模拟电路第10章 直流电源图
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10.2 整流电路
• 图10.2.1 单相半波整流电路 • 图10.2.2 半波整流电路的波形图 • 图10.2.3 单相半波整流电路输出电压平均值 • 图10.2.4 单相桥式整流电路 • 图10.2.5 单相桥式整流电路的习惯画法 • 图10.2.6 单相桥式整流电路的波形图 • 图10.2.7 利用桥式整流电路实现正、负电源 • 图10.2.8 三相整流电路及其波形
I2 R1
R3 R1
恒流
恒流
R2 R2 ∴ UREF = UBE3 + I2 R2 = UBE3 + UT ---- ln ----
R3 R1
1K
KT R2 R2
= (UGO + T) + ---- ---- ln ----
q R3 R1
UGO：绝对温度 T = 0K 时破坏共价键所需的能量
正
( 禁带宽度、能带间隙 )
返回
图10.5.3 串联型稳压电路的方框图
返回
图10.5.4 用复合管作调整管
返回
图10.5.5 稳压管基准电压电路
返回
图10.5.6 零温度系数基准电压 电路及其等效电路
返回
图10.5.7 能隙基准电压电路
∵
I1 ≈ Is e
U--B-E-1
UT
，
I2 ≈ Is e
U--B-E2-
UT
∴
第十章 直流电源
• 10.1 直流电源的组成及各部分的作用 • 10.2 整流电路 • 10.3 滤波电路 • 10.4 稳压二极管及其稳压电路 • 10.5 串联型稳压电路 • 10.6 开关型稳压电路
返回
10.1 直流电源的组成及各部分的作用
• 图10.1.1 直流稳压电源的方框图
返回
图10.1.1 直流稳压电源的方框图
+
--1--3-V---300
)
=
0.646W
输出电压为 13V 时调整管功耗达最大 0.646W。
5、扩压：
VZ
+
VBE2
=
---R--W--2--+--R--2--R1 + RW + R2
(
VO –
E
)
VO
=
(VZ
+
VBE2)
-R--1-+---R--W--+---R--2 RW2 + R2
+
返回
P518 图10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路
稳压：
1、输入波动时输出稳定；
2、改变负载时输出不变；
UI↓→Uo↓→Iz↓→IR↓→UR↓→Uo↑ RL↓→Uo↓→Iz↓→IR↓→UR↓→Uo↑
↑
↑
空载时：U---I-–--U---o- Izmax；
加载时:
UI – Uo
Uo
---------- Izmin + ----
返回
P534 图10.5.10 调整管限流型过压过流保护电路
T17 过 压
保 护 管
调 整 管
T17 过流
返回
P535 图10.5.11 芯片过热保护电路
调
通
整
管
负温系数
正温系数
负温系数
常止
稳压集成块升温是调整管升温所至！
温度 E结导通电压
返回
P536 图10.5.12 7805电路原理图
恒流源负载
=
2mA
(固定)
稳压过程：
0 2mA max
RL VO VB2 IB2 IC2 IB1 IE1 VO
max IE1 = (1 + 1) max IB1 = (50 + 1) 2mA = 101mA
3、若 RL = 600 ，输出电压为多大时调整管功耗达最大？
PT= (VI - VO) IE1 =
• 图10.5.12 W7805电路原理图
• 图10.5.13 W7805电路中的稳压电路部分
• 图10.5.14 W7800的原理框图
下页 返回
10.5 串联型稳压电路（P2）
• 图10.5.15 W117的原理框图 • 图10.5.16 三端稳压器的外形和方框图 • 图10.5.17 W7800的基本应用电路 • 图10.5.18 一种输出电流扩展电路 • 图10.5.19 一种输出电压可调的稳压电路 • 图10.5.20 输出电压可调的实用稳压电路 • 图10.5.21 正、负输出稳压电路 • 图10.5.22 基准电压源电路 • 图10.5.23 典型应用电路 • 图10.5.24 W117的外加保护电路 • 图10.5.25 程序控制稳压电路
用较大 Io 维持 T2 通
过载故障排除后，可自行恢复正常工作。 RL↓
P533 图10.5.9 减流型过流保护电路及其输出特性
R2 VA = Ro Io + Vo ， VB = ---------- VA ， VBE2 = VB - Vo ，
R1 + R2
正常稳压状态下 Vo 恒定 ：
RL↓→Io↑→VA↑→VB↑→VBE2↑→Io 使 T2 通，而后固定 RL；
得：
VO
=
-1-2
(
VI
+
VZ
---R--’--R + R’
)
=
--12
(24V
+
5,3V
------3--0-0---------500 + 300
)
=
13V
PT
=
(VI
-
VO)
(
-V--O-----V--ZR
+
-V--OR’
)
=
(24V
–
13V)
(-1-3--V--–---5-.-3--V500
q R3 R1
UGO：绝对温度 T = 0K 时，破坏共价键所需的能量 ( 禁带宽度、能带间隙 ) ：PN 结温度系数
Si 材料： UGO = 1.205 V, = - ( 1.8 ~ 2.4 ) mV/K
则当调节 R1 R2 R3 比例使 UREF 与温度无关时，即可保证 Vo 的温度稳定性。
调
100
100
过
整
压
管
2.56V
过
常
热
止
启 动 时 通
3.4V
常止
比较
+
6K
-
过 0.3 流
UREF 取样 4.8V
+
I 1 1K
20K I 2
0.4V
-
恒流
6K
恒流
1K
RL
常电
止流
5K
提
升
管
基准电压
放大
∵ I1 = 20 I2 T1 T5 T10 T8 T9 中恒流基本相同
返回
若将取样电压设为能隙基准电压：
返回
图10.2.8 三相整流电路及其波形
最高电位管优先通！另两管止
= uAB
最低电位管优先通！另两管止
返回
10.3 滤波电路
• 图10.3.1 单相桥式整流电容滤波电路及稳态时的波形分析 • 图10.3.2 RLC不同时的uO的波形 • 图10.3.3 电容滤波电路输出电压平均值的分析 • 图10.3.4 电容滤波电路中二极管的电流和导通角 • 图10.3.5 电容滤波电路的输出特性和滤波特性 • 图10.3.6 二倍压整流电路 • 图10.3.7 多倍压整流电路 • 图10.3.8 单相桥式整流电感滤波电路 • 图10.3.9 复式滤波电路
R1 + R2 （T2 通时基流较小，可忽略）
（
Vo
短路时
Io
VA ≈---- ≈
----(-V--o--n-/--R--2-)--(-R--1--+--R）2)
Ro
Ro
但 IC2↑→Vo↓速度减缓，最终T2 导通至某种程度平衡下来， ∴ 用较小 Io 即可维持 T2 通。 过载故障排除后，可自行恢复正常工作。
R
500
比较
T2
com
取样 300
RW1 RW2
RW
100
RL
基准 UZ
R2
5V3
200
公共端电流很小
E
1、直流输出范围： 12V < VO < 18V
RW RW
滑至上端： 滑至下端：
VZ VZ
+ +
VBE2 VBE2
= =
wk.baidu.com
---R--W---+--R--2---R--1--+---RR-W-2--+--R--2R1 + RW + R2
返回
P524 图10.5.1 基本调整管稳压电路
返回
输出电压可调
RB
输出电压可调的实际串联式线性稳压电源
调整
+ RB
UI
-
R
比较 取样
T2
基准
DZ
串联式：调整管与负载串联；线性：调整管工作在放大状态
三端式稳压电源
in 78 XX out
输入电流 负载电流
UI
24V
RB
5K6
调整 IE1
金属膜电阻
UREF = UBE4 + UBE3 + I2 R2 + UBE5 + UBE6 ( T3 、T4 、T5 、T6 特性相同 )
R2 R2
KT R2 R2
= 4UBE + UT ---- ln ---- = 4 (UGO + T) + ---- ---- ln ----
R3 R1
q R3 R1
(正) (负) K R2 R2 = 4UGO + [ 4 + --- ---- ln ---- ] T = 4UGO = 4 1.205 V = 4.82 V
返回
图10.3.6 二倍压整流电路
返回
图10.3.7 多倍压整流电路
返回
图10.3.8 单相桥式整流电感滤波电路
返回
图10.3.9 复式滤波电路
返回
10.4 稳压二极管及其稳压电路
• 图10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路 • 图10.4.2 稳压管的伏安特性 • 图10.4.3 稳压管稳压电路的交流等效电路
Rmin
Rmax
RL
返回
图10.4.2 稳压管的伏安特性
返回
图10.4.3 稳压管稳压电路的交流等效电路
返回
10.5 串联型稳压电路（P1）
• 图10.5.1 基本调整管稳压电路
• 图10.5.2 具有放大环节的串联型稳压电路
• 图10.5.3 串联型稳压电路的方框图
• 图10.5.4 用复合管作调整管
返回
P510 图10.3.1 单相桥式整流电容滤波电路 及稳态时的波形分析
整流电路内阻上的压降
返回
P511 图10.3.2 RLC不同时的uO的波形
返回
图10.3.3 电容滤波电路输出电压 平均值的分析
返回
图10.3.4 电容滤波电路中二极管 的电流和导通角
返回
图10.3.5 电容滤波电路的 输出特性和滤波特性
∴
Vo
=
(
1
+
R20 -----
• 图10.5.5 稳压管基准电压电路
• 图10.5.6 零温度系数基准电压电路及其等效电路
• 图10.5.7 能隙基准电压电路
• 图10.5.8 限流型过流保护电路及其输出特性
• 图10.5.9 截流型过流保护电路及其输出特性
• 图10.5.10 调整管的安全工作区保护电路
• 图10.5.11 芯片过热保护电路
I2
R3
≈
UBE1
–
UBE2
≈
UT
ln
I1 ----
I2
∴
I2
R2
≈
R2 ---- UT
ln
I1 ---
R3
I2
1K
20K
小 大小大 ∵ UBE1 + I1 R1 = UBE3 + I2 R2 ∴ I1 R1 = I2 R2
∴
I1 ---
=
R2 ----
∴
I2
R2
≈
UT
R2 ---- ln
R2 ----
E
P541 图10.5.17 W7800的基本应用电路
D 作用：对高 UO 稳压器，当输入短路时为 CO 提供放电回路，
防止内部调整管 E 结被反向击穿。 注：不充许与工作电流相反方向的任何电流流经稳压块！
稳压电源属深反馈电路，故需 Ci 、 CO 消除高频自激。
返回
图10.5.2 具有放大环节的串联型稳压电路
(VI
-
VO)
(
-V--O-----V--ZR
+
-V--OR’
)
R’ = (R1 + RW + R2 ) || RL = 300
令 0 = -d--P--T- = - (-V--O-----V--Z- +
d VO
R
-V--O- ) R’
+
(VI - VO)
11 ( -R-- + -R--’- )
此后：IC2↑→IB1↓→Io↓→VA↓→VB↓、Vo↓→VBE2↑
↑
∣
∵ VB 下降慢，Vo下降快，∴ 趋势：VBE2↑：
用较小 Io 维持 T2 通
RL Vo = ----------- VA ≈ VA
(∵Ro << RL)
Ro + RL
R2 VB = ----------- VA
∴ΔVB ＜ΔVA≈ΔVo
负 K R2 R2 = UGO + ( + --- ---- ln ---- ) T = UGO
：PN 结温度系数
q R3 R1
Si 材料：UGO = 1.205 V, = - ( 1.8 ~ 2.4 ) mV/K
UREF 具有温度稳定性!
P532 图10.5.8 限流型过流保护电路及其输出特性
返回
P503 图10.2.1 单相半波整流电路
图10.2.2 半波整流电路的波形图
返回
图10.2.3 单相半波整流电路 输出电压平均值
返回
图10.2.4 单相桥式整流电路
返回
P506 图10.2.5 单相桥式整流电路的习惯画法
+ +
返回
图10.2.6 单相桥式整流电路的波形图
返回
P508 图10.2.7 利用桥式整流电路 实现正、负电源
VO VO
， ，
2、若 1 = 50，计算能稳压输出 12V 的最大 IE1 ?
VO = 12V VO = 18V
IB1
+
IC2
=
IRB
=
-V--I----(-V--O---+--0-.-7--V--)-RB
=
24V – (12V + 0.7V) -------------------------
5.6K
10.2 整流电路
• 图10.2.1 单相半波整流电路 • 图10.2.2 半波整流电路的波形图 • 图10.2.3 单相半波整流电路输出电压平均值 • 图10.2.4 单相桥式整流电路 • 图10.2.5 单相桥式整流电路的习惯画法 • 图10.2.6 单相桥式整流电路的波形图 • 图10.2.7 利用桥式整流电路实现正、负电源 • 图10.2.8 三相整流电路及其波形
I2 R1
R3 R1
恒流
恒流
R2 R2 ∴ UREF = UBE3 + I2 R2 = UBE3 + UT ---- ln ----
R3 R1
1K
KT R2 R2
= (UGO + T) + ---- ---- ln ----
q R3 R1
UGO：绝对温度 T = 0K 时破坏共价键所需的能量
正
( 禁带宽度、能带间隙 )
返回
图10.5.3 串联型稳压电路的方框图
返回
图10.5.4 用复合管作调整管
返回
图10.5.5 稳压管基准电压电路
返回
图10.5.6 零温度系数基准电压 电路及其等效电路
返回
图10.5.7 能隙基准电压电路
∵
I1 ≈ Is e
U--B-E-1
UT
，
I2 ≈ Is e
U--B-E2-
UT
∴
第十章 直流电源
• 10.1 直流电源的组成及各部分的作用 • 10.2 整流电路 • 10.3 滤波电路 • 10.4 稳压二极管及其稳压电路 • 10.5 串联型稳压电路 • 10.6 开关型稳压电路
返回
10.1 直流电源的组成及各部分的作用
• 图10.1.1 直流稳压电源的方框图
返回
图10.1.1 直流稳压电源的方框图
+
--1--3-V---300
)
=
0.646W
输出电压为 13V 时调整管功耗达最大 0.646W。
5、扩压：
VZ
+
VBE2
=
---R--W--2--+--R--2--R1 + RW + R2
(
VO –
E
)
VO
=
(VZ
+
VBE2)
-R--1-+---R--W--+---R--2 RW2 + R2
+
返回
P518 图10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路
稳压：
1、输入波动时输出稳定；
2、改变负载时输出不变；
UI↓→Uo↓→Iz↓→IR↓→UR↓→Uo↑ RL↓→Uo↓→Iz↓→IR↓→UR↓→Uo↑
↑
↑
空载时：U---I-–--U---o- Izmax；
加载时:
UI – Uo
Uo
---------- Izmin + ----
返回
P534 图10.5.10 调整管限流型过压过流保护电路
T17 过 压
保 护 管
调 整 管
T17 过流
返回
P535 图10.5.11 芯片过热保护电路
调
通
整
管
负温系数
正温系数
负温系数
常止
稳压集成块升温是调整管升温所至！
温度 E结导通电压
返回
P536 图10.5.12 7805电路原理图
恒流源负载
=
2mA
(固定)
稳压过程：
0 2mA max
RL VO VB2 IB2 IC2 IB1 IE1 VO
max IE1 = (1 + 1) max IB1 = (50 + 1) 2mA = 101mA
3、若 RL = 600 ，输出电压为多大时调整管功耗达最大？
PT= (VI - VO) IE1 =
• 图10.5.12 W7805电路原理图
• 图10.5.13 W7805电路中的稳压电路部分
• 图10.5.14 W7800的原理框图
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10.5 串联型稳压电路（P2）
• 图10.5.15 W117的原理框图 • 图10.5.16 三端稳压器的外形和方框图 • 图10.5.17 W7800的基本应用电路 • 图10.5.18 一种输出电流扩展电路 • 图10.5.19 一种输出电压可调的稳压电路 • 图10.5.20 输出电压可调的实用稳压电路 • 图10.5.21 正、负输出稳压电路 • 图10.5.22 基准电压源电路 • 图10.5.23 典型应用电路 • 图10.5.24 W117的外加保护电路 • 图10.5.25 程序控制稳压电路
用较大 Io 维持 T2 通
过载故障排除后，可自行恢复正常工作。 RL↓
P533 图10.5.9 减流型过流保护电路及其输出特性
R2 VA = Ro Io + Vo ， VB = ---------- VA ， VBE2 = VB - Vo ，
R1 + R2
正常稳压状态下 Vo 恒定 ：
RL↓→Io↑→VA↑→VB↑→VBE2↑→Io 使 T2 通，而后固定 RL；
得：
VO
=
-1-2
(
VI
+
VZ
---R--’--R + R’
)
=
--12
(24V
+
5,3V
------3--0-0---------500 + 300
)
=
13V
PT
=
(VI
-
VO)
(
-V--O-----V--ZR
+
-V--OR’
)
=
(24V
–
13V)
(-1-3--V--–---5-.-3--V500
q R3 R1
UGO：绝对温度 T = 0K 时，破坏共价键所需的能量 ( 禁带宽度、能带间隙 ) ：PN 结温度系数
Si 材料： UGO = 1.205 V, = - ( 1.8 ~ 2.4 ) mV/K
则当调节 R1 R2 R3 比例使 UREF 与温度无关时，即可保证 Vo 的温度稳定性。
调
100
100
过
整
压
管
2.56V
过
常
热
止
启 动 时 通
3.4V
常止
比较
+
6K
-
过 0.3 流
UREF 取样 4.8V
+
I 1 1K
20K I 2
0.4V
-
恒流
6K
恒流
1K
RL
常电
止流
5K
提
升
管
基准电压
放大
∵ I1 = 20 I2 T1 T5 T10 T8 T9 中恒流基本相同
返回
若将取样电压设为能隙基准电压：
返回
图10.2.8 三相整流电路及其波形
最高电位管优先通！另两管止
= uAB
最低电位管优先通！另两管止
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10.3 滤波电路
• 图10.3.1 单相桥式整流电容滤波电路及稳态时的波形分析 • 图10.3.2 RLC不同时的uO的波形 • 图10.3.3 电容滤波电路输出电压平均值的分析 • 图10.3.4 电容滤波电路中二极管的电流和导通角 • 图10.3.5 电容滤波电路的输出特性和滤波特性 • 图10.3.6 二倍压整流电路 • 图10.3.7 多倍压整流电路 • 图10.3.8 单相桥式整流电感滤波电路 • 图10.3.9 复式滤波电路
R1 + R2 （T2 通时基流较小，可忽略）
（
Vo
短路时
Io
VA ≈---- ≈
----(-V--o--n-/--R--2-)--(-R--1--+--R）2)
Ro
Ro
但 IC2↑→Vo↓速度减缓，最终T2 导通至某种程度平衡下来， ∴ 用较小 Io 即可维持 T2 通。 过载故障排除后，可自行恢复正常工作。
R
500
比较
T2
com
取样 300
RW1 RW2
RW
100
RL
基准 UZ
R2
5V3
200
公共端电流很小
E
1、直流输出范围： 12V < VO < 18V
RW RW
滑至上端： 滑至下端：
VZ VZ
+ +
VBE2 VBE2
= =
wk.baidu.com
---R--W---+--R--2---R--1--+---RR-W-2--+--R--2R1 + RW + R2
返回
P524 图10.5.1 基本调整管稳压电路
返回
输出电压可调
RB
输出电压可调的实际串联式线性稳压电源
调整
+ RB
UI
-
R
比较 取样
T2
基准
DZ
串联式：调整管与负载串联；线性：调整管工作在放大状态
三端式稳压电源
in 78 XX out
输入电流 负载电流
UI
24V
RB
5K6
调整 IE1
金属膜电阻
UREF = UBE4 + UBE3 + I2 R2 + UBE5 + UBE6 ( T3 、T4 、T5 、T6 特性相同 )
R2 R2
KT R2 R2
= 4UBE + UT ---- ln ---- = 4 (UGO + T) + ---- ---- ln ----
R3 R1
q R3 R1
(正) (负) K R2 R2 = 4UGO + [ 4 + --- ---- ln ---- ] T = 4UGO = 4 1.205 V = 4.82 V
返回
图10.3.6 二倍压整流电路
返回
图10.3.7 多倍压整流电路
返回
图10.3.8 单相桥式整流电感滤波电路
返回
图10.3.9 复式滤波电路
返回
10.4 稳压二极管及其稳压电路
• 图10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路 • 图10.4.2 稳压管的伏安特性 • 图10.4.3 稳压管稳压电路的交流等效电路
Rmin
Rmax
RL
返回
图10.4.2 稳压管的伏安特性
返回
图10.4.3 稳压管稳压电路的交流等效电路
返回
10.5 串联型稳压电路（P1）
• 图10.5.1 基本调整管稳压电路
• 图10.5.2 具有放大环节的串联型稳压电路
• 图10.5.3 串联型稳压电路的方框图
• 图10.5.4 用复合管作调整管
返回
P510 图10.3.1 单相桥式整流电容滤波电路 及稳态时的波形分析
整流电路内阻上的压降
返回
P511 图10.3.2 RLC不同时的uO的波形
返回
图10.3.3 电容滤波电路输出电压 平均值的分析
返回
图10.3.4 电容滤波电路中二极管 的电流和导通角
返回
图10.3.5 电容滤波电路的 输出特性和滤波特性
∴
Vo
=
(
1
+
R20 -----
• 图10.5.5 稳压管基准电压电路
• 图10.5.6 零温度系数基准电压电路及其等效电路
• 图10.5.7 能隙基准电压电路
• 图10.5.8 限流型过流保护电路及其输出特性
• 图10.5.9 截流型过流保护电路及其输出特性
• 图10.5.10 调整管的安全工作区保护电路
• 图10.5.11 芯片过热保护电路
I2
R3
≈
UBE1
–
UBE2
≈
UT
ln
I1 ----
I2
∴
I2
R2
≈
R2 ---- UT
ln
I1 ---
R3
I2
1K
20K
小 大小大 ∵ UBE1 + I1 R1 = UBE3 + I2 R2 ∴ I1 R1 = I2 R2
∴
I1 ---
=
R2 ----
∴
I2
R2
≈
UT
R2 ---- ln
R2 ----
E
P541 图10.5.17 W7800的基本应用电路
D 作用：对高 UO 稳压器，当输入短路时为 CO 提供放电回路，
防止内部调整管 E 结被反向击穿。 注：不充许与工作电流相反方向的任何电流流经稳压块！
稳压电源属深反馈电路，故需 Ci 、 CO 消除高频自激。
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图10.5.2 具有放大环节的串联型稳压电路
(VI
-
VO)
(
-V--O-----V--ZR
+
-V--OR’
)
R’ = (R1 + RW + R2 ) || RL = 300
令 0 = -d--P--T- = - (-V--O-----V--Z- +
d VO
R
-V--O- ) R’
+
(VI - VO)
11 ( -R-- + -R--’- )
此后：IC2↑→IB1↓→Io↓→VA↓→VB↓、Vo↓→VBE2↑
↑
∣
∵ VB 下降慢，Vo下降快，∴ 趋势：VBE2↑：
用较小 Io 维持 T2 通
RL Vo = ----------- VA ≈ VA
(∵Ro << RL)
Ro + RL
R2 VB = ----------- VA
∴ΔVB ＜ΔVA≈ΔVo
负 K R2 R2 = UGO + ( + --- ---- ln ---- ) T = UGO
：PN 结温度系数
q R3 R1
Si 材料：UGO = 1.205 V, = - ( 1.8 ~ 2.4 ) mV/K
UREF 具有温度稳定性!
P532 图10.5.8 限流型过流保护电路及其输出特性
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P503 图10.2.1 单相半波整流电路
图10.2.2 半波整流电路的波形图
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图10.2.3 单相半波整流电路 输出电压平均值
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图10.2.4 单相桥式整流电路
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P506 图10.2.5 单相桥式整流电路的习惯画法
+ +
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图10.2.6 单相桥式整流电路的波形图
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P508 图10.2.7 利用桥式整流电路 实现正、负电源
VO VO
， ，
2、若 1 = 50，计算能稳压输出 12V 的最大 IE1 ?
VO = 12V VO = 18V
IB1
+
IC2
=
IRB
=
-V--I----(-V--O---+--0-.-7--V--)-RB
=
24V – (12V + 0.7V) -------------------------
5.6K