第5章 直流稳压电源 概述 直流稳压电源的组成和功能 5.1 整流电路 5.2 滤波电路 5.3 硅稳压管稳压电路 第5章 目录 第5章 直流稳压电源 概述 直流稳压电源的组成和功能 5.1 整流电路 5.2 滤波电路 5.3 硅稳压管稳压电路 5.4 串联式晶体管稳压电路 5.5 集成稳压电路 5.6 晶闸管及可控整流电路

直流稳压电源的组成 变压 器 整流 电路 滤波 电路 稳压 电路 各部分电路输出波形 将电源的交流电变成直流电压或电流 功能 交流 负 电源 第5章 概述 直流稳压电源的组成 变压 器 整流 电路 滤波 电路 稳压 电路 交流 电源 负 载 各部分电路输出波形 将电源的交流电变成直流电压或电流 功能

u2 uo uD u1 u2 uo uD u2正半周 5.1 单相整流电路 5.1.1 单相半波整流电路 1. 电路组成 2. 工作原理 第5章 5.1 u2 5.1 单相整流电路 2 U2 5.1.1 单相半波整流电路 o  t  2 3 1. 电路组成 uo 2. 工作原理 2 U2 D o  t T  2 3 io io uD Im u1 u2 RL uo o  t  2 3 uD o  t  2 3 u2正半周 负 2 U2

u2 uD uO u2 uO u1 uD 3. 电路计算 iO iO   D T RL UO IO= UO=0.45U2 , = RL 第5章 5.1 3. 电路计算 u2 2 U2 D T iO  t uD  2 3 u1 u2 uO RL uO 2 U2  t  2 3 iO IO= UO RL = 0.45U2 UO=0.45U2 , Im ID= IO , UDRM= 2 U2  t  2 3 uD IO=Im  ,  I2= Im 2 ,  t I2=1.57 IO ,  U2=2.22 UO  2 3 2 U2

u1 u2 uo 5.1.2 桥式整流电路 + – + – + – 1. 桥式整流工作的组成 — u2正半周 2. 整流工作原理 io 第5章 5.1 5.1.2 桥式整流电路 1. 桥式整流工作的组成 由变压器 T 和二极管 D1D4 及负载 RL 组成。 — u2正半周 2. 整流工作原理 T + – + – + – D4 D1 io u1 u2 uo RL D3 D2 D1和D3导通,D2和D4截止(相当于开路)

u1 u2 uo + – + – + – io — u2负半周 2. 整流工作原理 T 第5章 5.1 — u2负半周 2. 整流工作原理 T + – + – + – D4 D1 io u1 u2 uo RL D3 D2 D2 和 D4导通, D1和 D3 截止(相当于开路)

u2 uO uD uD2 uD1 uD4 uD3 3. 电压、电流的计算 iO UO = 0.9U2 , UO 0.9U2 IO= = RL 第5章 5.1 3. 电压、电流的计算 2 U2 UO = 0.9U2 , o t  2 3 0.9U2 RL IO= UO = uO UDRM = 2 U2 , ID = IO 12 2 U2 o t  2 3 选用二极管的依据是: ID 应小于IF (最大整流电流） UDRM应小于UR (最高反向工作电压) iO Im o t uD  2 3 IO= 0.9I2 ,  2 3 o t I2 = 1.11 IO , 2 U2 uD2 uD1 U2 =1.11 UO uD4 uD3

5.2 滤波电路 uC u1 u2 uo 5.2.1 电容滤波电路 1. 电路组成和工作原理 io RL T 电容 充电 电容 放电 C 第5章 5.2 5.2 滤波电路 5.2.1 电容滤波电路 电容 充电 电容 放电 1. 电路组成和工作原理 T C io D4 D1 u1 u2 uC uo RL D3 D2 二极管导通时给电容充电,二极管截止时电容向负载放电 滤波后输出电压 uo 的波形变得平缓,平均值提高。

u1 u2 uO uC uO 5.2.1 电容滤波电路 iO 2. 工作波形 3. 外特性 '   ' iD T RL IO C 第5章 5.2 5.2.1 电容滤波电路 T C iO D4 D1 2. 工作波形 u1 u2 uO 3. 外特性 uC RL D3 D2 uO '   2 U2 T UO =1.2U2 RLC ≥(3~5) 2 UO 2 U2 ' 0.9U2 t1 t2 t3 t4 t iD 0.45U2 IO 全波整流电容滤波电路的外特性 t

uD uo u1 u2 u2 4. 半波整流电容滤波电路 io D T C RL UDRM=2 U2 UDR 估算公式: UO=1.0U2 第5章 5.2 4. 半波整流电容滤波电路 D T io 估算公式: UO=1.0U2 C uD uo u1 u2 RL 2 UDRM=2 U2 注意 : Uo u2 2 U2 0.9U2 0.45U2 2 U2  2 3 t Io UDR 半波整流电容滤波 电路的外特性

u1 u2 uo u'o uo u'o uo、o 5.2.2 电感滤波电路 T io RL i L Uo Io 电感L越大，滤波效果越好。 第5章 5.2 5.2.2 电感滤波电路 L T io u1 u2 RL uo u'o uo u'o uo、o i Uo 外特性较硬 0.9U2 t  2 3 Io 电感L越大，滤波效果越好。 外特性

u1 u2 uo 5.2.3 复式滤波电路 1. LC滤波电路 T io RL L C LC 滤波电路输出电压波形更为平滑， 滤波效果较好。 第5章 5.2 5.2.3 复式滤波电路 1. LC滤波电路 L C T io u1 u2 uo RL LC 滤波电路输出电压波形更为平滑， 滤波效果较好。

u1 u2 uo u1 u2 uo 2. 型滤波器 T io T io (1) CLC滤波器 L C2 C1 RL (2) CRC滤波器 第5章 5.2 (1) CLC滤波器 T L C2 C1 io u1 u2 RL uo (2) CRC滤波器 C2 C1 R T RL uo u2 io u1

u1 u2 uo 5.3 硅稳压管稳压电路 1. 稳压电路的工作原理 IR T io IZ Ui UZ 2. 稳压管参数的选择 第5章 5.3 5.3 硅稳压管稳压电路 1. 稳压电路的工作原理 R IR T UZ IZ DZ io u1 u2 uo RL C Ui 2. 稳压管参数的选择 UZ= UO ， IZmax≥ 2 ~ 3 IOmax 3. 注意： （1）在稳压电路中，稳压管通常为反接； （2）使用稳压管时必须串联电阻。

Ui Uo 5.4 串联型晶体管稳压电路 5.4.1 具有放大环节的串联型晶体管稳压电路 1. 串联型稳压电路的组成框图 调整元件 采样环节 第5章 5.4 5.4 串联型晶体管稳压电路 5.4.1 具有放大环节的串联型晶体管稳压电路 1. 串联型稳压电路的组成框图 调整元件 采样环节 Ui 比较放大 Uo 基准电压 由四个环节组成

2. 串联型稳压电路 UCE1 IO T1 R2 UBE1 R1 R3 T2 RP RL UO Ui UBE2 UZ DZ R2 VB2 第5章 5.4 2. 串联型稳压电路 T1 UBE1 UCE1 UBE2 T2 UCE2 R2 UZ R3 DZ R1 R2 RP VB2 " ' IO RL UO Ui 调整 元件 基准电压 比较 放大 采样环节

UiUOVB2 UBE2IB2IC2UCE2 3. 串联型稳压电路的稳压原理 第5章 5.4 UCE1 IO T1 R2 R1 R3 UBE1 IB1 T2 RP " Ui UCE2 RP RL UO RP ' UBE2 UZ VB2 DZ R2 若Ui增大时，自动调整过程如下： UiUOVB2 UBE2IB2IC2UCE2 UO  UCE1  IC1  IB1  UBE1  UZ不变

4. 稳压电路输出电压的大小和调节  ———— UZ  ———— UZ ，  ———— UZ UCE1 IO T1 R2 R1 R3 第5章 5.4 4. 稳压电路输出电压的大小和调节 UCE1 IO T1 R2 R1 R3 IB1 UBE1 T2 RP " UCE2 Ui RP RL UO RP ' UBE2 UZ VB2 DZ R2 UO = ———— (UBE2 + UZ) R1+ RP + R2 R2+ R'P  ———— UZ R1+ RP + R2 R2+ R'P  ———— UZ ， R1+ RP + R2 R2 UOmax UOmin  ———— UZ R1+ RP + R2 R2+ RP

利用运放 N 提高稳压电路灵敏度和温度稳定性。 5.4.2 串联型稳压电源的改进电路 第五章 5. 4 第5章 5.4 1. 扩大输出电流和提高灵敏度 T1 IO 复合管 R1 T2 R3  N RP RL Ui + UO + DZ R2 UZ 运放 利用三极管 T1 和 T2 构成复合管扩大输出电流； 利用运放 N 提高稳压电路灵敏度和温度稳定性。

2. 具有保护电路的稳压电源 +E 辅助电源 - - - - IR T1 R4 IO R5 R3 R1 Ui R8 R6 T2 RL UO 第5章 5.4 2. 具有保护电路的稳压电源 +E 辅助电源 T1 R4 IO R5 R3 R1 Ui R8 R6 T2 RL UO T3 RP UBE3 + UR7 + - UR9 + - + R9 R7 DZ2 R2 - - R DZ1 IR 虚线框内为截流型保护电路: 当 IO过载或RL短路时, T3导通, 可使 IO   , 从而保护 T1不被烧毁。

 5.5 集成稳压电源 調整管 U U 5.5.1 三端集成稳压器的结构和符号 1. CW7800 内部电路结构框图 1 2 保护 电路 第5章 5.5 5.5 集成稳压电源 5.5.1 三端集成稳压器的结构和符号 1. CW7800 内部电路结构框图 1 調整管 2 保护 电路 U U i 启动 电路 基准 电压 比较放 大电路 采样 电路 O 

2. CW7800三端集成稳压器内部电路图 1 2 3 R13 R7 R8 输入端 R18 DZ2 T9 T9 T9 T9 T8 T16 第5章 5.5 2. CW7800三端集成稳压器内部电路图 1 R13 R7 R8 输入端 R18 DZ2 T9 T9 T9 T9 T8 T16 R4 T17 T15 R17 R12 R11 T12 T10 2 T6 R5 输出端 T5 R20 T13 R15 R16 R2 C T11 DZ1 R6 R1 R19 T7 T3 T14 T2 T4 T1 R9 公共端 R14 R10 R3 3

正输出 负输出 3. 三端集成稳压器的电路符号 _ _ + CW7800 + CW7900 金属壳封装引脚 1 2 3 2 3 1 第5章 5.5 3. 三端集成稳压器的电路符号 正输出 负输出 _ _ + CW7800 + CW7900 1 2 3 2 3 1 金属壳封装引脚

CW7812 + Ui + Ci Co Uo = 12V 5.5.2 三端集成稳压器的应用 1. 三端集成稳压器基本稳压电路 第5章 5.5 5.5.2 三端集成稳压器的应用 1. 三端集成稳压器基本稳压电路 CW7812 1 2 + Ui + Ci Co 3 Uo = 12V 可根据需要, 选用CW78XX, 则 Uo = XX V。

CW7815 UO1 Ci CO Ui Ci CO UO1 CW7915 2. 同时输出正、负电压的稳压电路 +15V –15V 第5章 5.5 2. 同时输出正、负电压的稳压电路 +15V CW7815 UO1 Ci CO Ui Ci CO UO1 CW7915 –15V 选用不同稳压值的 78XX 和 79XX, 可构成 同时输出不对称正、负电压的稳压电路。

输出电压 UO = UXX + UZ > UXX 第5章 5.5 3. 提高输出电压的稳压电路 CW78 1 2 + + Uxx 3 R Uo Ui Ci CO DZ UZ 输出电压 UO = UXX + UZ > UXX

 CW78 UXX Ui R1 Uo Ci Co R2 Uo = (1 + R2 /R1)UXX 4. 输出电压可调的稳压电路 + 第5章 5.5 4. 输出电压可调的稳压电路 CW78 UXX +  Ui R1 Uo Ci Co R2 此电路既提高了输出电压Uo,又使Uo成为可调。 Uo = (1 + R2 /R1)UXX

IC T I2 Io R Ui Ci CO UO RL Io = I2 + IC > I2 第5章 5.5 5. 扩大输出电流的电路 IC T I2 Io R CW7800 1 2 3 Ui Ci CO UO RL 当负载电流 Io 小于稳压器电流 I2  = 15 时， 三极管 T 截止 当负载电流 Io  I2 时, T 导通, Io = I2 + IC > I2 则有

5.6 晶闸管及可控整流电路 A P J1 T J2 J3 符号 结构 5.6.1 晶闸管的结构和工作原理 1. 晶闸管的结构和符号 A N 第5章 5.6 5.6 晶闸管及可控整流电路 5.6.1 晶闸管的结构和工作原理 1. 晶闸管的结构和符号 A 晶闸管是一种 大功率的半导 体器件。其内 部结构为： 四层半导体， 三个 PN结。 文字符号为 T 阳极 A K G P N J1 T G J2 J3 控制极 符号 K 结构 阴极

2. 晶闸管的导通原理 A P K G A A (PNP) (NPN) K G T2 T1 P G P K 第5章 5.6 2. 晶闸管的导通原理 A P N K G A A (PNP) (NPN) K G T2 T1 P N G P N K 为了说明晶闸管的导通原理, 将晶闸管等效为由T1 (NPN型) 和T2 (PNP型) 两个三极管联接而成 , 每个三极管的基极与另一个三极管的集电极相联。

2. 晶闸管的导通原理 A A (PNP) R T2 1IB1 T2 12IB1 EA T1 T1 IG IB1 (NPN) EG G 第5章 5.6 2. 晶闸管的导通原理 EG K G T2 T1 A R EA A (PNP) (NPN) K G T2 T1 1IB1 12IB1 IG IB1 当加入电源EA和EG后, 使晶闸管的阳极和控制极均加正向电压,因而T1正偏导通,IG= IB1, 而IC1=1IB1即是 IB2, 经PNP管T2 作进一步放大, 形成集电极电流 IC2 =12IB1, IG+IC2 流入T1的基极作再次放大,如此循环形成强正反馈 , 很快使T1和T2达到饱和导通。 此时, 若去掉触发电压, 晶闸管仍可依靠正反馈维持晶闸管导通, 控制极失去作用。

3. 晶闸管的伏安特性曲线 C IG增加 IG — 触发电流 B IH — 维持电流 IH A 第5章 5.6 3. 晶闸管的伏安特性曲线 I C 正向特性 UBO — 正向转折电压 导通 UBR — 反向转折电压 IG增加 IG — 触发电流 B IH — 维持电流 IG2 IG1 IG=0 IH A UBR IR U UBO 阻断 反向特性 晶闸管的导通条件： 阳极和阴极间加正向电压； 控制极和阴极间加正向触 发电压。 两个条件必 须同时满足

4. 双向晶闸管的结构、符号和伏安特性 T2 T2 I T1 T1 结构 符号 双向晶闸管可等效为 两个反向并联的晶闸 管,可实现双向导通。 第5章 5.6 4. 双向晶闸管的结构、符号和伏安特性 T2 T1 T2 G 符号 I UT2T1 I T2 T1  _ G G T1 结构 双向晶闸管可等效为 两个反向并联的晶闸 管,可实现双向导通。 伏安特性

uG — 触发电压 uO — 输出电压 u2 uG uO iO uG iO u1 u2 uO 5.6.2 可控整流电路 第5章 5.6 5.6.2 可控整流电路 1. 单相半控桥式整流电路 u2 2 U2 uG iO T1 T2 t u1 u2 RL uO uG D1 D2 uO t iO 正半周 —T1和D2导通 负半周 —T2和D1导通   t 单相半控桥式整流电路由两 个晶闸管和两个二极管组成。 uG — 触发电压 uO — 输出电压  — 触发角  — 导通角

iO u2 uO u2 u1 uG uO iO uG 2. 单相半控桥式整流电路的计算 T1 T2 RL D1 D2 UO = 0.9U2 第5章 5.6 2. 单相半控桥式整流电路的计算 uG iO u2 T1 T2 2 U2 uO u1 u2 RL t D1 D2 uG 输出电压、电流平均值 t UO = 0.9U2 2 1+cos uO iO IO = UO /RL 晶闸管、二极管的电流 平均值和最大反向电压   t  — 触发角 IT = ID= IO/2 ,  — 导通角 UTRM=UDRM = 2 U2

3. 晶闸管的过电压保护电路 R C R C R C R C RL D L 第5章 5.6 3. 晶闸管的过电压保护电路 R C R C R C R C RL D L 晶闸管的主要缺点：过载能力差！ 使用时必须加入过压和过流保护电路。 将 RC电路 并联在晶闸管两端及负载端即是 一种常用的简单有效的过压保护措施。

5.6.3 晶闸管的单结晶体管触发电路 1.单结晶体管的结构、符号和等效电路 A 符号 等效电路 结构 B2 E B1 B2 D RB2 第5章 5.6 5.6.3 晶闸管的单结晶体管触发电路 1.单结晶体管的结构、符号和等效电路 B2 E B1 B2 D RB2 RB1 A E B1 B2 第二 基极 PN 结 E 发射极 第一 基极 N型硅片 B1 等效电路 符号 结构

2. 单结晶体管的实验电路及伏安特性曲线 A IE EE 结论 UE B2 P Up RB2 D RE E UBB UE RB1 V UV 第5章 5.6 2. 单结晶体管的实验电路及伏安特性曲线 UE B2 P Up RB2 D RE E A IE UBB UE RB1 V EE UV IP IV IE B1 截止区 负阻区 饱和区 1. 在点P、V之间, 单结晶体管呈现负阻特性。 结论 2. 当发射结电压UE≥UP时, 单结晶体管导通； 若管子导通后UE<UV时, 单结晶体管截止。

当电容充电到uc≥Up时,单结晶体管导通,经R1放电; 第5章 5.6 3. 单结晶体管振荡电路和工作波形 uC R2 UP R 充 电 UV t UBB uG 放 电 C uG R1 uG t 当电容充电到uc≥Up时,单结晶体管导通,经R1放电; 振荡 原理 当电容放电至uc<UV时单结晶体管截止,电容重新 充电。 循环往复,在电阻R1上形成触发脉冲uG 。

uO 同时过零。 u21 u1 u22 uO 4. 单结晶体管同步触发整流电路和工作波形 uZ uc uG (1) 电路组成 R Rp R2 第5章 5.6 4. 单结晶体管同步触发整流电路和工作波形 (1) 电路组成 同步触发：单结晶 体管触发电路与晶 闸管半控桥式整流 电路由同一变压器 供电 ,可保证uZ与 uO 同时过零。 R Rp R2 D3 D4 DZ uZ u21 uc uG D5 D6 C R1 u1 调整电位器Rp, 可 改变电容 C 的充电 时间常数即调整了 主电路的控制角 。 T1 T2 RL u22 D uO L D1 D2

uO uO uZ uC uZ uc uG uG (2) 工作波形 R Rp R2 D3 D4 DZ u21 D5 D6 C R1 u1 T1 第5章 5.6 uZ (2) 工作波形 R Rp t R2 uC D3 D4 DZ u21 uZ uc t uG D5 D6 C uG R1 u1 t uO T1 T2 RL u22 D D uO L D1 D2 t 

uC都从零开始充电，因 uO uZ uC uG (3) 同步触发 由工作波形可见： 当电压uZ过零时，电容 放电到零，使每个周期 第5章 5.6 uZ (3) 同步触发 由工作波形可见： 当电压uZ过零时，电容 放电到零，使每个周期 uC都从零开始充电，因 此uZ在每个半周产生的 第一个触发脉冲的时间 均相同，可保证晶闸管 的控制角 相同。 t uC t uG t uO t 

模拟电子技术 到此结束