第 10 章 直 流 电 源.

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1 第 10 章 直 流 电 源

2 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

3 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。

4 §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

5 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。

6 §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

7 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

8 §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。

9 § 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

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

11 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

12 几种常见的硅整流桥外形： + A C - ~+~- ~

13 §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。

14 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

15 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

16 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

17 §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。 § 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 + – -

18 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

19 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

20 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。

21 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.

22 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。

23 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

24 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

25 § 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

26 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。

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

28 二、 ＬC滤波 u2 u1 L uo C RL uo1

29 三、 ＬC-π型 u2 u1 L uo C2 RL uo1 C1

30 §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。

31 §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。

32 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

33 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

34 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。

35 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。

36 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。

37 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

38 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。

39 例 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。

40 ② 求输出电阻 ∴输出电阻 Ro≈rZ=10Ω 求稳压系数 UI取平均值：

41 §10.6 串联型直流稳压电路 调整管：射极输出（电压跟随器） § 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

42 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。

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

44 § 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

45 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

46 例 解：① 取R3=910Ω R2= =0.49kΩ 取R2=510Ω（电位器） 取R1=560Ω R1= =0.58kΩ

47 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。

48 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

49 ④调整管的各项极限参数：

50 §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

51 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

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

53 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

54 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

55 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

56 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。

57 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

58 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

59 第 10 章 结 束

60 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。

61 解：调整管：T; 取样环节：R1、R2、R3

62 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。

63 解： 可得：R2=400Ω Uz=7.5V

64 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）

65 结 束