电子技术基础第十章 直流电源
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第十章 直流电源
10.1 直流电源的组成及 各部分的作用
图10.1.1
10.2 整流电源
10.2.1 整流电路的分析方法及基本参数 一、工作原理
图10.2.1
图10.2.2
二、主要参数
图10.2.3 1、输出电压平均值
2、负载电流平均值
3、整流输出电压的脉动系数
对于半波整流，可得
三、二极管的选择
三、脉动系数 输出交流分量基波峰-峰值为(Uomax-Uomin)， 而基波峰值为
所以，脉动系数为
四、整流二极管的导通角
图10.3.4
五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性
图10.3.5
10.3.2 倍压整流电路
图10.3.6
多倍压整流电路
图10.3.7
10.3.3 其它形式的滤波电路 一、电感滤波电路
图10.5.12
图10.5.13
UREF=4Ugo =4.82V
图10.5.14
二、W117三端稳压器
图10.5.15
UREF的典型值为1.25V
10.5.4 三端稳压器的应用 一、三端稳压器的外形和方框图
图10.5.16
(a)为金属封装，(b)为塑料封装。
二、W7800的应用 1、基本应用电路
1、稳压管稳压电路
UREF=UBE+UZ
图10.5.5
2、能隙基准电压电路 UREF=UBE3+I2R2
≈UBE3+ 图10.5.7
上式中UBE的温度系数α为负值，且α=dUBE／dT =﹣(1.8～2.4)mV／K，Ugo为硅材料在0K时外推禁带 宽度（能带间隙）的电压值，根据PN结的分析，其 值为 Ugo=1.205V
IR、UO 基本不变
10.4.3 稳压管稳压电路的性能指标 稳压系数Sr和输出电阻Ro。
图10.4.3
10.4.4 电路参数的选择 1、稳压电路输入电压UI的选择 UI=(2～3)UO
2、稳压管的选择 UZ=UO; IZM－IZ＞ILmax－ILmin; IZM≥ILmax+IZ
3、限流电阻R的选择
图10.4.1
图10.4.2
若保证
，则输出电压 UO 就基本稳定。
10.4.2 稳压原理 电网电压↑→UI↑→UO(UZ) ↑→IDZ↑→IR↑→UR↑
UO↓
电网电压↓→UI↓→UO(UZ) ↓→IDZ↓→IR↓→UR↓ UO↑ RL↓→UO(UZ) ↓→IDZ↓→IR↓→△IDZ≈－△IL IL↓→IR↑
10.6.2 串联开关型稳压电路 一、换能电路的基本原理
图10.6.1 UI为未经稳压的直流电压， T为调整管（开关管），L、C 为滤波电路，D为续流二极管。 图10.6.2
所以，UBE3=Ugo+αT
UREF=Ugo+αT+
选择合适的系数，使上式的第二项和第三项 互相抵消，则
UREF=Ugo
二、保护电路
1、过流保护电路
限流型
截流型
图10.5.8
图10.5.9
2、调整管的安 全工作区保 护电路
图10.5.10
3、芯片过热 保护电路
图10.5.11
10.5.3 集成稳压器电路 一、W7800三端稳压器
图10.5.25
10.6 开关型稳压电路
10.6.1 开关型稳压电路的特点及分类 一、特点
无工频变压器，可直接从电网整流供电。 功耗小、体积小、重量轻。特别适用于大功率 且负载固定、输出电压调节范围不大的场合。
二、分类
按调整管与负载连接方式分为串联型和并联型； 按控制方式分为脉冲宽度调制型（PWM）、 脉 冲频率调制型（PFM）和混合调制型； 按调整管是否参与振荡分为自激式和它激式； 按开关管的类型分为晶体管、VMOS管和晶闸管型。
图10.5.17
2、扩大输出电流 的稳压电路 Ilmax=(1+β)(Iomax-IR) 图10.5.18
3、输出电压可调的稳压电源
图10.5.19
输出电压可调的实用稳压电路
图10.5.20
设R1=R2=R3=300Ω， 电压的调节范围为18～36V。
，则输出
4、正、负输出稳压电路
图10 5.21
10.5 串联型稳压电路
10.5.1 串联型稳压电路的工作原理 一、基本调整管电路 调整管的基极 电位UB固定， 当输出电压UO 不稳时，引起 UBE的变化，而 UCE的变化和UBE 的变化是反相的， 因而能够使得输 出电压UO基本保 图10.5.1 持不变。
二、具有放大环节的串联型稳压电路
1、电路构成
图10.3.8
如果电感的电阻为R，则输出电压平均值为
输出电压的交流分量为
Байду номын сангаас
二、复式滤波电路
图10.3.9
三、各种滤波电路的比较
电容 UO(AV) ／U2 θ 适用场合
电感
LC
RC、LC或π
1.2
小
0.9
大
0.9
大 适应性强
1.2
小 小电流
小电流 大电流
10.4 稳压二极管稳压电路
10.4.1 稳压管稳压电路的组成
1、正向平均电流
2、最大反向电压
选择二极管的最大整流平均电流IF和最高 反向工作电压UR时均应至少留有10％的 余量。
10.2.2 单相桥式整流电路 一、单相桥式整流电路的组成
图10.2.5
图10.2.4
图10.2.6
二、工作原理 三、输出电压平均值UO(AV)和输出电流 平均值IO(AV)
四、二极管的选择
2、稳压原理 UO↑→UN↑→UB↓→UO↓ UO↓→UN↓→UB↓→UO↑
图10.5.2
3、输出电压的可调范围
4、调整管的选择
ICM＞Ilmax U(BR)CEO＞UImax－Uomin PCM＞Ilmax(UImax－Uomin)
三、串联型稳压电路的方框图
图10.5.3
图10.5.4
10.5.2 集成稳压器中的基准电压电路和保护电路 一、基准电压电路
两只二极管起保护作用。当正或负电源未接 入输入电压时，相应的二极管导通，使输出端嵌 位在0.7V左右，从而保护其不至于损坏。
三、W117的应用
1、基准电压源电路
1.25V 1.5A
图10.5.22
2、典型应用电路
图8.5.23
外加保护电路的W117典型应用电路
图10.5.24
3、程序控制稳压电路
图10.2.7是利用桥式整流电路实现正、负电源的电路； 图10.2.8是三相桥式整流电路。
图10.2.7
图10.2.8
10.3 滤波电路
10.3.1 电容滤波电路 一、滤波原理
图10.3.2
图10.3.1
二、输出电压平均值
按相似三角形关系可得
图10.3.3
当RL=∞时， UO(AV)=
；当RLC=(3～5)T／2 时，
10.1 直流电源的组成及 各部分的作用
图10.1.1
10.2 整流电源
10.2.1 整流电路的分析方法及基本参数 一、工作原理
图10.2.1
图10.2.2
二、主要参数
图10.2.3 1、输出电压平均值
2、负载电流平均值
3、整流输出电压的脉动系数
对于半波整流，可得
三、二极管的选择
三、脉动系数 输出交流分量基波峰-峰值为(Uomax-Uomin)， 而基波峰值为
所以，脉动系数为
四、整流二极管的导通角
图10.3.4
五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性
图10.3.5
10.3.2 倍压整流电路
图10.3.6
多倍压整流电路
图10.3.7
10.3.3 其它形式的滤波电路 一、电感滤波电路
图10.5.12
图10.5.13
UREF=4Ugo =4.82V
图10.5.14
二、W117三端稳压器
图10.5.15
UREF的典型值为1.25V
10.5.4 三端稳压器的应用 一、三端稳压器的外形和方框图
图10.5.16
(a)为金属封装，(b)为塑料封装。
二、W7800的应用 1、基本应用电路
1、稳压管稳压电路
UREF=UBE+UZ
图10.5.5
2、能隙基准电压电路 UREF=UBE3+I2R2
≈UBE3+ 图10.5.7
上式中UBE的温度系数α为负值，且α=dUBE／dT =﹣(1.8～2.4)mV／K，Ugo为硅材料在0K时外推禁带 宽度（能带间隙）的电压值，根据PN结的分析，其 值为 Ugo=1.205V
IR、UO 基本不变
10.4.3 稳压管稳压电路的性能指标 稳压系数Sr和输出电阻Ro。
图10.4.3
10.4.4 电路参数的选择 1、稳压电路输入电压UI的选择 UI=(2～3)UO
2、稳压管的选择 UZ=UO; IZM－IZ＞ILmax－ILmin; IZM≥ILmax+IZ
3、限流电阻R的选择
图10.4.1
图10.4.2
若保证
，则输出电压 UO 就基本稳定。
10.4.2 稳压原理 电网电压↑→UI↑→UO(UZ) ↑→IDZ↑→IR↑→UR↑
UO↓
电网电压↓→UI↓→UO(UZ) ↓→IDZ↓→IR↓→UR↓ UO↑ RL↓→UO(UZ) ↓→IDZ↓→IR↓→△IDZ≈－△IL IL↓→IR↑
10.6.2 串联开关型稳压电路 一、换能电路的基本原理
图10.6.1 UI为未经稳压的直流电压， T为调整管（开关管），L、C 为滤波电路，D为续流二极管。 图10.6.2
所以，UBE3=Ugo+αT
UREF=Ugo+αT+
选择合适的系数，使上式的第二项和第三项 互相抵消，则
UREF=Ugo
二、保护电路
1、过流保护电路
限流型
截流型
图10.5.8
图10.5.9
2、调整管的安 全工作区保 护电路
图10.5.10
3、芯片过热 保护电路
图10.5.11
10.5.3 集成稳压器电路 一、W7800三端稳压器
图10.5.25
10.6 开关型稳压电路
10.6.1 开关型稳压电路的特点及分类 一、特点
无工频变压器，可直接从电网整流供电。 功耗小、体积小、重量轻。特别适用于大功率 且负载固定、输出电压调节范围不大的场合。
二、分类
按调整管与负载连接方式分为串联型和并联型； 按控制方式分为脉冲宽度调制型（PWM）、 脉 冲频率调制型（PFM）和混合调制型； 按调整管是否参与振荡分为自激式和它激式； 按开关管的类型分为晶体管、VMOS管和晶闸管型。
图10.5.17
2、扩大输出电流 的稳压电路 Ilmax=(1+β)(Iomax-IR) 图10.5.18
3、输出电压可调的稳压电源
图10.5.19
输出电压可调的实用稳压电路
图10.5.20
设R1=R2=R3=300Ω， 电压的调节范围为18～36V。
，则输出
4、正、负输出稳压电路
图10 5.21
10.5 串联型稳压电路
10.5.1 串联型稳压电路的工作原理 一、基本调整管电路 调整管的基极 电位UB固定， 当输出电压UO 不稳时，引起 UBE的变化，而 UCE的变化和UBE 的变化是反相的， 因而能够使得输 出电压UO基本保 图10.5.1 持不变。
二、具有放大环节的串联型稳压电路
1、电路构成
图10.3.8
如果电感的电阻为R，则输出电压平均值为
输出电压的交流分量为
Байду номын сангаас
二、复式滤波电路
图10.3.9
三、各种滤波电路的比较
电容 UO(AV) ／U2 θ 适用场合
电感
LC
RC、LC或π
1.2
小
0.9
大
0.9
大 适应性强
1.2
小 小电流
小电流 大电流
10.4 稳压二极管稳压电路
10.4.1 稳压管稳压电路的组成
1、正向平均电流
2、最大反向电压
选择二极管的最大整流平均电流IF和最高 反向工作电压UR时均应至少留有10％的 余量。
10.2.2 单相桥式整流电路 一、单相桥式整流电路的组成
图10.2.5
图10.2.4
图10.2.6
二、工作原理 三、输出电压平均值UO(AV)和输出电流 平均值IO(AV)
四、二极管的选择
2、稳压原理 UO↑→UN↑→UB↓→UO↓ UO↓→UN↓→UB↓→UO↑
图10.5.2
3、输出电压的可调范围
4、调整管的选择
ICM＞Ilmax U(BR)CEO＞UImax－Uomin PCM＞Ilmax(UImax－Uomin)
三、串联型稳压电路的方框图
图10.5.3
图10.5.4
10.5.2 集成稳压器中的基准电压电路和保护电路 一、基准电压电路
两只二极管起保护作用。当正或负电源未接 入输入电压时，相应的二极管导通，使输出端嵌 位在0.7V左右，从而保护其不至于损坏。
三、W117的应用
1、基准电压源电路
1.25V 1.5A
图10.5.22
2、典型应用电路
图8.5.23
外加保护电路的W117典型应用电路
图10.5.24
3、程序控制稳压电路
图10.2.7是利用桥式整流电路实现正、负电源的电路； 图10.2.8是三相桥式整流电路。
图10.2.7
图10.2.8
10.3 滤波电路
10.3.1 电容滤波电路 一、滤波原理
图10.3.2
图10.3.1
二、输出电压平均值
按相似三角形关系可得
图10.3.3
当RL=∞时， UO(AV)=
；当RLC=(3～5)T／2 时，