第七、直流稳压电源(w)

时的波形
无滤波电容 时的波形
t
u1
u1
u2
D4
D1
S C D2 uo
D3
b uo
RL
t
u2上升， u2大于电容 上的电压uc，u2对电容 充电，uo= uc u2 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
规律下降，时间常数 = RL C
u1
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
（一） 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， 其电路如下图所示。
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3 C D2
S uo RL
b
桥式整流电容滤波电路
2 2U2
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
（三）二极管参数计算
uD
t 0

2
二极管上的平均电流：
1 iD = i o 2
U DRM = 2 2U2
二极管承受的最高反向电压：
三、单相桥式整流电路
（一）组成：由四个二极管组成桥路
u2
uo
（二）工作原理
1、u2正半周时电流通路
+
–
D1 、D4导通， D2、D3截止
u1
u2
D4
D1 D3
C
S uo RL
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。
D2
t
二极管中的 电流
t
2.电容滤波电路的特点
(1) 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)
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。
1 I D = Io 2
（选购时：二极管最大整流电流 2ID)
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
U DRM = 2U 2
（选购时：最高反向工作电压 2UDRM)
二、滤波电路
（三）二极管参数计算
uD
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
二、单相全波整流电路
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。
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。
以下主要讨 论线性稳压 电路。
二. 串联型稳压电源
1. 串联型稳压电源的构成
VO =VI-VR，
当VI↑→R↑ →VR↑→在一定程度上 抵消了VI增加对输出电压的影响。 若 负 载 电 阻 RL↓→ IL↑→R↓→VR↓→ 在 一 定 程 度 上 抵 消了因IL增加，对输出电压减小的 影响。 串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图
近似估算: Uo=1.2U2 (2) 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
(3) 二极管承受的最高反向电压
U DRM =
2U 2
(二） 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
8.3 三端集成稳压器
调整电路 恒流源 一. 输出电压固定的三端集成稳压器减流保护 78 、负电压 79 ） （正电压 启动电路
VI T1 T4 R4 T5 R9 T2 R3 T14 R2 DZ1 DZ2 R1 D2 R5 T6 R6 VREF T13 R7 T7 T8 R13 R8 VF T3 T9 T12 R15 IO R11 2 R12 VO DZ3 DZ4 T10 R14 R10 T11 1
忽略UBE2
例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求 输出电压的调节范围。
+ R3
T1
T2 UZ
R RW1
R1 RW RL
+
UI _
RW2 UB2 R 2
UO _
R1 R 2 RW 4.7 4.7 4.7 UOmin = UZ = 4.7 4=6V 4.7 RW R 2 R1 R 2 RW 4.7 4.7 4.7 = UOmax UZ = 4=12V 4.7 R2
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
其中一个二极管短路时电路分析 （二）、单向全波整流电路分析 其中一个二极管反向时电路分析 两个二极管都反向时电路分析 其中一个二极管断路时电路分析 其中一个二极管短路时电路分析 其中一个二极管反向时电路分析 四个二极管都反向时电路分析
（三）、单向桥式整流电路分析
集成硅整流桥：
+ – u2 ~ + ~ -
• 滤波电路:将脉动直流电压u3转变为较平滑的直流电压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。
7-1 整流电路
一. 单相半波整流电路
+ u2 >0 时: iioo + – 二极管导通，忽略二 极管正向压降，uo=u2 –
u2<0时: 二极管截止, uo=0 通常把二极管当作理想元件看待，即二极管的正向导通电 阻为零，反向截止电阻为无穷大；即等效为开关。 等效为开关。
uo
将RC – 型滤波器中的电阻换为电感，
变为LC – 型滤波器
7.2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，但 因学时有限， 这里不做介 绍。
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C
S uo RL
b RL未接入时(忽略整流电路内阻) u2
设t1时刻接 通电源 uo 整流电路为 电容充电
D2
t1
充电结束
uc
没有电容 t 时的输出 波形
t
u1
u1
u2
D4
D1 D3
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
五、理解滤波电路组成、原理
六、理解稳压电路的组成及实际应用 七、掌握集成稳压电源的应用
直流稳压电源的组成方框图
u1 u2 整 u 流 3 电 路 滤 u 4 波 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。
-5V
–
UI
+
CI 0.1~1F
Co 1µ F
Uo
+
1
2
3
1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端
输出正、负电压的稳压电路
输出电压可调的稳压电路
U XX I1 = R1
I1
R1
I 2 = I1 I 0
IQ
I2 R2
U 0 = U XX I 2 R2 = U XX
U XX ( I Q ) R2 R1
（一）单相全波整流电压波形
u2
2 3 t 4
0 +
uo
uD1 忽略二极管正向压降 0 ~ ： uD2
uD2 = 2u2
(二）输出（uo）、（io）的平均值
uo
t 0 2
Uo = =

1



0
uo d (t ) = = 0. 9 U2
1



0
2U2 sin td ( t)
（一）单相半波整流电压波形
u2
2 3 t 4
0
uo
uD
（二）输出（Uo）、（Io）的平均值
uo
t 0 2
1 1 2 Uo = 0 uo d (t ) = 2 2 2U2 = 0.45U2 =


0
2U2 Sint d ( t)

Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL
–
+
uo
整流电路的主要参数
(一)整流输出电压的平均值
负载电压 Uo的平均值为: uo
t
0 2
1 Uo = 2π

2π
0
uod ( t )
负载上的(平均)电流:
Uo Io = RL
(二)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。
第七章 直流稳压电源
学习目标
一、理解直流稳压电源的组成架构 二、理解单相半波整流电路的组成、原理 三、理解单向全波整流电路的组成、原理 四、理解单向桥式整流电路的组成、原理
五、理解滤波电路组成、原理
六、理解稳压电路的组成及实际应用 七、掌握集成稳压电源的应用
第七章 直流稳压电源
学习目标
一、理解直流稳压电源的组成架构 二、理解单相半波整流电路的组成、原理 三、理解单向全波整流电路的组成、原理 四、理解单向桥式整流电路的组成、原理
可见，调节R2可以改变输出电压。
3. 分立元件组成的串联式稳压电源 T1调整管
+ T1 T2 UZ
R1 、 RW 、R2采样电阻
R3
R RW1
R1
RW RL
+
UI
_
RW2 UB2 R 2
UO _
R3 、 T2比较放大 R 、 UZ基准电压
稳压原理
+
R3
UC2 （UB1 ）
T1 T2
R RW1
R1 RW
塑料封装W7800系列稳压器外形及典型接线图 +10V
+
1
W7805
2
3
+5V
+
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3V！
塑料封装W7900系列稳压器外形及典型接线图 -10V
–
2
W7905
1
3
D1
取 样 电 路
3
基准电压电路
过热保护
比较放大
常用的集成三端稳压器的类型
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
2、u2负半周时电流通路
-
+
D2、D3 导通， D1 、D4截止
（三）电路输出波形及二极管上电压波形
u2>0 时 D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路: a D1 RLD4b
t
t
u2<0 时
D2,D3导通 D1,D4截止 电流通路: b D2 RLD4a
u2
uo
uD2,uD3 uD1,uD4
R2 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ (1 ) U XX I Q R2 R1
整流输出电压平均值： Uo=0.9U2 负载电流平均值:
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 = 2 U 2
四、实际案例互动分析
二极管断路时电路分析
（一）、单向半波整流电路分析
二极管反向时电路分析
其中一个二极管断路时电路分析
在实际电路中，可变电阻 R 是用一个三极管来 替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的 管压降VCE，VCE相当于VR。
串联型稳压电源的构成： 调整管、放大环节、比较环节、基准电压源
串联型稳压电路方框图
2.工作原理
实质：电压负反馈
iC /mA
Q` Q
vCE/V
1．输入电压变化时
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
+
UI _
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
UBE2=（UB2-UZ） UC2 （UB1 ）
(3) 输出电压的确定和调节范围
+
R3 T1 T2 R RW1 R1 RW +
UI _
UZ
RW2 UB2 R 2
RL
UO
_
RW 2 R2 因为：UZ UBE 2 = UO R1 R2 RW R1 R2 RW ( = UBE 2 ) = R1 R2 RW UZ UZ 所以：UO RW 2 R2 RW 2 R2
2．负载电流变化时 RL↓→ IL↑→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
3.输出电压调节范围的计算
根据
Vf =
Vf≈VREF
Vo = Vf V REF FV FV
R2 R3 Vo = FVVo R1 R2 R3 R R '2 VO = (1 + 1 )VREF R3 R"2