1
第 19 章直流稳压电源
2
电源变压器,将交流电网电压 u1变为合适的交流电压 u2。
整流电路滤波电路稳压电路
u1 u2 u3 u4 u
o
整流电路滤波电路稳压电路
整流电路,将交流电压 u2变为脉动的直流电压 u3。
滤波电路,将脉动直流电压 u3转 变为平滑的直流电压 u4。
稳 压电路,清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压 u0的稳定。
直流稳压电源的组成和功能
3
整流电路 是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。
为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，
反向电阻为无穷大。
19.1 整流电路
4
19.1.1 单相半波整流电路
u2>0:
导通
i0u1 u2
aT
b
D
RL u0
忽略二极管正向压降,u0=u2
t?
ui
t?
uo i
0=u0
/RL
5
u2<0时，二极管截止,输出电流 为 0。
截止
u0=0
u1 u2
aT
b
D
RL u0
i0
t?
ui
t?
uo
i0=0
6
输出电压波形与大小
t?
uo
输出电压平均值（ U0）：
输出电压波形：u
1 u2
aT
b
D
RL u0
i0
2
0
2
2
oo U45.0
U2tdu
2
1U
7
uD
2?0
t
UDRM
二极管上承受的最高电压：
22UU DRM?
二极管上的平均电流：
ID=I0
u1 u2
aT
b
D
RL u0
8
19.1.2 单相桥式整流电路桥式整流电路
+
-
u2正半周时电流通路
u1 u2
T
D4
D2
D1
D3
RL
u0
9
桥式整流电路
-
+
u0
u1 u2
T
D4
D2
D1
D3
RL
u2负半周时电流通路
10
u2>0 时
D1,D3导通
D2,D4截止电流通路,
由 +经 D1?
RL?D3?-
u2<0 时
D2,D4导通
D1,D3截止电流通路,
由 -经 D2?
RL?D4?+
输出是脉动的直流电压！
u2
t?
t?
桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
uD4,uD2 uD3,uD1
t?
uo
u2
D4
D2
D1
D3
RL
u0
+
-
11
负载电压 U0的平均值,
π2
0
9.0
π
22tω
π
2
2
oo U
Udu
2
1U
负载上的 (平均 )电流,
L
2
o R
0.9 UI?
L
2
oD R
U0,4 5I
2
1I
2RMD U2U?
每个二极管只有半周导通。流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
t?
uo (io )
12
220 V
1 2
1 2
R
2
+
Lu
u
u
·
2
L
·
·
－
1
D
D
2
19.1.3 单向全波整流电路
+
–
+
–
+
–
+
– 变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压 u2
当 u2正半周时,D1导通,D2截止。
当 u2负半周时,D2导通,D1截止。
13
全波整流电压波形
u2
uL
uD1
t? 2? 3? 4?0
uD2
V220
1 2
1 2
2
·
u
u
D
D
2
2
·
1
·
+
u
－
L
L
R
14
uL
2?0
t
IL= UL /RL =0.9 U2 / RL
（ 2）输出电流平均值 IL,
）（ tduU LL 2
02
1
（ 1）输出电压平均值 UL：
）（ tωtdωs i nU2π1 π
0 2?
2U9.0?
V220
1 2
1 2
2
·
u
u
D
D
2
2
·
1
·
+
u
－
L
L
R
IL
15
uD
2?0
t
（ 3）流过二极管的平均 电流：
ID = IL/2
（ 4）二极管承受的最高反向电压：
V220
1 2
1 2
2
·
u
u
D
D
2
2
·
1
·
+
u
－
L
L
R
2D R M U22U?
16
几种常见的硅整流桥
+ A C -~ + ~ -
~+ -~
u2 u
L+
–
17
19.2 滤波电路滤波原理,
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。
滤波电路利用储能元件 电容 两端的电压 (或通过 电感 中的电流 )不能突变的特性,将 电容与负载 RL并联 (或将 电感 与负载 RL串联 )，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。
18
u1 u2u1
a
b
D4
D2
D1
D3
RL
u0
S
C
RL未接入时 u
2
t设 t1时刻接通电源
t1
充电结束忽略整流电路内阻
u0
t没有电容时的输出波形
1,电容滤波
19
u1 u2u1
a
b
D4
D2
D1
D3
RL u0
S
C
RL接入（且 RLC较大）时
u2
t
uo
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。
20
近似估算,UL=1.2U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短? iD的峰值电流越大电容滤波电路的特点：
(a) UL与 RLC的 关系：
RLC 愈大? C放电愈慢
UL(平均值 )愈大
RLC 较大一般取：
(T:电源电压的周期 )
2T)53(CR L
u2
t
uc= uL
21
输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变,Uo 和
S 也随之改变。
如,RL 愈小 ( IL 越大 ),Uo下降多,S 增大。
结论,电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。
(c) 输出特性 (外特性 )
uo
电容 滤波纯电阻负载
1.4U2
0.9U2
0
IL
22
+
+
+
+4
1
2
3
L
D +
D
L
u
4
-
R
2 2 0 V
3 2
D
D
1
u
21
u
L
2,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。
输出电压平均值,UL=0.9U2
谐波分量,f 越高,XL 越大,电压大部分降在电感上。
因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。
直流分量,XL=0 相当于短路,电压大部分降在 RL上
23
电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流 (RL较小 )的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。
u2u1 R
L
L
uo
24
3,其它滤波电路为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。
LC滤波电路
+
++
+
u
o
+
-
L
Cu
-
i
+
+
+
+
+
u
+ +
u
-
i
C
-
o
R
C
1 2
RCπ型滤波电路
25
19.3 直流稳压电源稳压电路的作用,
交流电压脉动直流电压整流 滤波 有波纹的直流电压稳压 直流电压
26
19.3.1 稳压管稳压电路稳压原理 ——利用稳压管的反向击穿特性。
由于反向特性陡直,较大的电流变化,只会引起较小的电压变化 。
i
u
U
Z
△I
△ U
I
zm i n
I
zm ax
+
+
+
+
UDzi
LR
z
-
o
U
-
++
R
U
I
ZI LI
27
ZL += III
RiZO == UUUU?
(1) 当输入电压变化时
Ui UZ
Uo
Uo
UR
IIZ
IRU i
+
+
+
+
UDzi
LR
z
-
o
U
-
++
R
U
I
ZI LI
28
(2)当负载电压变化时稳压过程：
Uo
URUo
IZ I
+
+
+
+
UDzi
LR
z
-
o
U
-
++
R
U
I
ZI LI
29
19.3.4 集成稳压电源简介随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。
本节主要介绍常用的 W7800系列 W7900系列 三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。
该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。
30
1端,输入端
2端,公共端
3端,输出端
W7800系列稳压器
1 2
3
1端,公共端
2端,输入端
3端,输出端
W7900系列稳压器
1 2
3
31
分类,
正稳压
W 7 8 X X
负稳压
W 7 9 X X
固定式 可调式三端集成稳压器型号后 XX两位数字代表输出电压值
W78系列 (输出正电压 )
W79系列 (输出负电压 )
}
输出电压额定电压值有,
5V,9V,12V,18V,24V等 。
32
一、输出为固定电压的电路应用电路输出为固定正压时的接法如图所示 。
注意,输入与输出端之间的电压不得低于 3V！
+
_
W7800系列稳压器 基本接线图
Co
W78XX
CIUI
+
_
Uo
1 3
2
0.1~1?F 1μF
33
二,输出正负电压的电路正负电压同时输出电路
W78XX
CI
UI
+
_
UO1 3
2
+
_CI
W79XX
1
3
CO
CO
2 UO
34
CO
W78XX
CIUI
+
_
+
_
UO
1 3
2 UXX
UZ
R
DZ
UXX,为 W78XX固定输出电压
UO = UXX + UZ
三、提高输出电压的电路
35
第十九章结束电子技术模拟电路部分
第 19 章直流稳压电源
2
电源变压器,将交流电网电压 u1变为合适的交流电压 u2。
整流电路滤波电路稳压电路
u1 u2 u3 u4 u
o
整流电路滤波电路稳压电路
整流电路,将交流电压 u2变为脉动的直流电压 u3。
滤波电路,将脉动直流电压 u3转 变为平滑的直流电压 u4。
稳 压电路,清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压 u0的稳定。
直流稳压电源的组成和功能
3
整流电路 是把交流电压转变为直流脉动的电压。常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式整流等。
为分析简单起见，我们把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，
反向电阻为无穷大。
19.1 整流电路
4
19.1.1 单相半波整流电路
u2>0:
导通
i0u1 u2
aT
b
D
RL u0
忽略二极管正向压降,u0=u2
t?
ui
t?
uo i
0=u0
/RL
5
u2<0时，二极管截止,输出电流 为 0。
截止
u0=0
u1 u2
aT
b
D
RL u0
i0
t?
ui
t?
uo
i0=0
6
输出电压波形与大小
t?
uo
输出电压平均值（ U0）：
输出电压波形：u
1 u2
aT
b
D
RL u0
i0
2
0
2
2
oo U45.0
U2tdu
2
1U
7
uD
2?0
t
UDRM
二极管上承受的最高电压：
22UU DRM?
二极管上的平均电流：
ID=I0
u1 u2
aT
b
D
RL u0
8
19.1.2 单相桥式整流电路桥式整流电路
+
-
u2正半周时电流通路
u1 u2
T
D4
D2
D1
D3
RL
u0
9
桥式整流电路
-
+
u0
u1 u2
T
D4
D2
D1
D3
RL
u2负半周时电流通路
10
u2>0 时
D1,D3导通
D2,D4截止电流通路,
由 +经 D1?
RL?D3?-
u2<0 时
D2,D4导通
D1,D3截止电流通路,
由 -经 D2?
RL?D4?+
输出是脉动的直流电压！
u2
t?
t?
桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
uD4,uD2 uD3,uD1
t?
uo
u2
D4
D2
D1
D3
RL
u0
+
-
11
负载电压 U0的平均值,
π2
0
9.0
π
22tω
π
2
2
oo U
Udu
2
1U
负载上的 (平均 )电流,
L
2
o R
0.9 UI?
L
2
oD R
U0,4 5I
2
1I
2RMD U2U?
每个二极管只有半周导通。流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
t?
uo (io )
12
220 V
1 2
1 2
R
2
+
Lu
u
u
·
2
L
·
·
－
1
D
D
2
19.1.3 单向全波整流电路
+
–
+
–
+
–
+
– 变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压 u2
当 u2正半周时,D1导通,D2截止。
当 u2负半周时,D2导通,D1截止。
13
全波整流电压波形
u2
uL
uD1
t? 2? 3? 4?0
uD2
V220
1 2
1 2
2
·
u
u
D
D
2
2
·
1
·
+
u
－
L
L
R
14
uL
2?0
t
IL= UL /RL =0.9 U2 / RL
（ 2）输出电流平均值 IL,
）（ tduU LL 2
02
1
（ 1）输出电压平均值 UL：
）（ tωtdωs i nU2π1 π
0 2?
2U9.0?
V220
1 2
1 2
2
·
u
u
D
D
2
2
·
1
·
+
u
－
L
L
R
IL
15
uD
2?0
t
（ 3）流过二极管的平均 电流：
ID = IL/2
（ 4）二极管承受的最高反向电压：
V220
1 2
1 2
2
·
u
u
D
D
2
2
·
1
·
+
u
－
L
L
R
2D R M U22U?
16
几种常见的硅整流桥
+ A C -~ + ~ -
~+ -~
u2 u
L+
–
17
19.2 滤波电路滤波原理,
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。
滤波电路利用储能元件 电容 两端的电压 (或通过 电感 中的电流 )不能突变的特性,将 电容与负载 RL并联 (或将 电感 与负载 RL串联 )，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。
18
u1 u2u1
a
b
D4
D2
D1
D3
RL
u0
S
C
RL未接入时 u
2
t设 t1时刻接通电源
t1
充电结束忽略整流电路内阻
u0
t没有电容时的输出波形
1,电容滤波
19
u1 u2u1
a
b
D4
D2
D1
D3
RL u0
S
C
RL接入（且 RLC较大）时
u2
t
uo
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。
20
近似估算,UL=1.2U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短? iD的峰值电流越大电容滤波电路的特点：
(a) UL与 RLC的 关系：
RLC 愈大? C放电愈慢
UL(平均值 )愈大
RLC 较大一般取：
(T:电源电压的周期 )
2T)53(CR L
u2
t
uc= uL
21
输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变,Uo 和
S 也随之改变。
如,RL 愈小 ( IL 越大 ),Uo下降多,S 增大。
结论,电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。
(c) 输出特性 (外特性 )
uo
电容 滤波纯电阻负载
1.4U2
0.9U2
0
IL
22
+
+
+
+4
1
2
3
L
D +
D
L
u
4
-
R
2 2 0 V
3 2
D
D
1
u
21
u
L
2,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。
输出电压平均值,UL=0.9U2
谐波分量,f 越高,XL 越大,电压大部分降在电感上。
因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。
直流分量,XL=0 相当于短路,电压大部分降在 RL上
23
电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流 (RL较小 )的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。
u2u1 R
L
L
uo
24
3,其它滤波电路为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。
LC滤波电路
+
++
+
u
o
+
-
L
Cu
-
i
+
+
+
+
+
u
+ +
u
-
i
C
-
o
R
C
1 2
RCπ型滤波电路
25
19.3 直流稳压电源稳压电路的作用,
交流电压脉动直流电压整流 滤波 有波纹的直流电压稳压 直流电压
26
19.3.1 稳压管稳压电路稳压原理 ——利用稳压管的反向击穿特性。
由于反向特性陡直,较大的电流变化,只会引起较小的电压变化 。
i
u
U
Z
△I
△ U
I
zm i n
I
zm ax
+
+
+
+
UDzi
LR
z
-
o
U
-
++
R
U
I
ZI LI
27
ZL += III
RiZO == UUUU?
(1) 当输入电压变化时
Ui UZ
Uo
Uo
UR
IIZ
IRU i
+
+
+
+
UDzi
LR
z
-
o
U
-
++
R
U
I
ZI LI
28
(2)当负载电压变化时稳压过程：
Uo
URUo
IZ I
+
+
+
+
UDzi
LR
z
-
o
U
-
++
R
U
I
ZI LI
29
19.3.4 集成稳压电源简介随着半导体工艺的发展,现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。
本节主要介绍常用的 W7800系列 W7900系列 三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。
该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。
30
1端,输入端
2端,公共端
3端,输出端
W7800系列稳压器
1 2
3
1端,公共端
2端,输入端
3端,输出端
W7900系列稳压器
1 2
3
31
分类,
正稳压
W 7 8 X X
负稳压
W 7 9 X X
固定式 可调式三端集成稳压器型号后 XX两位数字代表输出电压值
W78系列 (输出正电压 )
W79系列 (输出负电压 )
}
输出电压额定电压值有,
5V,9V,12V,18V,24V等 。
32
一、输出为固定电压的电路应用电路输出为固定正压时的接法如图所示 。
注意,输入与输出端之间的电压不得低于 3V！
+
_
W7800系列稳压器 基本接线图
Co
W78XX
CIUI
+
_
Uo
1 3
2
0.1~1?F 1μF
33
二,输出正负电压的电路正负电压同时输出电路
W78XX
CI
UI
+
_
UO1 3
2
+
_CI
W79XX
1
3
CO
CO
2 UO
34
CO
W78XX
CIUI
+
_
+
_
UO
1 3
2 UXX
UZ
R
DZ
UXX,为 W78XX固定输出电压
UO = UXX + UZ
三、提高输出电压的电路
35
第十九章结束电子技术模拟电路部分
