第7章 直流稳压电源 7.1 整流电路 7.2 滤波电路 7.3 直流稳压电源

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

u2 uL uD + – + – io u2 >0 时: u2<0时: 7.1 整流电路 u2 uL uD t  2 3 4 7.1.1 单相半波整流电路 + 1 2 L u R - 220V V + – + – io u2 >0 时: 二极管导通，uL=u2 u2<0时: 二极管截止, uL=0

主要参数： uL t IL  2 （1）输出电压平均值UL： （2）输出电流平均值Io ： t IL （1）输出电压平均值UL： （2）输出电流平均值Io ： IL= UL /RL =0.45 U2 / RL

3. 整流元件的选择 ID = IL uD U V u R - （1）流过二极管的平均电流： IL t  2 URM + 1 2 L u R - 220V V uD  2 t URM IL （2）二极管承受的最高反向电压： URM= 2 U

+ – 7.1.2 单相桥式整流电路 u R - 1. 电路的组成及工作原理 u2正半周时: uL （1）组成：由四个二极管组成桥路 7.1.2 单相桥式整流电路 1. 电路的组成及工作原理 （1）组成：由四个二极管组成桥路 + – + 4 1 2 3 u 220V - R L V （2）工作原理： u2 u2正半周时: uL V1 、V3导通， V2、V4截止

u2负半周时： V2、V4 导通， V1 、V3截止 + 4 1 2 3 u 220V - R L V - + u2 uL

2. 负载上的直流电压和电流的计算 3. 整流元件的选择 二极管承受的最大反向电压： U uL 输出电压平均值：UL=0.9u2 输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 U2 / RL 3. 整流元件的选择 流过二极管的平均电流：ID=IL/2 二极管承受的最大反向电压： URM= 2 U uL u2

集成硅整流桥： ~+~-  + – u2 uL +  –

7.2 滤波电路 7.2.1 电容滤波电路

（1）空载（RL=∞）时： u2 t uc=uL u C - u2＞ uC时： 二极管导通，C充电 u2＜ uC时： 二极管截止，C放电。 + 4 1 2 3 u V C L - 220V c u2＞ uC时： 二极管导通，C充电 u2 t u2＜ uC时： 二极管截止，C放电。 由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。 uc=uL uL t

（2）接入RL（且RLC较大）时 uc= uL u2 t iD t u C R - u2＞ uC时： 二极管导通，C充电 u2＜ uC时： + 4 1 2 3 R 220V L u - V C c uc= uL u2 t u2＞ uC时： 二极管导通，C充电 u2＜ uC时： 二极管截止，C放电。 iD t 二极管中 的电流

电容滤波电路的特点： uc= uL u2 t iD 近似估算: UL=1.2U2 (a) UL与RLC的 关系： RLC 愈大 C放电愈慢 一般取： (T:电源电压的周期) 近似估算: UL=1.2U2 (b) 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短  iD的峰值电流越大

对直流分量: XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上 7.2.2 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。 + 4 1 2 3 L V u - R 220V 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,电压大部分降在电感上。 因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。 输出电压平均值: UL=0.9U2

其它滤波电路 为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。 LC滤波电路 RCπ型滤波电路

7.3 直流稳压电源 稳压电路的作用: 交流 电压 脉动 直流电压 整流 滤波 有波纹的 稳压 直流 电压

7.3.1 稳压管稳压电路 I R U I I U U R - - 稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。 + + 7.3.1 稳压管稳压电路 稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。 由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。 I R U z + + + + I I Z L U U V R o i L - - + +

稳压原理： 由图知： + U Vz i L R z - o I Z (1) 当输入电压变化时 Ui Uo UZ IZ I Uo UR

(2)当负载电流变化时 I R U I I U UI R - - 稳压过程： IZ IR IL Uo Uo UR + + V z L Z o

7.3.2 串联型稳压电路 稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （2）输出电压不可调 改进： 7.3.2 串联型稳压电路 稳压管稳压电路的缺点： （1）带负载能力差 （2）输出电压不可调 改进： （1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器 V1 + R U + z + U + R o L UO=UZ-0.7V V2 U i - - + +

改进： UO=(AufUZ-0.7)V （2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。 调节反馈系数即可调节放大倍数 + V2 V1 - A UI o U f z R 1 2 L 为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。

1. 串联型稳压电源的构成 U R A - 由四部分组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。 V1 ∞ _ V2 z 1 o L + V2 z U R ∞ _ A 2 f 1 - L o V1 i

2.工作原理 实质：电压负反馈 UI Uo Uf Uo1 Uo UCE ∞ A -- U R UI V2 - （1）输入电压变化时 V1 z + z V2 R UI - 2 A V1 -- o L U ∞ 1 f o1 （1）输入电压变化时 UI Uo Uf Uo1 Uo UCE

（2）负载电流变化时 IL Uo1 Uo Uf Uo UCE + z V2 R U - 2 A I V1 _ o L ∞ 1 f o1

3.输出电压的计算 用负反馈的理论计算： 可见，调节R1或R2可以改变输出电压。

举例： 分立元件组成的串联式稳压电源 V U + R - V4 24 1k 330 220 2.7V 2 B1 P O B2 B3 I Z VCC_CIRCLE 3 1 2.7V 1k R 2 P 4 V V4 + - 24 330 220 U B1 B2 B3 Z O I

稳压原理 当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时 Uo UB3 UBE3=（UB3-UZ） Uo UC3 （UB2 ） V U + R VCC_CIRCLE 3 1 2.7V 1k R 2 P 4 V V4 + - 24 330 220 U B1 B2 B3 Z O I

(3) 输出电压的调节范围 因为： 所以： V U + R - V4 24 1k 330 220 2.7V 2 P 4 B1 B2 B3 Z VCC_CIRCLE 3 1 2.7V 1k R 2 P 4 V V4 + - 24 330 220 U B1 B2 B3 Z O I

将参数代入，可求出输出电压的调节范围。 V U + R - V4 24 1k 330 220 2.7V 2 P 4 B1 B2 B3 Z O VCC_CIRCLE 3 1 2.7V 1k R 2 P 4 V V4 + - 24 330 220 U B1 B2 B3 Z O I

7.3.3 三端集成稳压电源 三端集成稳压电源的组成 端集成稳压器内部由启动电路、基准电压、调整管、比较放大电路、保护电路、取样电路六大部分组成

常用的集成三端稳压器的外形及类型 1. 固定式三端集成稳压器 类型：W7800系列 —— 稳定正电压 W7805 输出+5V 2 3 类型：W7800系列 —— 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 —— 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端

三端固定式集成稳压器的使用 1. 基本使用方法 +20V +15V 注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。 1. 基本使用方法 +20V +15V C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。 注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。

2. 输出正负电压

3. 输出电压可调 由： 可得： u W7812 2 R C 1 O U UI ∞ - + 3

2. 可调式三端集成稳压器 可调式三端稳压器，其外形和管脚的编号与固定式三端稳压器相同，见图7.12，但管脚功能有区别：LM317为三端可调式正输出电压稳压器，其1脚为输入端，2脚为调整端，3脚为输出端；LM337为三端可调式负输出电压稳压器，其1脚为调整端，2脚为输入端，3脚为输出端。

可调式三端集成稳压器基本应用电路 LM317三端可调式正输出电压稳压器 LM337三端可调式负输进电压稳压器 可调式三端集成稳压器典型应用

本章小结 （1）在电子系统中，经常需要将交流电网电压转换为稳定的直流电压，为此要用整流、滤波和稳压等环节实现。 （2）整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电转换成脉动直流电的。常用的整流电路有半波整流和桥式整流等。 （3）为了抑制脉动直流电压中的纹波，需要在整流电路后接滤波电路，以获得平滑的直流电压。滤波电路主要有电容滤波和电感滤波两大类，前者适用于负载电流较小且负载几乎不变的小功率直流电源，后者适用于负载电流大且负载经常变动的大功率直流电源。

（4）为了保证输出直流电压不受电网电压、负载和环境温度的变化的影响，还应接入稳压电路。在小功率供电系统中，多采用串联反馈式稳压电路，而中大功率稳压电源一般采用开关电源。由于集成稳压器具有使用方便、稳定性好、可靠性高和价格低等特点，因此得到广泛应用，常用的是三端集成稳压器。 （5）串联反馈式稳压电路的调整管是工作在线性放大区，利用控制调整管的管压降来调整输出电压的，它是一个闭环的自动调节系统。