第 12 章 直流稳压电源 12.1 整流电路 12.2 滤波器 12.3 直流稳压电源 12.4 晶闸管及可控整流电路

下图是半导体直流电源的原理方框图,它表示把交流电变换为直流电的过程。 整流 滤波 稳压 变压 交流 电源 负载 O t u O t u O t u O t u O t u 图中各环节的功能如下： 1. 整流变压器　将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。 2. 整流电路　将交流电压变换为单向脉动电压。

12.1 整流电路 D4 D1 ~ RL D3 D2 3. 滤波器： 减小整流电压的脉动程度。 3. 滤波器： 减小整流电压的脉动程度。 4. 稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。为符合整流需要的电压。 12.1 整流电路 整流电路中最常用的是单相桥式整流电路它由四个二极管 D1  D4 接成电桥的形式构成。 RL io D4 D3 D2 D1 ~ + u  uo

+ – D4 D1 ~ RL D3 D2 工作原理： io + + uo u   在 u 的正半周， D1 和 D3 导通，D2 和 D4 截止(相当于开路)电流的通路如图中红色箭头所示。

+ – D4 D1 io + u  + uo  ~ RL D3 D2 在 u 的负半周，D2 和 D4 导通， D1和 D3 截止(相当于开路)，电流的通路如图中绿色箭头所示。 在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上得到的是全波整流电压 uo。

由于二极管的正向压降很小，因此可认为 uO 的波形和 u 的正半波是相同的。输出电压的平均值为 o t  2 3 uO o t  2 3 iO Im o t 式中 U 是变压器二次电压 u 的有效值。  2 3 uD  2 3 o t 截止管所承受的最高反向电压为 uD2 uD1 uD4 uD3

~ 下图是单相桥式整流电路的简化画法 io + u uo  RL 　　[例 1] 已知负载电阻 RL = 80 ，负载电压 UO = 110 V。今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为 380 V。(1)如何选用晶体二极管？(2)求整流变压器的变比及容量。 [解] (1)负载电流 每个二极管通过的平均电流 变压器二次侧电压的有效值为

考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次侧的电压大约要高出 10%，即 122  1.1 = 134 V。于是 　　因此可选用 2CZ55E 晶体二极管，其最大整流电流为 1 A，反向工作峰值电压为 300 V。 (2)变压器的变比及容量 变压器的变比 变压器二次侧电流的有效值为 变压器的容量为 可选用BK300(300 V · A)，380/134 V 的变压器。 返回

12.2 滤波器 RL 12.2.1 电容滤波器(C 滤波器) 电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示。 电容 充电 电容 放电 C + 12.2 滤波器 12.2.1 电容滤波器(C 滤波器) 电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示。 电容 充电 电容 放电 C + uo= uc  io D4 D1 + u  ~ 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。

t  t t t' 经 C 滤波后 uO 的波形 uO 可见放电时间常数  = RLC越大，脉动越小，输出电压平均值越高，一般要求 O  2 t 式中 T 是 uO 的周期。这时，UO  1.2U [例 1] 有一单相桥式电容滤波整流电路，已知交流电源频率 f = 50 Hz，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电压 UO = 30 V，选择整流二极管及滤波电容器。 [解] (1)选择整流二极管 流过二极管的电流 取 UO = 1.2U， 所以变压器二次侧电压的有效值为

二极管所承受的最高反向电压 因此可选用 2CZ52B 型二极管，其最大整流电流为100 mA，反向工作峰值电压为 50 V。 (2)选择滤波电容器 选用 C = 250 F ，耐压为 50 V 的极性电容器。

12.2.2 电感电容滤波器(LC 滤波器) ~ C L + u  RL 当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好，而后又经过电容滤波，使输出电压更为平直。 返回

12.3 直流稳压电源 12.3.1 稳压管稳压电路 ~ RL C R IR IZ DZ Io + Uo  UI 12.3 直流稳压电源 RL C R IR IZ DZ Io + Uo  UI ~ 12.3.1 稳压管稳压电路 引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流的变化，下面分析在这两种情况下的稳压作用。 (1)当交流电源电压增加而使整流输出电压 UI 随着增加时，负载电压 Uo 也要增加。Uo 即为稳压管两端的反向电压。当负载电压 Uo 稍有增加时，稳压管的电流 IZ 就显著增加，因此限流电阻 R 上的压降增加，以抵偿 UI 的增加，从而使 Uo 保持近似不变。

(2)当电源电压保持不变，而负载电流增大时，电阻 R 上的压降增大，负载电压 Uo 因而下降。只要 Uo下降一点，稳压管电流 IZ 就显著减小，使通过电阻 R 的电流和电阻上的压降保持近似不变，因此负载电压 Uo 也就近似稳定不变。 选择稳压管时一般取 UZ = Uo ， UI =(2 ~ 3)Uo [例 1] 有一稳压管稳压电路，负载电阻 RL 由开路变到 3 k，交流电压经整流滤波后得出 UI = 30 V。今要求输出直流电压 UO = 12 V，试选择稳压管 DZ。 [解] 根据输出电压 UO = 12 V 的要求，负载电流最大值 可选择稳压管 2CW60，其稳定电压 UZ =(11.5 ~ 12.5)V，其稳定电流 IZ = 5 mA，最大稳定电流 IZM = 19 mA。

12.3.2 集成稳压电源 本节主要介绍 W7800 系列(输出正电压)和 W7900 系列(输出负电压)，它们的电路符号如下图所示: W7900 1 3 _ 2 W7800 + 2 3 1 这种稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引出端，故也称为三端集成稳压器。W7800 系列 1 为输入端，2 为输出端，3 为公共端；W7900 系列 3 为输入端，2 为输出端，1 为公共端。 W7800 系列输出固定的正电压有 5 V，8 V，12 V，15 V，18 V，24 V 多种。例如 W7812 的输出电压为 12 V。 W7900 系列输出固定负电压，其参数与 W7800 基本相同。

下图给出了三端集成稳压器的接线方法，Ci 用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡。Ci 一般在 0 下图给出了三端集成稳压器的接线方法，Ci 用以抵消输入端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡。Ci 一般在 0.1 ~ 1 F 之间 Co 是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较大的波动。 Co 可取 1 F 。 Uo = 12 V W7812 1 2 3 Co + Ui Ci 三端集成稳压器的几种应用电路：

(1) 同时输出正、负电压的电路 W7815 W7915 1 3 2 + C +15 V 15 V Ci CO 0.33 F 1 F

W78 W78 1 3 2 Ci CO DZ + UO  UI U UZ (2)提高输出电压的电路 输出电压 UO = U  + UZ (3)扩大输出电流的电路 可采用外接功率管 T 的方法来扩大输出电流。一般 I3 很小，可忽略不计，则可得出 T IC W78 1 2 3 Ci CO I2 R I3 I1 + UO  UI IR IB IO 设  = 10，UBE= 0.3 V，R = 0.5 ， I2 = 1 A，由上式可算出 IC = 4 A，输出电流 IO = I2 + IC = 5 A，比 I2 扩大了。

可见移动电位器滑动端，改变电阻 R2 和 R1的比值，便可调节输出电压 UO 的大小。 (4) 输出电压可调的电路 W78 Ci CO + UI  U   UO R1 R2 R3 R4 可见移动电位器滑动端，改变电阻 R2 和 R1的比值，便可调节输出电压 UO 的大小。 返回

12.4 晶闸管和可控整流电路 12.4.1 晶闸管 P N A 阳极 A 1. 基本结构 12.4 晶闸管和可控整流电路 12.4.1 晶闸管 A 阳极 A K G 符号 1. 基本结构 P N 晶闸管是具有三个 PN 结的四层结构。引出的三个电极分别为阳极 A，阴极 K 和控制极(或称门极)G。 G 控制极 K 阴极 结构

2. 工作原理 可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理。 S (a) S (b) S (c) (1)晶闸管导通(灯亮)必须同时具备两个条件：第一，在阳极与阴极之间加正向电压；第二，控制极和阴极之间也要加正向电压(实际上加正触发脉冲)。 (2)晶闸管导通后,断开控制极[图(b)所示]，晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用(这对普通晶闸管而言)。

IG0 (3)要使从导通转为阻断(截止)，必须切断阳极电源，或在阳极与阴极之间加反向电压，或将电流减小到某一数值(维持电流 IH)以下。 3. 伏安特性 O IH IA UA UBR UBO IG0 > IG1 > IG2 +   + 从正向特性看，当 UA < UBO时，晶闸管处于阻断状态，只有很小的漏电流通过。当 UA 增大到某一数值时， 导通 阻断

晶闸管由阻断状态突然导通，这时所对应的电压称为正向转折电压 UBO。IG 越大， UBO 越低。晶闸管导通后，就有较大电流通过，但管压降只有 1 V 左右。 从反向特性看，晶闸管处于阻断状态，只有很小的反向漏电流通过，当反向电压增大到某一数值时，使晶闸管反向导通(击穿)，所对应的电压称为反向转折电压 UBR 。 晶闸管的型号及其含义如下: K P  —  导通时平均电压组别(小于 100 A 不标)，共 9 级，用 A ~ 1 字母表示 0.4 ~ 1.2 V 额定电压，用其百位数或千位数表示 额定正向平均电流(A) 普通型 晶闸管

12.4.2 可控整流电路 u2 单相半控桥式整流电路 iO D1 T1 T2 D2 + u  RL uO ~  t ug t uO 2 3 O t ug O t uO 在 u 的正半周，T1 和 D2 承受正向电压，这时如对引入触发脉冲 ug ，则 T1 和D2 导通，而 T2 和 D1 截止;在 u 的负半周，T2 和 D1 导通，T1 和 D2 截止。 iO O   t T1 , D2 导通 T2 , D1 导通 T1 , D2 导通  — 控制角(又称移相角)  — 导通角

整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即 显然，导通角  越大(控制角  越小 )输出电压越高。 晶闸管所需的触发脉冲由专门的触发电路提供。 [例 1] 有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电压 UO = 0 ~ 180 V，电流 IO = 0 ~ 6 A。现采用单相半控桥式整流电路，试求交流电压的有效值，并选择整流元件。 [解] 设晶闸管导通角  为 180(控制角  = 0 )时，UO = 180 V，IO = 6 A，交流电压有效值

晶闸管可选用 KP5—7 型，二极管可选用 2CZ5/300 型。 考虑到电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了 180 等因素，交流电压要比上述计算值适当加大 10% 左右，可取 220 V，因此可不用整流变压器，直接接到 220 V 的交流电源上。 晶闸管可选用 KP5—7 型，二极管可选用 2CZ5/300 型。 返回