第九章 直流稳压电源 9.1 整流与滤波电路 9.2 串联式稳压电路 9.3 集成串联式稳压电路 9.4 集成开关式稳压电路

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

9.1 整流与滤波电路 一. 单相整流电路 u2 1.半波整流电路 – + uL io + – uD u2 >0 时: 9.1 整流与滤波电路 一. 单相整流电路 u2 uL uD t  2 3 4 1.半波整流电路 + – + – 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）流过二极管的平均电流： ID = IL IL uD  2 t URM （4）二极管承受的最高反向电压： URM= 2 u

2.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。 + – + – 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。

全波整流电压波形 u2 uL uD1 t  2 3 4 uD2

主要参数： uL IL= UL /RL =0.9 u2 / RL t IL  2 （1）输出电压平均值UL： t IL （1）输出电压平均值UL： （2）输出电流平均值IL ： IL= UL /RL =0.9 u2 / RL

（3）流过二极管的平均电流： ID = IL/2 uD  2 t （4）二极管承受的最高反向电压：

3. 桥式整流电路 + – （1）组成：由四个二极管组成桥路 （2）工作原理： u2正半周时: uL u2 D1 、D3导通， D2、D4截止

u2负半周时： D2、D4 导通， D1 、D3截止 - + u2 uL

（3）主要参数： 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 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 u2 uL

脉动系数Ｓ1: 基波峰值 输出电压平均值 用傅氏级数对桥式整流的输出 uL 分解后可得: 基波 uL  2 t

集成硅整流桥： ~+~-  + – u2 uL +  –

二、滤波电路 1. 电容滤波

（1）空载（RL=∞）时： u2 t uc=uL u2＞ uC时： 二极管导通，C充电 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 u2＞ uC时： 二极管导通，C充电 u2＜ uC时： 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 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。 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

3. 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

9.2 串联式稳压电路 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

一. 稳压电路的主要性能指标 输出电压： 常用以下参数来说明稳压电源的质量： 1、稳压系数 2、输出电阻 3、温度系数

二. 稳压管稳压电路 1. 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。

稳压原理： 由图知： (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 稳压过程： IZ IR IL Uo Uo UR

2、限流电阻的计算 （1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值。即

（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即 所以：

三. 串联式稳压电源 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 UO=UZ-0.7V

改进： UO=AUFUZ-0.7V （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 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 由四部分组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。

2.工作原理 实质：电压负反馈 （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

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

稳压原理 动画演示 当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时 Uo UB3 UBE3=（UB3-UZ） Uo UC3 （UB2 ）

(3) 输出电压的调节范围 因为： 所以：

将参数代入，可求出输出电压的调节范围。 EWB演示——稳压电源

9.3 集成串联式稳压电路 一. 带隙基准电压源 电阻R2上的压降： 所以，输出的基准压： 特点：温度特性好。 当 时 温度系数为0。

二. 三端固定式集成稳压器 过压保护 启动电路 调整管 过流保护 基准电压源 取样电路 放大比较环节 过热 保护

电路组成及工作原理： 1. 启动电路 由R 4、D Z1、T 12、T 13、R 5、 R 6、R 7和R 18组成。上电后，R 4、D Z1先导通，使得T12和T13导通，随后T8和T9也导通，整个电路进入正常工作状态。这时R 1上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之间的联系。 2. 基准电压源 由T1～T7管和电阻R1～R3组成的带隙基准电压源。 根据前面对带隙基准电压源的分析可知： T7管的集电极电位： 因此，有： 整理可得：

3. 放大比较环节： 由T3和T4管组成的复合管构成，电流源T9作它的有源负载。T3和T4管既是基准电压电路的一部分，又是比较放大器的放大管。取样电压UF叠加在基准电压上。输出电压： 4. 调整环节： 由T16和T17组成的复合管，是整个电路的调整管。其集电极接整流滤波电路的输出，其发射极通过R 11接负载电阻R L，可以输出较大的电流。 5. 保护电路： ⑴ 过流保护电路由R11和T15组成。 ⑵ 调整管安全区保护电路由R13，DZ2和T15组成。 ⑶ 过热保护电路由DZ1、R7和T14组成。当芯片内部的温度超过允许的最大值时，R7的压降也增大，而U BE14却减小，使得T14管导通。其集电极电流IC14使得T16管的基极电流分流，从而限制了T16和T17管的电流，芯片功耗也会随之降低，起到过热保护的作用。

常用的集成三端稳压器的外形及类型 类型：W7800系列 —— 稳定正电压 W7805 输出+5V W7900系列 —— 稳定负电压 1 2 3 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端

二. 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：

T 1是扩大输出电流的大功率BJT，T 2管是T1的保护管。 4.扩大输出电流 T 1是扩大输出电流的大功率BJT，T 2管是T1的保护管。 当输出电流较小，R 2上的压降也较小，T1、T2管都不导通。 IO= I 当输出电流大于三端稳压器的输出电流时，使R 2上的压降变大，T 1导通。 I O=I+IC1

三. 三端可调式集成稳压器 1.三端可调式稳压器W117的内部结构： 电阻R 1和R 2为外接电阻，忽略基准源电流，则有：

三. W117的基本应用电路 电容C 1 ：防止自激。 电容C 2：减小电阻R 2上的电压波动。 D1、 D2：保护二极管。

9. 4 集成开关式稳压电路 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态——开关式稳压电路 9. 4 集成开关式稳压电路 串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。 缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有20％～40％；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。 为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态——开关式稳压电路

1 .脉宽调制式开关稳压电路结构 T——开关管；LC——滤波环节； D——续流二极管， R1、R 2——取样电阻； 误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成开关管的脉宽调制控制环节。

2 .工作原理 uA uT uS uE UI 当ｕS为高电平时，T饱和。uE≈U I。电感L储存能量。二极管D反向截止。 t1 t2 t3 当ｕS为低电平时，T截止。iE≈0。L产生反电势，并通过RL、D构成的回路释放能量。由于反电势的存在，D处于导通状态。uE≈0。 -UD t iL uo IL Uo

BJT的工作周期T为： 占空比为： 则输出电压的平均值为： 即： EWB演示—— 开关式稳压电源 稳压原理： UA Uo UF q Uo

本章小结 1．整流电路（利用二极管的单向导电性） 半波整流：UL=0. 45U2 全波整流：UL=0.9U2 桥式整流：UL=0.9U2 2．滤波电路 电容滤波（桥式整流）： UL=1.2U2 电感滤波： UL=0.9U2 3．稳压电路 稳压管稳压电路：UO=UZ 串联式稳压电路： （1）电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程） （2）输出电压调节范围 4．集成稳压器 三端固定式集成稳压器（W7800、W7900）及其使用 三端可调式集成稳压器 5 ．开关式稳压器