第13章 线性直流稳压电源 本章主要内容 本章主要介绍单相半波整流电路、单相桥式整流电路、滤波电路的工作原理和工程估算方法；硅稳压管稳压电路、晶体管串联型稳压电路和三端集成稳压电路及开关直流稳压电源。

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1 第13章 线性直流稳压电源 本章主要内容 本章主要介绍单相半波整流电路、单相桥式整流电路、滤波电路的工作原理和工程估算方法；硅稳压管稳压电路、晶体管串联型稳压电路和三端集成稳压电路及开关直流稳压电源。

2 【引例】 如何实现将交流电压变为直流电压的？ 数字式直流稳压电源 直流稳压电源内部电路 直流稳压电源内部电路板

3 13.1 整流电路 本章介绍的直流稳压电源是利用半导体器件将交流电变换成功率较小的直流电 。 由四部分组成 直流稳压电源组成框图
1. 电源变压器：将交流电压变换为整流电路需要的交流电压； 2. 整流电路：将交流电压变换为单向脉动直流电压； 3. 滤波电路：用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使输出电压为平滑的直流电压； 4. 稳压电路：当输入交流电压波动或负载变动时，能维持输出直流电源稳定。

4 13.1 整流电路 13.1.1 单相半波整流电路 1.组成 由变压器T、整流二极管D及负载组成。 2.工作原理 设变压器二次侧电压为
具有单向导电性哦 单相半波整流电路 1.组成 由变压器T、整流二极管D及负载组成。 2.工作原理 单相半波整流电路 设变压器二次侧电压为

5 13.1 整流电路 u2 > 0（参考方向与实际方向相同） 正半周： 二极管（理想二极管）导通

6 13.1 整流电路 u2 < 0（参考方向与实际方向相反） 负半周： 二极管截止

7 13.1 整流电路 变压器副边电压的有效值 3.主要参数 ①输出直流电压的平均值 ②负载中的直流电流平均值为

8 13.1 整流电路 4.二极管的选择 ①正向平均电流 ②承受的最大反向电压

9 13.1 整流电路 【例16.1-1】 有一个单相半波整流电路如图所示。已知负载电阻RL=1000Ω，变压器副边交流电压有效值U2=20V。试求Uo、Io及UDRM，并选择二极管。 【解】 查手册可知，可选用二极管2AP4（50V，16mA），满足电路要求。

10 13.1 整流电路 单相桥式全波整流电路 单相半波整流电路的优点是电路简单，只需一个二极管就能构成整流电路，但它的缺点是只利用电源的半个周期、整流电路输出电压低、且输出电压脉动较大。为克服这些缺点，可采用全波整流电路 单相桥式全波整流电路 单相半波整流电路

11 13.1 整流电路 工作原理： 正半周： u2 > 0，D1、D3导通，D2、D4截止

12 13.1 整流电路 负半周： u2 < 0，D2、D4导通，D1、D3截止

13 13.1 整流电路 主要参数及二极管选择： 是单相半波时的两倍 是单相半波时的两倍 与单相半波相同 与单相半波相同

14 13.1 整流电路 注意： 单相全波桥式整流缺点是用四个 二极管，优点是输出直流电压高，脉动 小，电源的利用率高，整流管承受的 反向小，和半波整流一样，故应用很 广泛。由于变压器二次绕组、二极管导通时均有等效电阻，要产生一定的压降，因此实际设计时变压器的二次侧电压应略高于理论值。 为了使用方便和装配简单，通常将四个二极管组成组件，封装在密封壳体中，引出四根引出线，构成全波桥式整流器，又称整流桥 。参数包括额定正向整流电流、最高反向电压等 外形 符号

15 13.1 整流电路 【例16.1-2】有一单相桥式整流电路，要求输出电压110V，输出电流50mA，应选用那种型号的整流桥。 【解】
由Uo=0.9U2可求出变压器二次侧交流电压有效值为 整流桥承受的最高反向电压为 查手册可知，选用型号1CQ-1D（300V，50mA）的整流桥即可满足要求。

16 13.2 滤波电路 整流电路的输出电压脉动大，可用于对直流电源稳定性要求不高的场合。但不适用于大多数的电子电路及精密设备，因此在整流电路后面需加接滤波电路，减小脉动程度。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波电路等 电容滤波电路 在整流电路负载电阻两端并联一个电容，便构成了电容滤波电路。 单相半波整流加电容滤波电路

17 13.2 滤波电路 工作原理： ① u2在0~π/2期间 D导通 ② u2在π/2期间~π
u2为负载供电同时为电容C充电，u2≈uC ① u2在0~π/2期间 D导通 在刚过峰值时u2>uC，D导通 当u2<uC，D截止，C通过RL放电 ② u2在π/2期间~π 注意：电容放电时间常数为τ=RLC，τ越大，纹波越小，输出电压平均值越高。

18 13.2 滤波电路 主要参数： ①输出直流电压电压：根据经验公式 半波整流加电容滤波 （负载开路） 全波整流加电容滤波 半波整流加电容滤波
u2波形 主要参数： ①输出直流电压电压：根据经验公式 半波整流加电容滤波 （负载开路） 全波整流加电容滤波 半波整流加电容滤波 ②放电时间常数 全波整流加电容滤波

19 13.2 滤波电路 u2波形 ③二极管的选择 a.电流的选取：当整流电路加电容滤波后，二极管的导通时间缩短，由于通过电流平均值相同，故二极管电流峰值大，二极管上会产生电流冲击，易使二极管损坏，故在选择二极管时要注意通常应选择其最大整流平均电流大于负载电流的2~3 倍。 b.最大反向电压的选取：当负载开路时，整流二极管除承受电源的反向电压外还要承受电容两端的电压，故二极管承受的最大反向电压为

20 13.2 滤波电路 * 电感滤波电路 电感滤波是利用电感通直流阻交流的特点，将它串在整流电路和负载之间，高频交流成分降在电感线圈上，低频和直流分量降到负载上，这样就使负载上得到纹波较小的直流电压。 桥式全波整流加电感滤波电路

21 13.2 滤波电路 当电感线圈电阻可忽略的情况下，一般输出直流电压与整流输出电压相同，即
注意：在电感滤波电路中，由于滤波电感的续流作用，可以使二极管的导通角接近π，减小了二极管的冲击电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长整流二极管的寿命。电感滤波的缺点是体积大，成本高。

22 13.2 滤波电路 * π滤波电路 为了得到更好的滤波效果，经常使用型滤波电路 。一种为π型LC滤波电路，另一种为π型RC滤波电路。 π型LC滤波电路 π型RC滤波电路

23 13.2 滤波电路 * 各种滤波电路的比较 注意： 构成滤波电路的电容及电感应足够大，θ为二极管的导通角，θ角小，整流管的冲击电流大；θ角大，整流管的冲击电流小。

24 13.3 稳压电路 经过整流、滤波后得到的输出电压，虽然脉动程度很小，但并不稳定，会随交流电网电压的变化和负载电阻变化而变化。为了能获得更加稳定的直流电源，需要在整流滤波电路后增加稳压电路。 限流电阻 硅稳压二极管稳压电路 硅稳压二极管稳压电路 由于稳压二极管DZ与负载电阻并联，故称为并联型稳压电路。

25 13.3 稳压电路 在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用 稳压所起的电流调节作用，通过限流电阻上电 压的变化进行补偿，达到稳压的目的。限流电
1.稳压原理 在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用 稳压所起的电流调节作用，通过限流电阻上电 压的变化进行补偿，达到稳压的目的。限流电 阻在稳压电路中是必不可少的元件。 a.电源电压增加 b.负载增加

26 13.3 稳压电路 2.限流电阻的选择 根据 设负载电流的变化范围为Iomin~Iomax，电源电压波动范围为UImin~UImax，则

27 13.3 稳压电路 3.电路参数的选择 （1）稳压电路输入电压UI的选择 （2）稳压管DZ的选择 （3）限流电阻R的选择

28 13.3 稳压电路 【例13.3-1】在如图所示电路中，设稳压管的，UZ=6V，IZmax= 40mA，IZmin=5mA；UImin=12V，UImax=15V；RLmax=600Ω， RLmin=300Ω。试选择合适的限流电阻。 【解】 由给定的条件可以求出： 选择200Ω/1W电阻 消耗最大功率为 取R=200Ω

29 13.3 稳压电路 晶体管串联型稳压电路 稳压二极管稳压电路的缺点是精度较低，受负载限制、输出电压不能调等节等，一般用于要求不高、负载变化不大的小功率的电子设备。为了提高稳压性能，广泛采用晶体管串联型稳压电路，基本由四部分组成： 调整环节 基准电压 放大 环节 采样 环节 晶体管串联型稳压电路

30 13.3 稳压电路 稳压原理

31 13.3 稳压电路 三端集成稳压器 将串联型稳压电路和保护电路集成在一起就构成集成稳压器。集成稳压器具有体积小、性能高、使用简便、可靠性高等优点，应用广泛。集成稳压器常用的有三端固定输出电压式、三端可调输出电压式等。 输出电压值 输出正电压：78系列 三端固定输出电压式集成稳压器 输出负电压：79系列 ※输出电压值5、6、9、12、15、18、24V等

32 13.3 稳压电路 几种常见的应用电路 1.输出固定电压的稳压电路
W78××系列稳压器的典型电路 W79××系列稳压器的典型电路 Ci→抵消输入端接线较长时产生的电感效应，防止自激振荡，接线不长时也可不接，一般为0.1μF~1μF； Co→消除高频噪声和改善输出的瞬态特性，即当负载电路变化时不致引起输出电压有较大的波动 ，一般为1μF；

33 13.3 稳压电路 2.输出正、负电压的稳压电路 输出正负15V电压的稳压电路

34 13.3 稳压电路 3.输出电压可调的稳压电路 输出电压可调的稳压电路 三端稳压器的固定输出电压 输出电压为

35 13.3 稳压电路 4. 增大输出电流的电路 三端稳压器的输出电流 增大输出电流的电路 大功率三极管的集电极电流 实际输出电流为

36 *13.4 开关直流稳压电路 串联型稳压电路 ※串联型稳压器的调整管T1必须工作在线性工作区，通过管子的电流和管子两端的电压较大，因而调整管的功耗大，稳压电源的效率（输出功率和输入功率之比）一般低于50%； ※开关型稳压器的调整管工作于开关状态，管耗低，电源效率可达80%~90% ，另外其通用性强，通过改变电路结构可以实现降压、升压、反极性的稳压功能，并且不需要电源变压器，采用直逆变技术，体积小、重量轻、效率高、抗干扰能力强，易于实现自动保护，在许多电子设备中得到广泛应用。

37 *13.4 开关直流稳压电路 开关直流稳压电路的原理框图
开关型直流稳压电路也包含基准电压、取样电路、比较放大等环节，与串联线性直流稳压电路相同。不同的是，控制开关调整管在一个周期内的导通时间所占的比例（脉宽调制PWM），即占空比，进而调节输出电压并使其稳定。根据调整管与负载的连接方式可以分为串联型和并联型。

38 *13.4 开关直流稳压电路 13.4.1 串联开关型稳压电路 串联开关型稳压电路中调整管与负载串联。 工作原理 ①当uB为高电平时
滤波电路 串联开关型稳压电路 串联开关型稳压电路中调整管与负载串联。 工作原理 串联型开关稳压电路的基本原理图 ①当uB为高电平时 续流二极管 矩形波 T饱和导通，二极管截止，uCE≈0V， uE≈UI。L储能，C充电。 uB为高电平、T导通时的等效电路

39 *13.4 开关直流稳压电路 ②当uB为低电平时 T截止，由于电感的续流（反电动势），使二极管导通；C通过RL放电，uE=UD≈0V。
串联型开关稳压电路的基本原理图 uB为低电平、T截止时的等效电路

40 *13.4 开关直流稳压电路 串联型开关稳压电路的基本原理图 ③各点波形 ④输出电压 即通过改变占空比D，可以改变输出电压的大小。由于输出电压总是小于输入电压，故称之为降压型稳压电路。

41 *13.4 开关直流稳压电路 13.4.2 并联开关型稳压电路 并联开关型稳压电路开关管与负载并联。 工作原理 ①当uB为高电平时
并联开关型稳压电路 并联开关型稳压电路开关管与负载并联。 工作原理 串联型开关稳压电路的基本原理图 ①当uB为高电平时 T饱和导通，uCE≈0V，二极管截止， UI通过三极管T给L充电；C通过负载RL放电。 uB为高电平、T导通时的等效电路

42 *13.4 开关直流稳压电路 ②当uB为低电平时 T截止，由于电感的续流（反电动势），使二极管导通；UI与电感电压UL同时对C充电。
串联型开关稳压电路的基本原理图

43 *13.4 开关直流稳压电路 ③各点波形 ④输出电压 注：无论串联型开关稳压电路还是并联型开关稳压电路，电感
串联型开关稳压电路的基本原理图 ③各点波形 ④输出电压 注：无论串联型开关稳压电路还是并联型开关稳压电路，电感 L和电容C要足够大，输出的脉动才会减小。一般开关稳压电源 要比线性稳压电源的纹波要大，这是其缺点之一。其次电路控 制比较复杂。 即通过改变占空比D，可以改变输出电压的大小。由于输出电压总是大于输入电压，故称之为升压型稳压电路。

44 本章小结 1.线性直流稳压电压主要由变压器、直流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成。整流电路包含单相半波整流及桥式整流电路。
2.为了减少输出电压的脉动量，在整流电路之后采用滤波电路。滤波电路包含电容滤波、电感滤波及π型滤波； 3.为了得到稳定的输出电压，在整流、滤波后面加上稳压电路。稳压电路包含稳压管稳压电路，串联型三极管线性稳压电路及开关型稳压电路。

45 作 业