第七章 直流稳压电源 §7.1 直流稳压电源的组成和功能 §7.2 单相整流电路 §7.3 滤波电路 §7.4 稳压电路

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1 第七章 直流稳压电源 §7.1 直流稳压电源的组成和功能 §7.2 单相整流电路 §7.3 滤波电路 §7.4 稳压电路 §7.5 集成稳压电源

2 §7.1 直流稳压电源的组成和功能 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 u1 u2 u3 u4 uo 整 流 电 路
§7.1 直流稳压电源的组成和功能 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 u1 u2 u3 u4 uo 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 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。 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压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u0的稳定。

3 §7.2 单相整流电路 整流电路的任务是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。下面主要介绍前三种。 为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

4 §7.2.1 单相半波整流电路的工作原理 二极管导通 u1 u2 a T b D RL u0 u2>0时，二极管导通。 i0 忽略二极管正向压降： u0=u2

5 §7.2.1 单相半波整流电路的工作原理 二极管截止 u1 u2 a T b D RL u0 u2<0时，二极管截止,输出电流为0。 i0 u0=0

6 输出电压波形与大小 u1 u2 a T b D RL u0 i0 输出电压波形： uo 输出电压平均值（U0）：

7 输出电压波形与大小 u1 u2 a T b D RL u0 i0 输出电压波形： uo 二极管上承受的最高电压： 二极管上的平均电流： ID=I0

8 §7.2.2 单相全波整流电路的工作原理 u1 u2 a T b D1 RL u0 D2 i0 只给出分析结果，请自行分析。

9 输出电压波形与大小 输出电压波形： uo u1 u2 a T b D1 RL u0 D2 i0 u0平均值U0： U0=0.9U2 二极管上承受的最高电压： 二极管上的平均电流：

10 §7.2.3 单相桥式整流电路的工作原理 u2正半周时电流通路 + - u1 u2 T D4 D2 D1 D3 RL u0 桥式整流电路

11 §7.2.3 单相桥式整流电路的工作原理 u2负半周时电流通路 - + u1 u2 T D4 D2 D1 D3 RL u0 桥式整流电路

12 桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 + D4 RL D1 u2 u0 D3 D2 - uo u2>0 时 u2<0 时
电流通路: 由+经D1 RLD3- D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: 由-经D2 RLD4+ u2 输出是脉动的直流电压！ uD4,uD2 uD3,uD1 uo

13 几种常见的硅整流桥 + A C - ~+~- ~

14 §7.2.4 整流电路的主要参数 恒量整流电路的性能指标主要有两个，其一是整流输出电压的平均值Uo；其二是输出电压的脉动系数S。
§ 整流电路的主要参数 恒量整流电路的性能指标主要有两个，其一是整流输出电压的平均值Uo；其二是输出电压的脉动系数S。 1、整流输出电压平均值（U0） 负载电压 U0的平均值为: 负载上的(平均)电流:

15 2、脉动系数Ｓ S定义为整流输出电压的基波峰值U01M与平均值U0之比。 用傅氏级数对全波整流的输出u0分解后可得:

16 平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。
整流电路中整流管的选择 平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。 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。 二极管截止时两端承受的最大反向电压：

17 §7.3 滤波电路 滤波原理: 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

18 1、滤波原理 §7.3.1 电容滤波电路 以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。 a D4 u1 S u2 D1 u0 D3
b D4 D2 D1 D3 RL u0 S C 桥式整流电容滤波电路

19 a D4 u1 S u2 D1 u0 D3 C RL D2 b u2 t u0 t RL未接入时 设t1时刻接通电源 忽略整流电路内阻 t1
没有电容时的输出波形 充电结束 u0 t 整流电路为电容充电

20 a D4 u1 S u2 D1 D3 C RL u0 D2 b u2 t u0 t RL接入（且RLC较大）时 忽略整流电路内阻

21 a D4 u1 S u2 D1 D3 C RL u0 D2 b u2 t u0 t RL接入（且RLC较大）时 忽略整流电路内阻
整流电路的输出电流 u0 t

22 a D4 u1 S u2 D1 D3 C RL u0 D2 b u2 t u0 t RL接入（且RLC较大）时 考虑整流电路内阻
整流电路的输出电流 电容充电时，电容电压滞后于u2。 u0 t RLC越小，输出电压越低

23 2、电容滤波电路的特点 (1) 输出电压U0与时间常数RLC有关 RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大， 一般取 (T:电源电压的周期) 近似估算:U0=1.2U2。 (2) 流过二极管瞬时电流很大 RLC越大U0越高,负载电流的平均值越大整流管导电时间越短iD的峰值电流越大 故一般选管时，取

24 结论 (3)、输出特性(外特性): uL 电容滤波 纯电阻负载 IL 输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0和 S也随之改变。
IL 输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0和 S也随之改变。 如:RL愈小(I0越大),U0下降多,S增大。 结论 电容滤波电路适用于输出电压较高,负载电流较小且负载变动不大的场合。

25 §7.3.2 电感滤波 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。 u2 u1 RL L u0 电感滤波电路

26 u2 u1 RL L u0 （1）滤波原理: 对直流分量( f=0):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： U0=0.9U2

27 u2 u1 RL L u0 （2）电感滤波的特点: 整流管导电角较大,峰值电流很小,输出特性比较平坦,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。

28 §7.3.3 RC-滤波 为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法, 如在电容滤波后再接一级RC滤波电路，或在电感滤波后面再接一电容。从而构成RC-型或L-C型滤波电路，其性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似 。 u0 R u2 u1 C1 C2 u0´ RL

29 §7.4 稳压电路 稳压管 稳压电路 开关型 线性 常用稳压电路 (小功率设备) 在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压电路、线性稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。以下主要讨论线性稳压电路。

30 稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。
§7.4.1 稳压电路的主要性能指标 1、稳压系数 S 稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。 2、输出电阻R0 输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。

31 §7.4.2 串联反馈式稳压电路 一 、电路结构的一般形式 串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。

32 因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。
调整元件 + _ + _ T 基 准 比较放大 取 样 UI + _ + _ C2 RL UO UR FUO 调整元件T与负载串联，通过全部负载电流。比较放大器可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。调整元件可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。基准电压可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出输出电压UO的一部分和基准电压相比较。 因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。

33 二 、稳压原理 当UI增加或输出电流减小使U0升高时 U0 UB2 UBE2=（UB2-UZ） U0 UC2 一种实际的串联式稳压电源 +
R3 T1 T2 UZ R RW1 RW2 R1 RW R2 RL UO + _ UI UB2 二 、稳压原理 当UI增加或输出电流减小使U0升高时 U0 UB2 UBE2=（UB2-UZ） U0 UC2

34 三 、输出电压的确定和调节范围 四 、影响稳压特性的主要因素 1、比较放大部分的AV和电压反馈系数F愈大越好； 2、基准电压愈稳定越好； 3、放大部分的电源愈稳定越好； 4、调整管rce愈大越好(rce小则UI引起的UO大)。

35 五、改进措施 1、增加放大级数或选用增益高的集成运放 在运放理想条件下(AV=  ri= )： T Av UO UI RL UR
UF UR + - RL UO  Av 串联反馈式稳压电路 在运放理想条件下(AV=  ri= )：

36 2、采用辅助电源(比较放大部分的电源)。 3、用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。 六 、过流保护 为避免使用中因某种原因输出短路或过载致使调整管流过很大的电流,使之烧坏故需有快速保护措施。常见保护电路有两类—— 限流型: 把电流限制在允许范围内,不再增大； 截留型: 过流时使调整管截止或接近截止。 七、 缺点 调整管工作在线性放大区,当负载电流较大时,其损耗(P=UCEI0)大；电源的效率( =P0/Pi=U0I0/UiIi)较低。为了提高效率，可采用开关型稳压电源。

37 §7.5 集成稳压电源 §7.5.1 简介 随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。 本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。 该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。

38 1 2 3 1 2 3 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端 1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形

39 分类: 型号后XX两位数字 代表输出电压值 W78系列(输出正电压) W79系列(输出负电压) 输出电压额定电压值有:
5V、9V、12V 、18V、 24V等 。

40 W7800 §7.5.2 应用电路 一、输出为固定电压的电路 输出为固定正压时的接法如图所示。 CO CI UI UO 1 3 2
+ _ UO 1 3 2 0.1~1F 1µF 输入与输出端之间的电压不得低于3V！ W7800系列稳压器 基本接线图

41 二 、输出正负电压的电路 W78XX CI UI + _ UO 1 3 2 W79XX CO 正负电压同时输出电路

42 W78XX 三 、提高输出电压的电路 CO CI UI UO 1 3 2 UXX UZ R DZ UXX: 为W78XX固定输出电压
+ _ UO 1 3 2 UXX UZ R DZ UXX: 为W78XX固定输出电压 UO=UXX+UZ

43 W7805 四、 输出电压可调式电路 1 3 2 R1 CI CO UI 7 6 4 UO R2 F007 0.33 33V 10K
用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的7－30V可调式稳压电源。 1 3 2 R1 CI CO UI 7 6 4 UO R2 F007 0.33 33V 10K 0.1µ  W7805 运算放大器作为电压跟随器使用, 它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高 ,输出阻抗很低，可以克服稳压器输出电流变化的影响。

44 同时消除了(IO·R2)一项，稳压器输出用下式表示。
(UXX=5V)