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1、直流稳压电源第十章1第十章第十章直流电源直流电源10.1概述概述10.2单相整流及电容滤波电路单相整流及电容滤波电路10.3串联反馈型线性稳压电路串联反馈型线性稳压电路10.4开关型稳压电路开关型稳压电路2本章重点和考点：本章重点和考点：重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算。本章教学时数：本章教学时数：4学时学时3本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.如何将如何将50Hz、220V的交流电压变为的交流电压变为6V的直流电压？的直流电压？2.220V的交流电压经整流后是否输出的交流电压经整流后是否输出220V的直流电压的直流电压？3.将市场销售的将市
2、场销售的6V直流电源接到收音机上，为什么有直流电源接到收音机上，为什么有的声音清晰，有的含有交流声？的声音清晰，有的含有交流声？4.对于同样标称输出电压为对于同样标称输出电压为6V的直流电源，在未接收的直流电源，在未接收音机时，为什么测量输出端子的电压，有的为音机时，为什么测量输出端子的电压，有的为6V，而而有的为有的为78V？410.1概述概述图图 10.1直流稳压电源的方框图直流稳压电源的方框图电网电网电压电压电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波滤波电路电路稳压稳压电路电路负负载载整流：整流：将交流变为直流的过程。将交流变为直流的过程。滤波：滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。将
3、脉动的直流电压变为平滑的直流电压。510.2单相整流及电容滤波电路单相整流及电容滤波电路10.2.1整流电路的分析方法及其基本参数整流电路的分析方法及其基本参数优点：使用元件少。优点：使用元件少。缺缺点点：输输出出波波形形脉脉动动大大；直直流成分小；变压器利用率低。流成分小；变压器利用率低。图图 10.2.2一、工作原理一、工作原理图图 10.2.1单相半波整流电路单相半波整流电路6二、主要参数二、主要参数1.输出电压平均值输出电压平均值 UO(AV)输出电压平均值就是负输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值载电阻上电压的平均值2.负载电流的平均值负载电流的平均值3.脉动系数脉动系数7三、二
4、极管的选择三、二极管的选择根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。压来选择二极管的型号。二极管的正向电流等于负载电流平均值二极管的正向电流等于负载电流平均值二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压对于二极管对于二极管最大整流平均电最大整流平均电流流IF和最高反向工作电压和最高反向工作电压UR均应留均应留10%的余地，以保证的余地，以保证二极管安全工作。二极管安全工作。810.2.2单相桥式整流电路单相桥式整流电路图图 10.2.4单向桥式整流电路单向桥式整流电路
5、图图 10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法单向桥式整流电路的习惯画法一、单向桥式整流一、单向桥式整流电路的组成电路的组成在实用电路中，多采用全在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路单向桥式整流电路9二、工作原理二、工作原理1.u2 0时，电流由时，电流由+流出，经流出，经D1、RL、D2流入流入-。2.u2 0时，电流由时，电流由-流出，经流出，经D3、RL、D4流入流入+。iD1 iD2iD3 iD4uD3 uD4uD1 uD2图图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图单相桥式整流电路的波形图10三、输出电压平均值三、输出电压平均值 UO(AV)
6、和输出电流的平均和输出电流的平均IO(AV)脉动系数：脉动系数：11四、二极管的选择四、二极管的选择每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只每只二极管的平均电流二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。只有负载电阻上电流平均值的一半。二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压对于二极管对于二极管最大整流平均电最大整流平均电流流IF和和最高反向工作电压最高反向工作电压UR均应留均应留10%的余地，以保证的余地，以保证二极管安全工作。二极管安全工作。12如何实现正、负电源
7、？如何实现正、负电源？将桥式整流电路变压器副边将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。阻相连接，且连接点接地。三相整流电路三相整流电路图图10.2.7利用桥式整流电路实现正、利用桥式整流电路实现正、负电源负电源图图10.2.8三相整流电路三相整流电路uO1 1 为正；为正；uO2 2为负为负变压器副边的三个端均应接变压器副边的三个端均应接二只二极管，一只接阳极，二只二极管，一只接阳极，另一只另一只 接阴极。接阴极。D1 D2 D3轮流导通，阳极电位高轮流导通，阳极电位高的的D先导通；先导通；D4D5D6轮流导通，轮流导通，阴极电位低的阴极
8、电位低的D先导通。先导通。13滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，并联，或电感与负载或电感与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLLRLC10.2.3滤波电路滤波电路滤波：滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。14一、电容滤波电路一、电容滤波电路图图 10.2.9(a)滤波电路滤波电路滤波电路滤波电路滤波电容容量较大，一般采滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。用电解电容器。电容滤波电路利用电容的充放电容滤波电路利用电容的充放电作用，使输出电压趋于平滑。电作用，使
9、输出电压趋于平滑。滤波电路输出电压波形滤波电路输出电压波形(b)理想情况下的波形理想情况下的波形 (c)考虑整流电路内阻时的波考虑整流电路内阻时的波形形15以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。其电路如图所示。1、滤波原理、滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（电容器的充、放电）（电容器的充、放电）16RL未接入时未接入时(忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot设设t1时刻接时刻接通电源通电源t1整流电路为整流电路为电容充电电容充电充电结束充电结束没有电容没有电容时的输出时的输出波
10、形波形au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCuc17RL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (忽略整流电路内阻忽略整流电路内阻)u2tuot无滤波电容无滤波电容时的波形时的波形加入滤波电容加入滤波电容时的波形时的波形充电充电放电放电au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC18uotu2上升，上升，u2大于电容大于电容上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电，uo=uc u2时间常数时间常数 =(RL/Rint)Cu2下降，下降，u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电，uc按指数按指数规律
11、下降，时间常数规律下降，时间常数 =RL C放电时间常数放电时间常数 远远大于远远大于充电时间常数充电时间常数，滤波效果取决于放电滤波效果取决于放电，其值愈大，滤波效果愈好。，其值愈大，滤波效果愈好。19（1）、输出电压平均值）、输出电压平均值当负载开路时当负载开路时当当RLC（35)T/2时时考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于2、外特性及主要参数、外特性及主要参数20（2）、输出电流平均值）、输出电流平均值（4）、脉动系数）、脉动系数 S 约为约为 10%20%（3）、整流二极管的平均电流值）、整流二极管的平均电流值21u2tuot只有整流电路输出电只有
12、整流电路输出电压大于压大于u uc c时，才有充时，才有充电电流。因此二极管电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。中的电流是脉冲波。二极管中的二极管中的电流电流充电电流充电电流au1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC（5）、整流二极管的导通角）、整流二极管的导通角二极管的导通角二极管的导通角 22（6）、电容滤波电路的输出特性和滤波特性）、电容滤波电路的输出特性和滤波特性1）、输出特性）、输出特性当滤波电容选定后，输出电当滤波电容选定后，输出电压平均值压平均值UO（AV）和输出电流和输出电流平均值平均值IO（AV）的关系。的关系。2）、滤波特性）、滤波特性脉动系数脉动系数S和输出电流平均和输
13、出电流平均值值IO（AV）的关系。的关系。图图10.3.5a电容滤波电路的输出特性电容滤波电路的输出特性图图10.3.5b电容滤波电路滤波的特性电容滤波电路滤波的特性2310.2.4其它形式的滤波电路其它形式的滤波电路一、电感滤波电路一、电感滤波电路L愈大，滤波效果愈好；愈大，滤波效果愈好；适用于负载电流较大的场合。适用于负载电流较大的场合。二、二、LC滤波电路滤波电路输出直流电压为：输出直流电压为：脉动系数脉动系数 S：适用于各种场合。适用于各种场合。图图 10.3.8单相桥式电感滤波电路单相桥式电感滤波电路图图 10.3.9复式滤波电路复式滤波电路(a)24三、三、LC-型滤波电路型滤波电
14、路图图 10.2.9复式滤波电路复式滤波电路(b)四、四、RC-型滤波电路型滤波电路图图 10.2.9复式滤波电路复式滤波电路(c)适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合25三、各种滤波电路的比较三、各种滤波电路的比较表表10.3.1各种滤波电路的性能比较各种滤波电路的性能比较序号序号 性能性能类型类型U O（AV）/U2适用场合适用场合整流管的整流管的冲击电流冲击电流和导通角和导通角外特性外特性1电容滤波电容滤波 1.2小电流小电流大大/小小软软2RC-型滤波型滤波 1.2小电流小电流大大/小小更软更软3LC-型滤波型滤波 1.2小电
15、流小电流大大/小小软软4电感滤波电感滤波0.9大电流大电流小小/大大硬硬5LC 滤波滤波0.9适应性较强适应性较强小小/大大硬硬2610.3串联反馈型线性稳压电路串联反馈型线性稳压电路稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路输出电流较小，输出电压不可调。输出电流较小，输出电压不可调。串联型稳压电路串联型稳压电路以稳压管稳压电路为基础，利用晶体以稳压管稳压电路为基础，利用晶体管的电流放大作用，增大负载电流；管的电流放大作用，增大负载电流；在电路中引入电在电路中引入电压负反馈使输出电压稳定；可通过改变反馈网络的参压负反馈使输出电压稳定；可通过改变反馈网络的参数使输出电压可调。数使输出电压可调。10.3
16、.1串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路的工作原理一、基本调整管电路一、基本调整管电路D DZ Z(a)稳压管稳压电路稳压管稳压电路2710.3.1稳压电路的功能和性能指标稳压电路的功能和性能指标一、内阻一、内阻 Ro二、稳压系数二、稳压系数 Sr三、电压调整率三、电压调整率四、电流调整率四、电流调整率10.3串联反馈型线性稳压电路串联反馈型线性稳压电路28基本调整管电路基本调整管电路图图10.5.1(b)加晶体管扩大负载加晶体管扩大负载电流的变化范围稳压电路电流的变化范围稳压电路图图10.5.1(c)常见画法的稳压电路常见画法的稳压电路T的工作电源为的工作电源为UI，不稳定不稳定“输入信号
17、输入信号”为稳定电压为稳定电压UZ在在UI变化或负载电阻变化或负载电阻RL变变化时，输出电压基本不变。化时，输出电压基本不变。稳压原理：晶体管的调节作用，稳压原理：晶体管的调节作用，T应工作在放大状态。应工作在放大状态。调整管与负载串联调整管与负载串联串联型稳压电源电路串联型稳压电源电路调整管工作在线性区调整管工作在线性区线性稳压电源电路线性稳压电源电路29内阻和稳压系数的估算内阻和稳压系数的估算1.内阻内阻 Ro2.稳压系数稳压系数 Sr当当 rZ RL，rZ ILmaxILminIZM ILmax+IZ313.限流电阻限流电阻R的选择的选择（1）.当当电电网网电电压压最最高高和和负负载载电
18、电流流最最小小时时，稳稳压压管管IZ 的值最大，此时的值最大，此时 IZ 不应超过允许的最大值，即不应超过允许的最大值，即或：或：（2）.当当电电网网电电压压最最低低和和负负载载电电流流最最大大时时，稳稳压压管管IZ 的值最小，此时的值最小，此时 IZ 不应低于其允许的最小值，即不应低于其允许的最小值，即或：或：32二、具有放大环节的串联型稳压电路二、具有放大环节的串联型稳压电路基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路输出电压仍不可调节，且输出输出电压仍不可调节，且输出电压将因电压将因UBE的变化而变化，稳定性较差。的变化而变化，稳定性较差。1.电路的构成电路的构成图图10.5.2具有放大环节的串
19、联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路(a)原理电路图原理电路图33电路组成电路组成 (b)b)常见画法常见画法采样电路：采样电路：R R1 1、R R2 2、R R3 3；比较放大电路：比较放大电路：A；基准电压电路：由基准电压电路：由R R、VDVDZ Z 提供。提供。调整管：调整管：VT；2.稳压原理稳压原理UI UO UF UId UBE IC UCEUO 图图10.5.2具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路动画动画avi16-1.avi343.输出电压的可调范围输出电压的可调范围由由于于 U+=U-，UF=UZ，所以所以当当 R2 的滑动端调至最上端时，的滑动端
20、调至最上端时，UO 为最小值为最小值当当 R2 的的滑滑动动端端调调至至最最下下端端时时，UO 为最大值，为最大值，则：则：图图 10.3.2串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路354.调整管的选择调整管的选择一、集电极最大允许电流一、集电极最大允许电流 ICM 二、集电极和发射极之间的最大允许电压二、集电极和发射极之间的最大允许电压 U(BR)CEO三、集电极最大允许耗散功率三、集电极最大允许耗散功率 PCM四、稳压电路的输入直流电压四、稳压电路的输入直流电压五、变压器副边电压五、变压器副边电压36三、串联型稳压电路的方框图三、串联型稳压电路的方框图实用的串联型稳压电路至少包括调整管、基准电
21、压电实用的串联型稳压电路至少包括调整管、基准电压电路、取样电路、比较放大电路四个部分组成。此外为路、取样电路、比较放大电路四个部分组成。此外为使电路安全工作，还常在电路中加保护电路。使电路安全工作，还常在电路中加保护电路。图图10.5.3串联型稳压电路的方框图串联型稳压电路的方框图动画动画avi16-2.avi3710.3.2集成稳压器中的基准电压电路和保护电路集成稳压器中的基准电压电路和保护电路一、基准电压电路一、基准电压电路串联型稳压电路的输出电压取决于基准电压。要求基串联型稳压电路的输出电压取决于基准电压。要求基准电压应具有温度系数为零，输出电阻小，噪声低。准电压应具有温度系数为零，输出
22、电阻小，噪声低。1.稳压管基准电压电路稳压管基准电压电路图图10.5.5稳压管基准稳压管基准稳压电路稳压电路稳压管具有正温度系数，而稳压管具有正温度系数，而晶体管具有负温度系数。能晶体管具有负温度系数。能进行温度补偿。进行温度补偿。电路采用射极输出形式，引电路采用射极输出形式，引入电压副负反馈。入电压副负反馈。38零温度系数基准电压源电路零温度系数基准电压源电路UREFUREF图图10.5.6零温度系数基准电压源电路及等效电路零温度系数基准电压源电路及等效电路基准电压：基准电压：UREF=IER2+mUBE在在m、n、稳压管的稳压管的UZ和二极管的和二极管的UBE的温度系数确定的情况的温度系数
23、确定的情况下，只要下，只要R1和和R2按要求选定，基准电压温度系数则为零。按要求选定，基准电压温度系数则为零。392.能隙基准电压源电路能隙基准电压源电路（CJ336/329,MC1403,AD580）UIUREFR3R2R1T1T2T3-+-II2I1图图10.5.7能隙基准电压源电路能隙基准电压源电路I3UREF UgoUgo为硅材料在为硅材料在0K时外推禁带时外推禁带宽度的电压值宽度的电压值基准电压与温度无关，从而获基准电压与温度无关，从而获得很好的稳定性。得很好的稳定性。40二、保护电路二、保护电路R4 很小，约为很小，约为 1 。负负载载电电流流超超过过某某一一值值后后，VT2 导导
24、通通，限限制制 VT1 中中的的电流，保护调整管。电流，保护调整管。保护电路的输出特性：保护电路的输出特性：UOILO正常稳压区正常稳压区限流保护限流保护1.过流保护电路（限流型）过流保护电路（限流型）过流时，使调整管发射电流过流时，使调整管发射电流限制在某一数值的电路限制在某一数值的电路。图图 10.5.8(a)图图 10.5.8(c)在集成稳压器电路内部有各种保护电路，如过流保护、在集成稳压器电路内部有各种保护电路，如过流保护、短路保护、调整管安全区保护、芯片过热保护。短路保护、调整管安全区保护、芯片过热保护。不适应于大功率电路不适应于大功率电路41截流型截流型过流保护电路过流保护电路图图
25、10.5.9截流型过流保护电路及其输出特性截流型过流保护电路及其输出特性T1为调整管为调整管R0为取样电阻，为取样电阻，它与它与T2、R1和和R2构成保护电路构成保护电路保护原理保护原理过流时，使调整管发射电流过流时，使调整管发射电流迅速减小到较小数值迅速减小到较小数值的电路的电路。422.调整管的安全工作区保护电路调整管的安全工作区保护电路3.芯片过热保护电路芯片过热保护电路图图10.5.10调整管的安全工作区保护电路调整管的安全工作区保护电路图图10.5.11芯片过热保护电路芯片过热保护电路43集成稳压器电路图集成稳压器电路图恒流源恒流源基准电压电路基准电压电路调整电路调整电路比较放大比较
26、放大减流保护减流保护过热保护过热保护启动电路启动电路取取样样电电路路4410.3.3 集成稳压器电路集成稳压器电路从外形上看，集成串联型稳压电路有三个引脚，从外形上看，集成串联型稳压电路有三个引脚，分别为输入端、输出端和公共端，因而称为三分别为输入端、输出端和公共端，因而称为三端稳压器。端稳压器。固定式稳压电路：固定式稳压电路：W78XX、W79XX。可调式稳压电路：可调式稳压电路：W117、W217、W317。45一、一、W78XX三端稳压器三端稳压器 稳定正电压稳定正电压输出电压有七个等级：输出电压有七个等级：5V、6V、9V、12V、15V、18V和和24V。如如W7805，输出输出+5
27、V；W7809，输出输出+9V输出电流有三个等级：输出电流有三个等级：1.5A、0.5A（M）和和0.1A（L）。）。如如W7805，输出输出+5V；最大输出电流为最大输出电流为1.5A；W78M05，输出输出+5V；最大输出电流为最大输出电流为0.5A；W78L05，输出输出+5V；最大输出电流为最大输出电流为0.1A。W79XX系列系列 稳定负电压稳定负电压461三端集成稳压器的组成三端集成稳压器的组成图图10.5.14W7800的原理框图的原理框图472.主要参数主要参数参数名称参数名称符号符号单位单位参参 型号型号 数数 值值7805780678097812781578187824输入
28、电压输入电压UIV10111419232733输出电压输出电压UOV56912151824电压调整率电压调整率SU%/V0.00760.00860.010.0080.00660.010.011电流调整率电流调整率SImV40434552525560最小压差最小压差UI-UOV2222222输出噪声输出噪声UNV10101010101010输出电阻输出电阻Rom 17171818191920峰值电流峰值电流IOMA2.22.22.22.22.22.22.2输出温漂输出温漂STmV/C1.01.01.21.51.82.4输入端和输出端之间的电压允许值为输入端和输出端之间的电压允许值为313V。48
29、二、二、W117三端集成稳压器三端集成稳压器1.原理框图原理框图2.主要参数主要参数4910.5.4三端稳压器的应用三端稳压器的应用一、三端稳压器的外形及电路方框图一、三端稳压器的外形及电路方框图图图10.5.16三端稳压器的外形和方框图三端稳压器的外形和方框图金属封装金属封装 塑料封装塑料封装不同封装形式、正负电源管脚号不同。不同封装形式、正负电源管脚号不同。图图(c)(d)为金属封装式为金属封装式。50二、二、W78XX应用应用1.基本应用电路基本应用电路若若输输出出电电压压较较高高，接接一一保保护护二二极极管管 D，以以保保护护集集 成稳压器内部的调整管。成稳压器内部的调整管。图图 10
30、.5.17三端集成稳压器基本应用电路三端集成稳压器基本应用电路VD512.扩大输出电流扩大输出电流 VD 的的作作用用：补补偿偿三三极极管管的的发发射射结结电电压压，使使电电路路输输出电压等于三端集成稳压器的输出电压。出电压等于三端集成稳压器的输出电压。图图 10.5.18扩大三端集成稳压器的输出电流扩大三端集成稳压器的输出电流负载电流的最大值负载电流的最大值523.提高输出电压提高输出电压图图 10.5.19534.输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路图图 10.5.20545.正、负输出稳压电路正、负输出稳压电路W7800和和W7900配合，可以得到正、负输出稳压电路。配合，可以得
31、到正、负输出稳压电路。图图10.5.21正、负输出稳压电路正、负输出稳压电路两只二极管起保护作用两只二极管起保护作用55三、三、W117的应用的应用1.基准电压源电路基准电压源电路2.典型应用电路典型应用电路图图10.5.22基准电压源电路基准电压源电路图图10.5.23典型应用电路典型应用电路输出电压可以调节输出电压可以调节输出电压很稳定：输出电压很稳定：1.25V最大输出电流可达最大输出电流可达1.5AR为泄放电阻为泄放电阻 563.外加保护电路外加保护电路4.程序控制稳压电路程序控制稳压电路图图10.5.24W117的外加保护电路的外加保护电路图图10.5.25程序控制稳压电路程序控制稳压电路在调整端加控制电路。在调整端加控制电路。图中的晶体管为电子开关。图中的晶体管为电子开关。57