电工电子技术_直流稳压电源

11.3
12
稳压二极管的稳压电路
图11.9 硅稳压管稳压电路
图11.10
稳压二极管的伏安特性
11.3
13
稳压二极管的稳压电路
1.电源电压不变、负载电阻变化时的稳压情况
如果输入电压Ui不变，而负载电阻RL减小，这时负载电流IL要增加， 电阻R上的电流IR＝IL＋IVS也有增加的趋势，则UR=IRR也趋于增大，这将 引起输出电压Uo=UVS略有减少，稳压管电流IVS将显著减少，IVS减少的量将 补偿IL要增加的量，使得IR基本保持不变，这样输出电压Uo＝Ui－IRR也就 基本稳定下来。同理，当负载电阻RL增大时，IL减小，IVS增加，保证了IR 基本不变，同样稳定了输出电压Uo。 2.负载电阻不变，电网电压的波动时的稳压情况 如果负载电阻RL不变，而电网电压的波动引起输入电压Ui升高时，电 路的传输作用使输出电压Uo（也就是稳压二极管两端的电压UVS）也趋于 上升，稳压管电流IVS将显著增大，于是电阻R上的电流IR＝IL＋IVS也增加 ，所以电压UR增大，即输入电压的增加量基本降落在电阻R上，从而使输 出电压Uo＝Ui－IRR也就基本稳定下来。同理，当输入电压降低时，输入 电压的减小量基本降落在电阻R上，从而使输出电压Uo＝Ui－IRR也就基本 稳定下来，达到稳压输出的目的。
电容滤波器
最简单的电容滤波 是在负载RL的两端并联 一只容量较大的电容器 ，如图11.5(a)所示。
图11.5
电容滤波电
11.2
9
滤波电路
11.2.2
RC-Π型滤波器
RC-Π型滤波器实际是在上述电容滤波器的基础上，再加一级RC滤波组成 的，可以多滤波一次，电路如图11.6所示。根据其电路结构的形状，称其为Π 型滤波电路。这种滤波器的输出电流的波形更加平滑，只要参数选择适当，同 样可以达到 Uo＝1.2U2
图11.7
电感滤波电路图
11.3
11
稳压二极管的稳压电路
经过整流、滤波后所得到的直流电压虽然已经比较平滑，但由于电路提供 的直流电压因电网电压波动、负载的变化等原因，往往会使电路输出的直流电 压不稳定。为了保证输出稳定的直流电压，须在整流、滤波后采取稳压措施， 即加上稳压电路。稳压电路的种类有：并联式稳压电路、串联式稳压电路、开 关稳压电路等多种，这里只介绍并联式稳压二极管稳压电路。
电工电子技术
第11章 直流稳压电源
2
知识点：
1.单相半波整流电路、单相桥式整流电路。 2.电容滤波电路、电感滤波电路。 3.稳压二极管稳压电路。 4.三端集成稳压器。
要求掌握：
1.单相半波整流和桥式整流电路的结构及工作原理。 2.电容、电感滤波电路的结构及工作原理。 3.稳压二极管稳压电路的工作原理。
6
整流电路
11.1.2
单相桥式整流电路
1.电路结构和工作原理 单相半波整流电路有明显不足，针对这些不足，在实践中又产生了桥式整 流电路，其电路如图11.3所示。该电路采用4个二极管，按电桥形式连接，故称 为桥式整流电路，它能够实现全波整流。 当u2是正半周时，二极管VD1和VD3导通，二 极管VD2和VD4截止，电流io自上而下地流过 负载RL，负载上得到了与u2正半周相同的 电压。当u2是负半周时，二极管VD2和VD4导 通，二极管VD1和VD3截止，电流io仍旧自上 而下地流过负载RL，负载上得到了与u2负 半周反相的电压，其电路工作的波形如图 11.4所示。从波形上可以看出，单相桥式 图11.3 单相桥式整流电路 整流比单相半波整流电路波形增加了一倍 。
11.4.1
3端集成稳压器的分类
按输出电压是否可调，三端集成稳压器可以分成固定式和可调式两种。
1.固定输出的3端集成稳压器 (1)正电压输出稳压器 常用的3端固定式正电压集成稳压器有78××系列，型号中的××两位数 字表示输出电压的稳定值，分别为5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V。例如 ，7812的输出电压为12V，7805的输出电压为5V。 按输出电流大小不同，又可以分为：CW78××系列，最大输出电流1～ 1.5A；CW78M××系列，最大输出电流为0.5A；CW78L××系列，最大输出电 流为100mA左右。
11.3.1
稳压二极管稳压电路的工作原理
稳压二极管稳压电路如图11.9所示。在图11.9中稳压管VS与负载RL并联， RL为变化值，在并联后与整流电路连接时，要串联一个限流电阻R，以确保电 路不会因电流过大而损坏元器件。由于稳压二极管VS与负载RL并联，所以也称 为并联稳压电路。 稳压二极管的伏安特性如图11.10所示。稳压二极管工作在反向击穿区( 图中AB段)，当反向击穿电压有微小变化时，会引起电流较大的变化。稳压二 极管稳压电路正是依靠该特性实现稳压的。
11.1
7
整流电路
2.单相桥式整流电路的指标 (1)输出电压、电流的平均值
(2)整流二极管平均整流电流
这个数值与单相半波整流相同。原因在于虽然是全波整流，但流经二极管 的电流仍旧是半个周期导通，半个周期截止。 (3)整流二极管承受的最大反向电压
综上所述，单相桥式整流二极管的个数比单相半波整流增加了，结果使得 负载上的电流、电压都比单相半波整流提高了1倍，其他参数没有变化。因此， 桥式整流电路得到了更广泛的应用。
图11.6 RC-Π型滤波器
11.2
10
滤波电路
11.2.3
电感滤波器
在整流电路与负载RL之间，串联一个电感L就可以构成一个简单的电感滤 波器，其电路如图11.7所示。 在整流后电压的变化引起负载的电流改变时，当电流增加时，自感电动势 的方向与电流方向相反，自感电动势阻碍电流的增加，同时将能量储存起来， 使电流增加缓慢；反之，当电流减小时，自感电动势的方向与电流的方向相同 ，自感电动势阻止电流的减小，同时将能量释放出来，使电流减小缓慢，因而 使负载电流和负载电压脉动大为减小。
图11.1 单相半波整流电路
11.1
5
整流电路
2.单相半波整流电路的技术指标 (1)输出电压、电流的平均值 单相半波整流不断重复上述过程，则整流输出电压为
(2)整流二极管平均整流电流IVD 流经二极管的电流等于负载电流为
(3)整流二极管承受的最大反向电压URM 二极管承受的最大反向电压为
11.1
图11.14
正负对称输出稳压电路
11.4
22
3端集成稳压器
小 结
详见249页
习 题
详见249页
电容C2用来改善输出电压中的纹波。跨接的电容C1是为了预防产生自激 振荡。
图11.11
可调输出稳压源标准电路
11.4
19
3端集成稳压器
11.4.2
W78××、W79××系列3端集成稳压电路的应用
1.基本应用 图11.12所示为3端固定输出集成稳压器的基本应用电路。只要把输入 电压Ui加到W7800的输入端，W7800的公共端接地，其输出端便能输出芯片 标称正电压Uo。图11.12中输入电容Ci用以抵消输入端较长接线的电感效应 ，防止产生自激振荡，接线不长时可以不用。输出端电容Co用以改善负载 的瞬态响应，减少高频噪声，Co的取值应随芯片输出电压的高低以及电路 的构成方式不同而异。一般地说，使用集成稳压器都需要考虑防止芯片自 激振荡及减小高频噪声。 用PNP型大功率管扩展输出电流的稳压器，如图11.13所示。输出电流 为晶体三极管的集电极与稳压器的输出电流之和。
11.2
8
滤波电路
交流电经过整流后，输出电压在方向上已经统一，没有了变化，但输出电 压波形仍旧保持输入正弦波的波形，输出电压起伏较大，为了得到平滑的直流 电压波形，必须采用滤波电路，以改善输出电压的脉动性。滤波电路的类型有 很多，下面只介绍常见的电容滤波器、RC-Π型滤波器和电感滤波器。
11.2.1
11.4
17
3端集成稳压器
(2)负电压输出稳压器 常用的3端固定式负电压集成稳压器有79××系列，型号中的××两位 数字表示输出电压的稳定值，与78××系列相对应，分别为-5V、-6V、-9V 、-12V、-15V、-18V、-24V。例如，7924的输出电压为-24V，7909的输出 电压为-9V。 与78××系列一样，按输出电流大小不同，又可以分为CW79××系列 、CW79M××系列、CW79L××系列。
11.3
14
稳压二极管的稳压电路
11.3.2
稳压二极管稳压电路的元器件选择
可以根据下列条件初选稳压二极管：
1.稳压二极管的选择
。 2.输入电压Ui的确定
当Ui增加时，会使稳压二极管的IVS增加，所以电流选择应适当大一些
Ui高，R大，稳定性能好，但损耗大。一般有 Ui＝(2～3)Uo (11.15)
11.4
20
3端集成稳压器
图11.12
固定稳压器的基本应用电路
图11.13
扩展输出电流的稳压电路
11.4
21
3端集成稳压器
Hale Waihona Puke Baidu
2.正负电压同时输出的稳压电路 图11.14所示是正负电压同时输出的稳压电路。当需要正负两组电源 输出时，可以采用W78××系列正压单片稳压器和W79××系列负压单片稳 压器各一块，按图11.14接线，构成正负两组电源。两芯片输入端分别加 上±20V的输入电压，输出端便能得到±15V的输出电压，输出电流为1A。 在图11.14中，VD1和VD2为集成稳压器的保护二极管。当负载接在两输出端 之间时，在工作过程中，如果某一芯片输入电压断开而没有输出，则另一 芯片的输出电压将通过负载加到没有输出的芯片的输出端，造成芯片坏死 。接入VD1和VD2起到钳位作用，保护芯片。
11.3
15
稳压二极管的稳压电路
3.限流电阻R的确定 选择R，主要确定阻值和功率。 (1)限流电阻R的阻值 在Ui最小且IL最大时，流过稳压二极管的电流最小，此时电流不能低 于稳压二极管最小稳定电流为
(2) 限流电阻R的功率PR
11.4
16
3端集成稳压器
三端集成稳压器有3个外接端子，分别接输入端、输出端和公共端，基 本不需要外接元器件，而且内部有限流保护、过热保护和过压保护电路， 使用更安全、方便。本节将以W78××系列和W79××系列3端固定输出集成 稳压器为例，介绍其分类、电路结构和使用方法。
2. 3端可调输出集成稳压器 前面介绍的78、79系列集成稳压电路，都是固定输出的稳压电源，它 们在实际应用中灵活性不够。实际应用中还有输出电压值可调的 CW117、 CW217、CW317、CW337和CW337L系列。 同样，也可以分为：3端可调正电压稳压器，如CW317，输出电压1.2 ～37V，输出电流为1.5A；3端可调负电压稳压器，如CW337，输出电压-1 2～-37V，输出电流为1.5A。
11.1
4
整流电路
整流电路可以把交流电利用二极管的单向导通原理整形为脉动的直流电。 在电子仪器中，直流电大都通过这种整流方式而获得。下面介绍相对简单的单 相半波整流电路和单相桥式整流电路。
11.1.1
单相半波整流电路
1.电路结构和工作原理 单相半波整流电路如图11.1所示 。图中，T为电源变压器，VD为整流 二极管，RL代表需要使用直流电源的 负载。为便于分析，假设整流二极管 为理想二极管（其正向电阻为零，反 向电阻无穷大），同时忽略变压器等 的内阻。在图11.1中，u1、u2分别表 示变压器的初级(输入)、次级(输出) 交流电压。
11.4
18
3端集成稳压器
3端可调集成稳压器的使用非常方便，只要在输出端接两个电阻，就可 以得到所要求的输出电压值，它的应用电路如图11.11所示，是可调输出稳 压源标准电路。在图11.11中，因CW117(CW217/CW317)的基准电压为1.25V ，这个电压在输出端2和调整端3之间，故输出电压只能从1.25V上调。一般 从CW117调整端流出的电流IADJ都很小，当I1≥IADJ时，可忽略。因此输出电 压表达式为
了解：
1.直流稳压电源的用途。 2.三端集成电路的基本结构和应用。
第11章 直流稳压电源
3 交流电源一般是220V、50Hz，但在许多电子仪器内部的电路中，都采用直流电源 供电，这就需要将交流电源变换成直流电源。将交流电变换成直流电流或直流电压的 电路称为直流稳压电源，它一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路4部分组 成。本章除了介绍整流、滤波和稳压电路外，还将介绍3端集成稳压器，它们在电子 仪器设备中应用较为广泛。