第 10 章 直 流 电 源

教学内容 §10.1 直流电源的组成 §10.2 单相整流电路 §10.3 滤波电路 §10.4 倍压整流电路 §10.5 硅稳压管稳压电路 §10.1 直流电源的组成 §10.2 单相整流电路 §10.3 滤波电路 §10.4 倍压整流电路 §10.5 硅稳压管稳压电路 §10.6 串联型直流稳压电路 §10.7 集成稳压器 §10.8 开关型稳压电路

教学要求 一.重点掌握的内容： 二、一般掌握的内容 1.单相桥式整流电路的工作原理,直流输出电压Uo(AV)与变压器次级电压U2的关系； 1.电容滤波的特点，电容C的选择原则，以及滤波电路输出电压与变压器次级电压U2的关系； 2.硅稳压管稳压电路的工作原理，限流电阻的估算； 3.集成三端稳压器的使用方法。

§10.1 直流电源的组成 作用:将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定，输出电流为几百mA以下的直流电压。 电源变压器 整流电路 组成： 滤波电路 稳压电路

整 流 电 路 滤 波 稳 压 整 流 电 路 滤 波 电 路 稳 压 电 路 RL 整 流 电 路 u3 滤 波 电 路 u4 稳 压 电 路 u5 u1 u2 电源变压器：将电网交流电压u1变为整流电路所需的交流电压u2. 整流电路：将变压器次级输出的交流电压变成单向的脉动直流电压u3。 滤波电路:消除脉动电压中的谐波分量,输出比较平滑的直流电压u4. 稳压电路：能在电源电压或负载电流变化时，保持输出直流电压的稳定。

§10.2 单相整流电路 §10.2.1 单相半波整流电路 u1 u2 a T b D RL uo u2 >0 时，二极管导通。 iL 忽略二极管正向压降： uo=u2 u2<0时，二极管截止,输出电流为0。 uo=0

电路的优缺点： 优点：结构简单。 缺点：输出波形脉动大，直流成分比较低，变压器半个周期不导电，利用率低，变压器电流含直流成分，易饱和。 Uo(AV) ≈0.45U2

§10.2.2 单相全波整流电路 D1 - u1 u2 a T b RL uo D2 iL Uo(AV) ≈0.9U2 + 输出电压脉动成分减小，变压器利用率不高，二极管承受反压高。

§10.2.3 单相桥式整流电路 u2正半周时电流通路 + - u1 u2 T D4 D3 D1 D2 RL uo 桥式整流电路

u2负半周时电流通路 - + u1 u2 T D4 D3 D1 D2 RL u0 桥式整流电路

桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 A D4 RL D1 u2 uo D2 D3 B uD Uo(AV) ≈0.9U2 uo 电流通路: A  D1 RLD2B D3,D4导通 D1,D2截止 电流通路: B  D3 RLD4A u2 uD 输出是脉动的直流电压！ uD4,uD3 uD2,uD1 Uo(AV) ≈0.9U2 uo 二极管承受反压为

几种常见的硅整流桥外形： + A C - ~+~- ~ + -

§10.2.4 主要参数 一、输出直流电压Uo(AV) 整流电路的输出电压瞬时值uo在一个周期内的平均值。 二、脉动系数S 输出电压基波的最大值Uo1m与其平均值Uo(AV)之比。 三、二极管正向平均电流ID(AV) 四、二极管最大反向峰值电压URM 二极管不导电时，其两端出现的最大反向电压。

0.9U2 0.9U2 0.45U2 S 0.67 0.67 1.57 ID(AV) Io Io/2 Io/2 URM 单相半波整流 单相全波整流 单相桥式整流 波形图 Uo(AV) 0.9U2 0.9U2 0.45U2 S 0.67 0.67 1.57 ID(AV) Io Io/2 Io/2 URM

例10.2.1 解：① ∵ Uo(AV) ≈0.9U2 输出直流电流： 整流二极管正向平均电流： 二极管承受的最大反向电压： 脉动系数 S=0.67

② 半波整流： ∵ Uo(AV) ≈0.45U2 输出直流电流： 整流二极管正向平均电流： 二极管承受的最大反向电压： 脉动系数 S=1.57

§10.3 滤波电路 §10.3.1 电容滤波电路 作用：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。 a D4 u1 S D1 u2 + D2 C §10.3 滤波电路 作用：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。 §10.3.1 电容滤波电路 a 桥式整流电容滤波电路 u1 u2 b D4 D3 D1 D2 RL uo S C + – -

a 一、工作原理 u1 S u2 + C uo – RL b - 1. RL未接入时(忽略整流电路内阻) u2 t D4 D1 D2 D3 没有电容时的输出波形 充电结束 uo t 整流电路为电容充电

a u1 u2 b D4 D3 D1 D2 RL uo S C + – - 2. RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) u2 t 电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。 uo t

只有整流电路输出电压大于uo(uc)时，才有充电电流iD 。因此整流电路的输出电流是脉冲波。 u2 b D4 D3 D1 D2 RL uo S C + – - 只有整流电路输出电压大于uo(uc)时，才有充电电流iD 。因此整流电路的输出电流是脉冲波。 u2 t 整流电路的输出电流iD uo t 可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。

二、输出电压平均值 Uo(AV) ≈1.2U2 参数选择 三、特点： 1.加了电容滤波电路后，输出电压的直流成分提高了，脉动成分降低了。 电容耐压应大于 参数选择 三、特点： 1.加了电容滤波电路后，输出电压的直流成分提高了，脉动成分降低了。 2. τ＝RLC越大，放电过程越慢，则输出电压越高，同时脉动成分越小，滤波效果越好。 3. RL=∞（开路）时，Uo(AV)= 电容滤波电路适用于负载电流较小且变化不大的场合.

例1:桥式整流电容滤波电路, 滤波电容C=220uF, RL=1.5kΩ 。问： ①要求输出电压Uo＝12V,U2需多大？ ②若该电路电容C值增大，Uo是否变化？ ③改变RL对Uo有无影响？RL增大Uo如何变化？ 解：①∵ Uo=1.2U2 ∴U2=Uo/1.2=12/1.2=10V ② C值增大，放电变慢，Uo增大。 ③ RL值增大，放电变慢，Uo增大。

例2：桥式整流电容滤波电路，已知变压器副边电压有效值为30V，若测得输出电压平均值Uo(AV)分别为1～5五种数值，请找出它们与a~e五种工作情况的对应关系。 b.电容断路 c.负载开路 d.一只二极管和电容同时开路 e.一只二极管开路 1. Uo(AV) ≈42.4V 2. Uo(AV) ≈36V 3. Uo(AV) ≈27V 4. Uo(AV) ≈25V 5. Uo(AV) ≈13.5V

例3： 桥式整流电容滤波电路中,已知变压器副边电压有效值U2=10V, RLC≥3T/2,测得输出电压平均值Uo(AV)可能的数值为： A. 14V B. 12V C. 9V D. 4.5V 选择合适的答案填入空内： (1) 正常情况Uo(AV)= ; 电容虚焊时Uo(AV)= ; 负载电阻开路时Uo(AV)= ; (4) 一只整流管和滤波电容同时开路， Uo(AV)= 　　。 Ｂ Ｃ Ａ Ｄ

§10.3.2 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。 电感滤波电路 u2 u1 RL L uo

原理： 直流分量 电感线圈对其电抗很小 整流电路输出的电压 交流分量 电抗为ωL,L足够大，交流 分量几乎全部降在电感上 从而使得输出只有直流电压，而无交流电压，达到滤波的目的。适用于大电流场合。 优点：减小了二极管的冲击电流，可延长整流二极管的寿命。 缺点：体积大、笨重，输出电压稍低。

§10.3.3 RC-π型、LC型、LC-π型 滤波电路 一、 RC-π型 uo R u2 u1 C1 C2 uo1´ RL

二、 ＬC滤波 u2 u1 L uo C RL uo1

三、 ＬC-π型 u2 u1 L uo C2 RL uo1 C1

§10.４ 倍压整流电路 作用：不仅可以将交流电转换成直流电（整流），而且能够在一定的变压器副边电压之下，得到高出若干倍的直流电压（倍压）。 §10.４ 倍压整流电路 作用：不仅可以将交流电转换成直流电（整流），而且能够在一定的变压器副边电压之下，得到高出若干倍的直流电压（倍压）。 C1 u1 u2 D1 D2 D3 D4 D5 D6 C3 C5 C2 C4 C6 + - 把电阻接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。

§10.５ 硅稳压管稳压电路 整流滤波后输出的电压，主要存在两方面的问题： §10.５ 硅稳压管稳压电路 　　整流滤波后输出的电压，主要存在两方面的问题： ①当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出直流电压将随之变化； ②当电网电压波动时，变压器副边电压变化，输出直流电压也将随之发生变化。 因此，应加稳压电路。

稳压电路 一、电路组成： Uo R u2 u1 C RL DＺ + - UI IR IZ IL 桥式整流 电容滤波

二、稳压原理： I UZ IZmin IZ 由图知：UI=UR+UO IR=IZ+IL 稳压管工作在稳压区，管子两端电压基本稳定在UZ. U C RL DＺ + - UI IR IZ IL Uo

当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻R上电压的变化来抵消UI的变化，即△UR≈△UI，从而使Uo基本不变。 ①当电网电压波动时： （RL不变） Uo 电网电压 UI Uo (UZ) IZ IR UR Uo基本不变 R u2 u1 C RL DＺ + - UI IR IZ IL Uo 当电网电压变化时，稳压电路通过限流电阻R上电压的变化来抵消UI的变化，即△UR≈△UI，从而使Uo基本不变。

用IZ的减小来补偿IL的增大，最终使IR基本保持不变，从而输出电压Uo也维持基本稳定。 ② 当负载变化时： （UI不变） Uo IL Uo (UZ) IZ IR UR Uo基本不变 RL R u2 u1 C RL DＺ + - UI IR IZ IL Uo 用IZ的减小来补偿IL的增大，最终使IR基本保持不变，从而输出电压Uo也维持基本稳定。 因此，限流电阻必不可少，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。

三、稳压电路的内阻和稳压系数 1.内阻： 2.稳压系数： 稳压管的动态内阻 直流输入电压UI不变时，输出端的△Uo与△Io之比。 RL不变时，稳压电路的输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。 rz越小，稳压电路内阻越小，Sr也越小，稳压性能越好。

四、限流电阻R的选择： R的选择应使 IZmin≤IZ≤IZmax R u2 u1 C RL DＺ + - UI IR IZ IL Uo

若电网波动： 四、适用场合： 适用于负载电流较小，输出电压不变的场合。 优点：电路简单 缺点：输出电流较小，输出电压不可调。

例10.5.1 解：① 选择限流电阻。 取R=200Ω，此时电阻消耗的最大功率 可选200Ω，1W的碳膜电阻。

② 求输出电阻 ∴输出电阻 Ro≈rZ=10Ω 求稳压系数 UI取平均值：

§10.6 串联型直流稳压电路 调整管：射极输出（电压跟随器） §10.6.1 电路组成和工作原理 采样电压 取样环节 放大电路 基准电压

稳压原理： 由于调整管与负载串联，有：UI=UCE+UO 若电网波动或负载电阻变化使得输出增大，则： Uo UF(取样电压） 基准电压UZ 基本不变 UB (调整管基极电位） UBE IC UCE 调整管的调整作用是依靠UF和UZ之间的偏差 来实现的，必须有偏差才能调整，因此，Uo不可能 达到绝对稳定，只能是基本稳定。 基本不变 电路靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压。

§10.6.2 输出电压的调节范围 ∵集成运放工作在线性区，∴u+≈u- 即UZ=UF

§10.6.3 调整管的选择 1）集电极最大允许电流 2）集电极和发射极之间最大允许反向电压

3）集电极最大耗散功率 为了保证调整管工作在放大状态，通常使UCE=(3~8)V

例10.6.1 解：① 取R3=910Ω R2=1.4-0.91=0.49kΩ 取R2=510Ω（电位器） 取R1=560Ω R1=2-0.91-0.51=0.58kΩ

确定阻值后，验证输出电压变化范围： 稳压电路输出电压的调节范围是（9.76～15.23）V，符合给定要求。

②稳压电路的直流输入电压为 取UI=23V，则变压器二次电压有效值为 ③ 要求IZ≥IZmin 取R=2kΩ

④调整管的各项极限参数：

§10.7 集成稳压器 一、三端集成稳压器组成及主要参数 组成： 参数及分类： §10.7 集成稳压器 一、三端集成稳压器组成及主要参数 组成： 内部包括了串联型直流稳压电路的各个组成部分，同时将保护电路和启动电路集成在里面。 参数及分类： 按输出电流 1.5A（W7800） 500mA（W78M00） 100mA（W78L00） 按输出电压 正输出W7800 负输出W7900

二、三端集成稳压器外形及电路符号 3 3 2 2 1 1 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形 1端: 输入端 1端: 公共端 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

W7800 IN GND OUT 1 2 3 电 路 符 号 W7900 IN GND OUT 1 2 3

三、三端集成稳压器应用电路 W7809 1、输出为固定电压的电路 W7800系列稳压器 基本接线图 Co CI UI Uo 1 3 2 改善负载的瞬态响应 + W7800系列稳压器 基本接线图 Co W7809 CI UI Uo 1 3 2 0.33F 1µF _ 改善纹波电压

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

W78XX 3、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

4、输出电压可调式电路 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。

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，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。 Uo=Uxx+UA

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 电路最简单，但带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。 效率高，目前使用也比较多，但不作详细介绍。 串联型 直流稳 压电源 集成稳 压电路

第 10 章 结 束

题1： 如图，已知R1=R3=200Ω,R2=100Ω，Uz=6V.问调整管、取样环节各有哪些元件组成？试求输出电压的最大值和最小值。

解：调整管：T; 取样环节：R1、R2、R3

题2：如图所示，已知R1=R3=200Ω,欲使输出电压调节范围为10～30V，试求出电阻R2的阻值和稳压管Dz的稳定电压。

解： 可得：R2=400Ω Uz=7.5V

考试类型： 一、填空题：20分（20空） 二、选择题：15分（5题） 三、简答题：15分（3题） 四、计算题：50分（4题）

结 束