相半波整流电路
D + u1 T + u2 RL i o + uo -
u2
o
uo

2
t
U：变压器 副边电压的 有效值
忽略二极管的正向压降
Uo U 0.45 负载电流的平均值 I o 等于二极管电流的平均值ID RL RL 二极管所承受的最高反向电压 U RM 2U ID和URM决定了整流二极管的选择范围 一般要有1.5~2倍的裕量
u2的负半周，D2、D4导通， RL D1、D3截止， uO=-u2 仍大于零 1 2 2 U o 2U sintdt U 0.9U 0 比半波整流电路增加了一倍 Uo 0.9U 负载电流的平均值 I o RL RL
D3
D2
o
uo
Hale Waihona Puke Baidu

2
t
o

2
t 1 0.45U 每个二极管只导电半周 I D I o 2 RL
调整管与负载串联，电 路称为串联型稳压电路
-
采样 电路
（2）负载电阻变化时
RL
UO
U-
Uo
+ R
+ -
IE
UB
A
B IB IE + R1
RW RW
UI VDZ + U 基准 电压 比较放大 电压 调整
RW U O R2 -
RL
-
采样 电路
2 输出电压的调节范围 运放工作在线性区 U U Z
3
Co 1µ F
-5V
–
UI
+
CI 0.1~1F
Uo
+
1
2
3
1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端
扩展输出电压： 方法一：
1
+
W78XX
2
+ UZ -
3
+
UI
_
Uo
_
UO= U23 + UZ
扩展输出电压：
+
1 C1
C W 78 3 2 R1
+
+ A
RW RW
C2 RW
I
U o / U o 温度系数 ST T
U I 常数 I o 常数
纹波电压：输出电压中的交流 分量，通常以二次谐波(100HZ) 的有效值来衡量，一般为mV 数量级
11.4 集成稳压器
固定输出 CW78系列 CW79系列 可调输出 CW317 CW337 输出正电压 输出负电压
三端集成稳压器
半波整流电压的平均值 1 2 Uo 2U sin tdt U 0.45U 2 6
o

2
t
脉动电压的直流分量
2 单相桥式整流电路
T + u1 u2
+ u2 -
D4
D1 + uo -
u2的正半周，D1、D3导通， D2、D4截止 , 忽略二极管 的正向压降，uO=u2>0
W7800系列稳压器外形及典型接线图
基本应用 接法
3 +5V
+
+10V
+
1
W7805
2
UI
_
CI 0.1~1F
Co 1µ F
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2.5V！
W7900系列稳压器外形及典型接线图 -10V
–
2
W7905
1
T
U/ V
6.3.3 稳压管稳压电路 稳压管和限流电阻串联即构成简单的稳压电路，限流电阻R是稳压 电路不可缺少的组成元件。当输入电压有波动或负载电流变化时， 电路自动通过调节R上的压降来保持输出电压基本不变。 （1）设RL不变，UI增大，则U0=UZ也将增大，UZ增大，使IZ增大， IR=IZ+IO及UR随之增大，从而使UO=UI-UR保持基本不变。此过程 UI↑→UO（UZ）↑→IZ↑→IR↑→UR↑→UO↓ 可表示为
u2
τ越大,uO的下降部分就越平缓
o
uo (uc) a

c b
2
确定滤波电容 的计算公式
t
T RLC ( 3 ~ 5 ) 2
RL=∞，即τ=∞时，负载开 路，电容无放电回路 UO=1.4U2 C=0，即τ=0时，电路不接 电容，输出电压为桥式整 流后的电压，UO=0.9U2
0.9U2<UO<1.4U2 UO=1.2U2
R2 Rw U Uo U Z R1 R2 Rw
R1 R2 Rw Uo UZ R2 Rw
+
R
+ -
A
B IB IE
UI VDZ + U 基准 电压 比较放大 电压 调整
+ R1
RW RW
R1 R2 Rw U o min UZ R2 Rw
+ IZ DZ + IO U Z RL + UO -
11.4 串联型稳压电路 1 电路的组成和工作原理 实质是电压负反馈 （1）输入电压变化时
+
R
+ -
Ui
A
B IB IE
Uo
UUB
Uo
+ R1
RW RW
IE
UI VDZ + U 基准 电压 比较放大 电压 调整
RW U O R2 -
输入电压的增量基 本上由三极管承担 ， 三极管称为调整管 RL
2 R1 C2 +
UI
-
C1
UO
-
基准电压U21=1.25V， 调整端电流Iadj很小
U O U 21 ( I1 I adj
RW 1.25 )RW 1.25 RW 1.25( 1 ) R1 R1
1.25 I1 I adj R1
11.5 开关型稳压电路
由分立元件组成的串联型直流稳压电路以及集成稳压器，其调整 管工作在线性放大区，故也称为线性稳压电源。线性稳压电源的 优点是：结构简单，调整方便，输出电压脉动小。缺点是效率低， 一般只有30%~50%，而且常需加装体积较大的散热片。造成效 率低的原因在于调整管工作在线性放大区，调整管上始终存在一 定的电流与电压，不断地消耗能量。如果我们通过控制脉冲信号 让调整管工作在饱和区和截止区，适当调节矩形脉冲的占空比， 即调节调整管开(饱和导通)和关(截止)的时间，那么利用储能元 件，也能使电路的输出电压稳定在一定的范围内，这种电路就称 为开关型稳压电路。由于调整管饱和导通时的管压降UCES和截止 时的穿透电流ICEO都很小，调整管的管耗很小，因此电源效率可 提高到80%~90%。由于调整管功耗低，散热片可随之减小，而 且许多开关型稳压电路还可省去50HZ工频变压器。另外，开关频 率通常为几十千赫，所以滤波电感和电容的容量可大大减小，与 同样功率的线性稳压电源相比，体积和重量都要小很多。
输出正电压 输出负电压
固定输出分5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等七档。 7805表示输出电压值为+5V，7912表示输出电压值为-12V。 最大输出电流分3A、1.5A、0.5A、0.1A四档。 78T××：3A，78××：1.5A，78M××：0.5A，78L××：0.1A 78、79系列的最高输入电压为35V，最小输入输出压差为2.5V 稳压器输入电压>额定输出电压+最小输入输出压差
R2 RW U UO R1 R2 RW
运放“虚短 ”
-
UO
-
R2
U2=U-=U+

扩大输出电流的电路
T + R1 C1 1
IC C W 78M 2 3
IO
IO +
UI
-
UO
C2 -
IO IO IC

CW317应用电路
3 +
C W 317 Iadj 1 RW I1
+ UI -
IZ DZ
+ IO U Z RL -
+ UO -
设稳压管允许的最大工作电流为IZmax，最小工作电流为IZmin，输 入电压最高为UImax，最低为UImin，负载电流最大值为ILmax，最小 值为ILmin，要使稳压管能正常工作，必须满足下列条件 ： 当输入电压最大，负载电流最小时，IZ的值最大，但不应超过IZmax
2. 由于电容C的限制，为取得较平滑的输出电压，RL应取较大 的值，从而负载电流较小
结论：电容滤波电路适用于负载电流较小，负载变化不大的场合
2 电感滤波电路
T + u1 + u2 -
D4
D1
L RL + uo -
D3
D2
从信号角度分析，桥式整流电路的输出电压和电流都是正弦半 波，可将它们按付里叶级数分解为直流分量和交流分量的叠加 对直流分量: XL=0 ，电感相当于短路，电压全部降在RL上 对谐波分量: f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。 RL越小，RL上的交流分量就越小，滤波效果就越好 电感滤波电路适用于负载电阻较小，负载电流较大的场合
U Im ax U Z IZ I L min I Z max R
U Im ax U Z R I Z max I L min
当输入电压最小，负载电流最大时，IZ的值最小，但不应小于IZmin U Imin U Z U Im in U Z IZ I L max I Z min R R I Z min I L max U Im ax U Z U Imin U Z R R I Z max I L min I Z min I Lmax 如两式不能同时满足，则说明给 定条件已超出稳压管的工作范围， U I 这时应先更换稳压管或改善稳压 管的工作条件，再重新选择限流 电阻R。
O
6.3.2 稳压管的主要参数 1．稳压值UZ I Z 稳压管在正常工作时管子两端的电压 DZ 2．稳定电流IZ 能使稳压管正常工作的最小电流。 I<IZ时稳压效果较差。 3．额定功耗PZ 稳压管允许的最大平均功率,有的给出最大稳定电流IZM，PZ=IZMUZ
4．动态电阻rZ U Z rZ指稳压管两端电压与电流的变化量之比，定义式为： rZ I Z U 5．电压温度系数αu u 100% 对硅稳压管，稳压值在4V以下的，αu为负值，6V以上的，αu为正 值，稳压值在4V到6V之间，αu最小，αu一般不超过0.1%/℃。
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
RC π 型滤波电路
L
+
R
+
+
+
+
ui -
C
uo
-
u i C1
-
C2
uo
-
I/ mA
稳压管是一种用特殊工艺制造的面接触型硅二极管 6.3.1 稳压管的伏安特性 U Z UZ 稳压管工作在反向击穿区，UZ称为稳压值