直流电源第十章第十章 直流电源
10.1 直流电源的组成及各部分作用
10.2 整流电路
10.3 滤波电路
10.4 稳压二极管稳压电路
10.5 串联型稳压电路
10.6 开关型稳压电路第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：
1.重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算 。
2.掌握串联型稳压电路原理及集成稳压器的使用。
本章教学时数,6学时第三版童诗白本章讨论的问题：
1.如何将 50Hz,220V的交流电压变为 6V的直流电压？
2.220V的交流电压经整流后是否输出 220V的直流电压？
3.将市场销售的 6V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？
4.对于同样标称输出电压为 6V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 6V,而有的为 7－ 8V？
第三版童诗白
5.为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时输出电压不变，而有的随之变化？
6.一个 5V交流电压是否可能转换为 6V直流电压？一个 3V电池是否可以转换成为 6V的直流电压？
7.对于一般直流电源，若不慎将输出端短路，则一定会使损坏吗？
8.线性电源和开关型电源有和区别？它们分别应用在什么场合？
本章讨论的问题：
10.1 直流电源的组成及各部分的作用图 10.1.1 直流稳压电源的方框图电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载整流,将交流变为直流的过程。
滤波,将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。
10.2 整流电路
10.2.1 整流电路的分析方法及其基本参数
tU?sin2 2
LR
U22
22U
22U
优点：使用元件少。
缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低 。
图 10.2.2
一、工作原理图 10.2.1单相半波整流电路二、主要参数
1.输出电压平均值 UO(AV)
输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值
)(d2 1 20 oO ( A V ) tuU
220 2O (A V ) 45.0
2)(tdsi n21 UUtUU
2.负载电流的平均值
L
2
L
AVO
AVO R
U45.0
R
UI?）（
）（ ＝
3.脉动系数
O ( A V )
O 1 m
U
US?
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
L
2
AVOAVD R
U45.0II?
）（）（ ＝
二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压
2m a xR 2U U?
对于二极管 最大整流平均电流 IF和 最高反向工作电压 UR
均应留 10%的余地，以保证二极管安全工作。
L
2
AVOF R
U21.1I1.1I
＝）（?
2R 21.1U U?
10.2.2 单相桥式整流电路图 10.2.4单向桥式整流电路图 10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法一、单向桥式整流电路的组成在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路二、工作原理
1,u2 >0时，电流由 +流出，经
D1,RL,D2流入 -。
2,u2 <0时，电流由 -流出，经
D3,RL,D4流入 +。
iD1 iD2 iD3 iD4
uD3 uD4 uD1 uD2
图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图动画 avi\15-1.avi
三、输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值 IO(AV)
220 2O (A V ) 9.0
22)(tds i n21 UUtUU?
L
2
L
AVO
AVO R
U9.0
R
UI?）（
）（ ＝
脉动系数：
)4c o s15 42c o s3 42(2 2O ttUu
67.0
22
3
24
2
2
O ( A V )
O 1 m?
U
U
U
U
S
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 二极管的平均电流 只有负载电阻上电流平均值的一半。
L
2AVO
AVD R
U45.0
2
II?）（
）（ ＝
二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压
2m a xR 2U U?
对于二极管 最大整流平均电流 IF和 最高反向工作电压 UR
均应留 10%的余地，以保证二极管安全工作。
L
2AVO
F R
U21.1
2
I1.1I
＝
）（?
2R 21.1U U?
如何实现正、负电源？
将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。
三相整流电路 图 10.2.7 利用桥式整流电路实现 正、负电源图 10.2.8 三相整流电路
uO1 为正； uO2为负变压器副边的三个端均应接二只二极管，一只接阳极，
另一只 接阴极。
D1 D2 D3轮流导通，阳极电位高的 D先导通； D4D5D6轮流导通，
阴极电位低的 D先导通。
滤波电路的结构特点,电容与负载 RL 并联，
或电感与负载 RL串联。
交流电压脉动直流电压整流 滤波 直流电压
RL
L
RLC
10.3 滤波电路滤波,将脉动的直流电压变为平滑的直流电压 。
10.3.1 电容滤波电路图 10.3.1(a) 滤波电路滤波电路滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。
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。
滤波电路输出电压波形
(b)理想情况下的波形
(c)考虑整流电路内阻时的波形动画 avi\15-3.avi动画 avi\15-2.avi
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，
其电路如图所示。
一、滤波原理
a
桥式整流电容滤波电路
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
（电容器的充、放电）
RL未接入时 (忽略整流电路内阻 )
u2
t
uo
t
设 t1时刻接通电源
t1
整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形
a
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
uc
RL接入（且 RLC较大）时 (忽略整流电路内阻 )
u2
tu
o
t
无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形充电放电
a
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
uo
t
u2上升,u2大于电容上的电压 uc,u2对电容充电，
uo= uc? u2
时间常数?= (RL // Rint ) C
u2下降,u2小于电容上的电压。
二极管承受反向电压而截止。
电容 C通过 RL放电,uc按指数规律下降，时间常数?= RL C
放电时间常数?远远大于 充电时间常数?，
滤波效果取决于放电?，其值愈大，滤波效果愈好。
二、输出电压平均值
)41(22 UUU 2O m i nO m a xAVO CRTU
L
＋＝）（
当负载开路时
2O ( A V ) 2UU?
当 RLC＝（ 3~5)T/2时 2AVO U2.1U?）（
考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于
221.1 U
三、脉动系数 S
约为 10% ~ 20% 14
1
O ( A V )
O 1m
CRU
US
L
u2
t
uo
t
只有整流电路输出电压大于 uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。 二极管中的电流充电电流
a
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
四、整流二极管的导通角二极管的导通角? <?
五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性
1.输出特性当滤波电容选定后，输出电压平均值 UO（ AV） 和输出电流平均值 IO（ AV） 的关系。
2.滤波特性脉动系数 S和输出电流平均值 IO（ AV） 的关系。
图 10.3.5a电容滤波电路的输出特性图 10.3.5b电容滤波电路滤波的特性
10.3.2 倍压整流电路
1.二倍压整流电路
22UiD1
iD2
22U
图 10.3.6 二倍压整流电路负载上的电压在理想情况下是变压器副边电压的二倍
222 UU O?
+
_
2.多倍压整流电路
+
-
+ -2
2U
-
+
u2
+?
222 U
+?222 U +?222 U
+?
222 U
+?
222 U
适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。
图 10.3.7 多倍压整流电路
10.3.3 其它形式的滤波电路一、电感滤波电路
L愈大，滤波效果愈好；
适用于负载电流较大的场合。
二,LC滤波电路输出直流电压为：
2O ( A V )O ( A V ) 9.0 UUU
脉动系数 S,
SLCS 21?
适用于各种场合。
图 10.3.8 单相桥式电感滤波电路图 10.3.9 复式滤波电路 (a)
2O ( A V )O ( A V ) 9.0 UUU
三,LC -? 型滤波电路图 10.3.9复式滤波电路 (b)
四,RC -? 型滤波电路图 10.3.9复式滤波电路 (c)
O ( A V )
L
L
O ( A V ) URR
RU?
SRRCS )//( 1
L2?
适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合
2O ( A V )O ( A V ) 2.1 UUU
2O ( A V )O ( A V ) 2.1 UUU
三、各种滤波电路的比较表 10,3.1 各种滤波电路的性能比较序号 性能类型 U?O（ AV ） /U2 适用场合整流管的冲击电流和导通角外特性
1 电容滤波?1.2 小电流 大 /小 软
2 RC -?型滤波?1.2 小电流 大 /小 更软
3 LC -?型滤波?1.2 小电流 大 /小 软
4 电感滤波 0.9 大电流 小 /大 硬
5 LC 滤波 0.9 适应性较强 小 /大 硬
10.4 稳压二极管稳压电路
10.4.1 稳压管稳压电路的组成整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：
· 负载变化； · 电网电压波动。
图 10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路两个基本公式
UI＝ UR+UO
IR＝ IDZ+IL
稳压管的伏安特性图 10.4.2稳压管的伏安特性在稳压管稳压电路中，只要使稳压管始终工作在稳压区，保证稳压管的电流：
IZ≤ IDZ≤ IZM
输出电压 UO就基本稳定。
10.4.2 稳压原理
1,UI 不变,RL减小
RL IL UR UO IZ IR=IL+IZ 基本不变
2,RL 不变,UI 升高
UI UO IZ UR
UO=UI?UR 基本不变U
O
UO
· 电网电压波动；
· 负载变化。
稳压电路应从以下二个方面考察其稳压特性 IL
综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻 R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。
10.4.3 稳压管稳压电路的性能指标一、内阻 Ro
常数?
IO
O
o Δ
Δ
UI
UR
二、稳压系数 Sr
常数常数
LL
O
I
I
O
II
OO
r Δ
Δ
/Δ
/Δ
RR U
U
U
U
UU
UUS
三、电压调整率四、电流调整率内阻和稳压系数的估算
1,内阻 Ro
ZZ
I
O
o //Δ
Δ rRr
U
UR
2,稳压系数 Sr
当 rZ << RL,rZ << R 时，
I
Z
Z
O ΔΔ UrR
rU
Z
I
Z
Z
II
OO
r /Δ
/Δ
U
U
rR
r
UU
UUS?
所以图 10.4.3稳压管稳压电路的交流等效电路
10.4.4 电路参数的选择在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压 UO，
负载电流 IL的最小值 ILmin和最大值 ILmax,输入电压 UI的波动范围。
1.稳压电路输入电压 UI的选择
UI ＝（ 2~3） UO
2.稳压管的选择 U
Z＝ UO
IZM－ IZ >ILmax－ ILmin
IZM >ILmax+ IZ
3.限流电阻 R的选择
（ 1）,当电网电压最高和负载电流最小时,稳压管 IZ
的值最大,此时 IZ不应超过允许的最大值,即
Z m a xL m i nZI m a x IIR
UU 或：
L m i nZ m a x
ZI m a x
m i n II
UUR
（ 2）,当电网电压最低和负载电流最大时,稳压管 IZ
的值最小,此时 IZ不应低于其允许的最小值,即
Z m i nL m a xZI m i n IIR
UU 或：
L m a xZ m i n
ZI m i n
m a x II
UUR
[例 10.4.1] 在 10.4.1所示的电路中，已知 UI ＝ 15V,负载电流为 10~20mA； 稳压管的稳定电压 UZ＝ 6V,最小稳定电流
IZ ＝ 5A,最大稳定电流 IZM＝ 40A动态电阻 rZ＝ 15Ω 。
（ 1）求解 R的取值范围；
解,（ 1）
L m a xZ m i n
ZI m i n
m a x II
UUR
＝ 360 Ω
L m i nZ m a x
ZI m a x
m i n II
UUR
＝ 180 Ω
（ 2） 14.0
O
I
Z
Z
r U
U
rR
rS
ZZo // rRrR
＝ 15 Ω
（ 3） 在允许范围内 R的取值应当偏大些。
（ 2）若 R＝ 250Ω,则稳压系数和输出电阻各为多少？
（ 3）为使稳压性能好一些,R的值是大还是小些，为什么？
10.5 串联型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。
串联型稳压电路 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； 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数使输出电压可调。
10.5.1 串联型稳压电路的工作原理一、基本调整管电路
DZ
(a)稳压管稳压电路动画 avi\15-4.avi
基本调整管电路图 10.5.1(b) 加晶体管扩大负载电流的变化范围稳压电路图 10.5.1(c)常见画法的稳压电路
T的工作电源为 UI,不稳定
“输入信号”为稳定电压 UZ
在 UI变化或负载电阻 RL变化时，输出电压基本不变。
稳压原理：晶体管的调节作用，
T应工作在放大状态。
调整管与负载串联串联型稳压电源电路调整管工作在线性区线性稳压电源电路二、具有放大环节的串联型稳压电路基本调整管稳压电路 输出电压仍不可调节，且输出电压将因 UBE的变化而变化，稳定性较差。
1.电路的构成图 10.5.2具有放大环节的串联型稳压电路
(a)原理电路图电路组成
(b)常见画法采样电路,R1,R2,R3 ；
比较放大电路,A；
基准电压电路：由 R,VDZ 提供。
调整管,VT；
2.稳压原理
UI UO UF UId UBE IC?
UCE↑UO?
图 10.5.2 具有放大环节的串联型稳压电路动画 avi\16-1.avi
3.输出电压的可调范围由于 U+ = U?,UF = UZ，
所以
O
321
32
FZ URRR
RRUU
当 R2 的滑动端调至最上端时，
UO 为最小值
Z
32
321
O URR
RRRU
Z
32
321
O m i n URR
RRRU
当 R2 的滑动端调至最下端时,
UO 为最大值,
Z
3
321
O m a x UR
RRRU
则,图 10.5.2 串联型直流稳压电路
4.调整管的选择一、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 U(BR)CEO
三、集电极最大允许耗散功率 PCM
Lm a xCM II
≥
O m i nO m i nI m a x( B R ) C EO 1.1 UUUUU I
≥
L m a xOm i nL m a xOm i nI m a xCM )1.1()( IUUIUUP I
≥
四、稳压电路的输入直流电压
V)8~3(O m a xI UU
五、变压器副边电压
1,21.1
I
2
UU
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、基准电压电路、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。
图 10.5.3 串联型稳压电路的方框图动画 avi\16-2.avi
10.5.2 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。
1.稳压管基准电压电路图 10.5.5 稳压管基准稳压电路稳压管具有正温度系数，而晶体管具有负温度系数。能进行温度补偿。
电路采用射极输出形式，引入电压副负反馈。
零温度系数基准电压源电路
UREFUREF
图 10.5.6零温度系数基准电压源电路及等效电路基准电压,UREF=IER2+mUBE
在 m,n,稳压管的 UZ和二极管的 UBE的温度系数确定的情况下，只要 R1和 R2按要求选定，基准电压温度系数则为零。
2.能隙基准电压源电路
（ CJ336/329,MC1403,AD580）
223 RIUU BER EF
具有正温度系数的电压具有较高的负温度系数
22
3
RI
BEU
)ln (
2
1
3
3 I
I
R
UI T?
UI UREF
R3
R2
R1
T1
T2
T3
-
++
-
I I2
I1
图 10.5.7能隙基准电压源电路
I3
UREF ＝ Ugo
Ugo为硅材料在 0K时外推禁带宽度的电压值基准电压与温度无关，从而获得很好的稳定性。
)l n (
R
RU
U
)l n (
R
RU
)l n (
R
RU
1
2
3
2T
1
2
3
2T
3
2
1
3
2T
3R E F
R
R
T
R
R
U
I
I
UU
go
BE
BE
＝
二、保护电路
R4 很小，约为 1?。
负载电流超过某一值后,
VT2 导通,限制 VT1 中的电流,保护调整管 。
保护电路的输出特性：
UO
ILO
正常稳压区 限流保护
1.过流保护电路（限流型）
过流时，使调整管发射电流限制在某一数值的电路 。
图 10.5.8(a)
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、
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截流型 过流保护电路图 10.5.9 截流型过流保护电路及其输出特性
T1为调整管
R0为取样电阻，
它与 T2,R1和
R2构成保护电路保护原理过流时，使调整管发射电流 迅速减小到较小数值 的电路 。
2.调整管的安全工作区保护电路
3.芯片过热保护电路图 10.5.10调整管的安全工作区保护电路图 10.5.11 芯片过热保护电路集成稳压器电路图 恒流源基准电压电路调整电路比较放大减流保护过热保护启动电路取样电路
R
4
T
1
T
4
T
2
T
3
T
5
D
Z1
D
Z2
R
3
R
2
R
1
V
R EF
T
14
T
13
D
2
D
1
R
5
R
7
R
6
T
6
T
7
T
8
T
9
T
12
T
10
T
11
R
8
R
9
R
10
R
11
R
12
R
13
R
14
R
15
D
Z3
D
Z4
V
F
V
O
V
I
1
2
3
I
O
10.5.3 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，
分别为输入端、输出端和公共端，因而称为三端稳压器。
固定式稳压电路,W78XX,W79XX。
可调式稳压电路,W117,W217,W317。
一,W78XX三端稳压器 —— 稳定正电压输出电压有七个等级,5V,6V,9V,12V,15V、
18V和 24V。
如 W7805,输出 +5V； W7809,输出 +9V
输出电流有三个等级,1.5A,0.5A（ M） 和 0.1A（ L）。
如 W7805,输出 +5V； 最大输出电流为 1.5A；
W78M05,输出 +5V； 最大输出电流为 0.5A；
W78L05,输出 +5V； 最大输出电流为 0.1A。
W79XX系列 —— 稳定负电压
1 三端集成稳压器的组成图 10.5.14 W7800的原理框图
2.主要参数参数名称 符号单位 参 型号数值
7805 7806 7809 7812 7815 7818 7824
输入电压 UI V 10 11 14 19 23 27 33
输出电压 UO V 5 6 9 12 15 18 24
电压调整率 SU %/V 0.0076 0.0086 0.01 0.008 0.0066 0.01 0.011
电流调整率 SI mV 40 43 45 52 52 55 60
最小压差 UI?UO V 2 2 2 2 2 2 2
输出噪声 UN μV 10 10 10 10 10 10 10
输出电阻 Ro m? 17 17 18 18 19 19 20
峰值电流 IOM A 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2
输出温漂 ST mV/?C 1.0 1.0 1.2 1.5 1.8 2.4
输入端和输出端之间的电压允许值为 3~13V。
二,W117三端集成稳压器
1.原理框图
2.主要参数
R E F
1
2
O UR
R1U ）＝（
10.5.4 三端稳压器的应用一、三端稳压器的外形及电路方框图图 10.5.16 三端稳压器的外形和方框图金属封装 塑料封装不同封装形式、正负电源管脚号不同。 图 (c)(d)为金属封装式 。
二,W78XX应用
1,基本应用电路若输出电压较高,接一保护二极管 D,以保护集成稳压器内部的调整管 。
图 10.5.17 三端集成稳压器基本应用电路
VD
2,扩大输出电流
VD 的作用：补偿三极管的发射结电压,使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压 。
图 10.5.18 扩大三端集成稳压器的输出电流负载电流的最大值 )I)(I(1I
Rm a xOm a xL
3,提高输出电压图 10.5.19
ZOO UUU
O
1
2
O )1( UR
RU
4,输出电压可调的稳压电路
O
321
32
A URRR
RRU
因为
OAO UUU
O
21
32
321
32
OO )1()1/( URR
RR
RRR
RRUU?
所以图 10.5.20
5,正、负输出稳压电路
W7800和 W7900配合，可以得到正、负输出稳压电路。
图 10.5.21 正、负输出稳压电路两只二极管起保护作用三,W117的应用
1.基准电压源电路
2.典型应用电路图 10.5.22 基准电压源电路图 10.5.23 典型应用电路输出电压可以调节
VRRU 25.1)1(
1
2
O
输出电压很稳定,1.25V
最大输出电流可达 1.5A
R为泄放电阻
3,外加保护电路
4.程序控制稳压电路图 10.5.24W117的外加保护电路图 10.5.25 程序控制稳压电路在调整端加控制电路。
图中的晶体管为电子开关。
10.1 直流电源的组成及各部分作用
10.2 整流电路
10.3 滤波电路
10.4 稳压二极管稳压电路
10.5 串联型稳压电路
10.6 开关型稳压电路第三版童诗白第三版童诗白本章重点和考点：
1.重点掌握整流、滤波和稳压的流程及参数的计算 。
2.掌握串联型稳压电路原理及集成稳压器的使用。
本章教学时数,6学时第三版童诗白本章讨论的问题：
1.如何将 50Hz,220V的交流电压变为 6V的直流电压？
2.220V的交流电压经整流后是否输出 220V的直流电压？
3.将市场销售的 6V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？
4.对于同样标称输出电压为 6V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 6V,而有的为 7－ 8V？
第三版童诗白
5.为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时输出电压不变，而有的随之变化？
6.一个 5V交流电压是否可能转换为 6V直流电压？一个 3V电池是否可以转换成为 6V的直流电压？
7.对于一般直流电源，若不慎将输出端短路，则一定会使损坏吗？
8.线性电源和开关型电源有和区别？它们分别应用在什么场合？
本章讨论的问题：
10.1 直流电源的组成及各部分的作用图 10.1.1 直流稳压电源的方框图电网电压电源变压器整流电路滤波电路稳压电路负载整流,将交流变为直流的过程。
滤波,将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。
10.2 整流电路
10.2.1 整流电路的分析方法及其基本参数
tU?sin2 2
LR
U22
22U
22U
优点：使用元件少。
缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低 。
图 10.2.2
一、工作原理图 10.2.1单相半波整流电路二、主要参数
1.输出电压平均值 UO(AV)
输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值
)(d2 1 20 oO ( A V ) tuU
220 2O (A V ) 45.0
2)(tdsi n21 UUtUU
2.负载电流的平均值
L
2
L
AVO
AVO R
U45.0
R
UI?）（
）（ ＝
3.脉动系数
O ( A V )
O 1 m
U
US?
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
L
2
AVOAVD R
U45.0II?
）（）（ ＝
二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压
2m a xR 2U U?
对于二极管 最大整流平均电流 IF和 最高反向工作电压 UR
均应留 10%的余地，以保证二极管安全工作。
L
2
AVOF R
U21.1I1.1I
＝）（?
2R 21.1U U?
10.2.2 单相桥式整流电路图 10.2.4单向桥式整流电路图 10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法一、单向桥式整流电路的组成在实用电路中，多采用全波整流电路，最常用的是单向桥式整流电路二、工作原理
1,u2 >0时，电流由 +流出，经
D1,RL,D2流入 -。
2,u2 <0时，电流由 -流出，经
D3,RL,D4流入 +。
iD1 iD2 iD3 iD4
uD3 uD4 uD1 uD2
图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图动画 avi\15-1.avi
三、输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值 IO(AV)
220 2O (A V ) 9.0
22)(tds i n21 UUtUU?
L
2
L
AVO
AVO R
U9.0
R
UI?）（
）（ ＝
脉动系数：
)4c o s15 42c o s3 42(2 2O ttUu
67.0
22
3
24
2
2
O ( A V )
O 1 m?
U
U
U
U
S
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 二极管的平均电流 只有负载电阻上电流平均值的一半。
L
2AVO
AVD R
U45.0
2
II?）（
）（ ＝
二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压
2m a xR 2U U?
对于二极管 最大整流平均电流 IF和 最高反向工作电压 UR
均应留 10%的余地，以保证二极管安全工作。
L
2AVO
F R
U21.1
2
I1.1I
＝
）（?
2R 21.1U U?
如何实现正、负电源？
将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。
三相整流电路 图 10.2.7 利用桥式整流电路实现 正、负电源图 10.2.8 三相整流电路
uO1 为正； uO2为负变压器副边的三个端均应接二只二极管，一只接阳极，
另一只 接阴极。
D1 D2 D3轮流导通，阳极电位高的 D先导通； D4D5D6轮流导通，
阴极电位低的 D先导通。
滤波电路的结构特点,电容与负载 RL 并联，
或电感与负载 RL串联。
交流电压脉动直流电压整流 滤波 直流电压
RL
L
RLC
10.3 滤波电路滤波,将脉动的直流电压变为平滑的直流电压 。
10.3.1 电容滤波电路图 10.3.1(a) 滤波电路滤波电路滤波电容容量较大，一般采用电解电容器。
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。
滤波电路输出电压波形
(b)理想情况下的波形
(c)考虑整流电路内阻时的波形动画 avi\15-3.avi动画 avi\15-2.avi
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，
其电路如图所示。
一、滤波原理
a
桥式整流电容滤波电路
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
（电容器的充、放电）
RL未接入时 (忽略整流电路内阻 )
u2
t
uo
t
设 t1时刻接通电源
t1
整流电路为电容充电充电结束没有电容时的输出波形
a
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
uc
RL接入（且 RLC较大）时 (忽略整流电路内阻 )
u2
tu
o
t
无滤波电容时的波形加入滤波电容时的波形充电放电
a
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
uo
t
u2上升,u2大于电容上的电压 uc,u2对电容充电，
uo= uc? u2
时间常数?= (RL // Rint ) C
u2下降,u2小于电容上的电压。
二极管承受反向电压而截止。
电容 C通过 RL放电,uc按指数规律下降，时间常数?= RL C
放电时间常数?远远大于 充电时间常数?，
滤波效果取决于放电?，其值愈大，滤波效果愈好。
二、输出电压平均值
)41(22 UUU 2O m i nO m a xAVO CRTU
L
＋＝）（
当负载开路时
2O ( A V ) 2UU?
当 RLC＝（ 3~5)T/2时 2AVO U2.1U?）（
考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于
221.1 U
三、脉动系数 S
约为 10% ~ 20% 14
1
O ( A V )
O 1m
CRU
US
L
u2
t
uo
t
只有整流电路输出电压大于 uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。 二极管中的电流充电电流
a
u1 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
四、整流二极管的导通角二极管的导通角? <?
五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性
1.输出特性当滤波电容选定后，输出电压平均值 UO（ AV） 和输出电流平均值 IO（ AV） 的关系。
2.滤波特性脉动系数 S和输出电流平均值 IO（ AV） 的关系。
图 10.3.5a电容滤波电路的输出特性图 10.3.5b电容滤波电路滤波的特性
10.3.2 倍压整流电路
1.二倍压整流电路
22UiD1
iD2
22U
图 10.3.6 二倍压整流电路负载上的电压在理想情况下是变压器副边电压的二倍
222 UU O?
+
_
2.多倍压整流电路
+
-
+ -2
2U
-
+
u2
+?
222 U
+?222 U +?222 U
+?
222 U
+?
222 U
适用于要求输出电压较高、负载电流较小的场合。
图 10.3.7 多倍压整流电路
10.3.3 其它形式的滤波电路一、电感滤波电路
L愈大，滤波效果愈好；
适用于负载电流较大的场合。
二,LC滤波电路输出直流电压为：
2O ( A V )O ( A V ) 9.0 UUU
脉动系数 S,
SLCS 21?
适用于各种场合。
图 10.3.8 单相桥式电感滤波电路图 10.3.9 复式滤波电路 (a)
2O ( A V )O ( A V ) 9.0 UUU
三,LC -? 型滤波电路图 10.3.9复式滤波电路 (b)
四,RC -? 型滤波电路图 10.3.9复式滤波电路 (c)
O ( A V )
L
L
O ( A V ) URR
RU?
SRRCS )//( 1
L2?
适用于负载电流较小的场合适用于负载电流较小的场合
2O ( A V )O ( A V ) 2.1 UUU
2O ( A V )O ( A V ) 2.1 UUU
三、各种滤波电路的比较表 10,3.1 各种滤波电路的性能比较序号 性能类型 U?O（ AV ） /U2 适用场合整流管的冲击电流和导通角外特性
1 电容滤波?1.2 小电流 大 /小 软
2 RC -?型滤波?1.2 小电流 大 /小 更软
3 LC -?型滤波?1.2 小电流 大 /小 软
4 电感滤波 0.9 大电流 小 /大 硬
5 LC 滤波 0.9 适应性较强 小 /大 硬
10.4 稳压二极管稳压电路
10.4.1 稳压管稳压电路的组成整流滤波电路输出电压不稳定的主要原因：
· 负载变化； · 电网电压波动。
图 10.4.1 稳压二极管组成的稳压电路两个基本公式
UI＝ UR+UO
IR＝ IDZ+IL
稳压管的伏安特性图 10.4.2稳压管的伏安特性在稳压管稳压电路中，只要使稳压管始终工作在稳压区，保证稳压管的电流：
IZ≤ IDZ≤ IZM
输出电压 UO就基本稳定。
10.4.2 稳压原理
1,UI 不变,RL减小
RL IL UR UO IZ IR=IL+IZ 基本不变
2,RL 不变,UI 升高
UI UO IZ UR
UO=UI?UR 基本不变U
O
UO
· 电网电压波动；
· 负载变化。
稳压电路应从以下二个方面考察其稳压特性 IL
综上所述，在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻 R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。
10.4.3 稳压管稳压电路的性能指标一、内阻 Ro
常数?
IO
O
o Δ
Δ
UI
UR
二、稳压系数 Sr
常数常数
LL
O
I
I
O
II
OO
r Δ
Δ
/Δ
/Δ
RR U
U
U
U
UU
UUS
三、电压调整率四、电流调整率内阻和稳压系数的估算
1,内阻 Ro
ZZ
I
O
o //Δ
Δ rRr
U
UR
2,稳压系数 Sr
当 rZ << RL,rZ << R 时，
I
Z
Z
O ΔΔ UrR
rU
Z
I
Z
Z
II
OO
r /Δ
/Δ
U
U
rR
r
UU
UUS?
所以图 10.4.3稳压管稳压电路的交流等效电路
10.4.4 电路参数的选择在选择元件时，应首先知道负载所要求的输出电压 UO，
负载电流 IL的最小值 ILmin和最大值 ILmax,输入电压 UI的波动范围。
1.稳压电路输入电压 UI的选择
UI ＝（ 2~3） UO
2.稳压管的选择 U
Z＝ UO
IZM－ IZ >ILmax－ ILmin
IZM >ILmax+ IZ
3.限流电阻 R的选择
（ 1）,当电网电压最高和负载电流最小时,稳压管 IZ
的值最大,此时 IZ不应超过允许的最大值,即
Z m a xL m i nZI m a x IIR
UU 或：
L m i nZ m a x
ZI m a x
m i n II
UUR
（ 2）,当电网电压最低和负载电流最大时,稳压管 IZ
的值最小,此时 IZ不应低于其允许的最小值,即
Z m i nL m a xZI m i n IIR
UU 或：
L m a xZ m i n
ZI m i n
m a x II
UUR
[例 10.4.1] 在 10.4.1所示的电路中，已知 UI ＝ 15V,负载电流为 10~20mA； 稳压管的稳定电压 UZ＝ 6V,最小稳定电流
IZ ＝ 5A,最大稳定电流 IZM＝ 40A动态电阻 rZ＝ 15Ω 。
（ 1）求解 R的取值范围；
解,（ 1）
L m a xZ m i n
ZI m i n
m a x II
UUR
＝ 360 Ω
L m i nZ m a x
ZI m a x
m i n II
UUR
＝ 180 Ω
（ 2） 14.0
O
I
Z
Z
r U
U
rR
rS
ZZo // rRrR
＝ 15 Ω
（ 3） 在允许范围内 R的取值应当偏大些。
（ 2）若 R＝ 250Ω,则稳压系数和输出电阻各为多少？
（ 3）为使稳压性能好一些,R的值是大还是小些，为什么？
10.5 串联型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。
串联型稳压电路 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； 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数使输出电压可调。
10.5.1 串联型稳压电路的工作原理一、基本调整管电路
DZ
(a)稳压管稳压电路动画 avi\15-4.avi
基本调整管电路图 10.5.1(b) 加晶体管扩大负载电流的变化范围稳压电路图 10.5.1(c)常见画法的稳压电路
T的工作电源为 UI,不稳定
“输入信号”为稳定电压 UZ
在 UI变化或负载电阻 RL变化时，输出电压基本不变。
稳压原理：晶体管的调节作用，
T应工作在放大状态。
调整管与负载串联串联型稳压电源电路调整管工作在线性区线性稳压电源电路二、具有放大环节的串联型稳压电路基本调整管稳压电路 输出电压仍不可调节，且输出电压将因 UBE的变化而变化，稳定性较差。
1.电路的构成图 10.5.2具有放大环节的串联型稳压电路
(a)原理电路图电路组成
(b)常见画法采样电路,R1,R2,R3 ；
比较放大电路,A；
基准电压电路：由 R,VDZ 提供。
调整管,VT；
2.稳压原理
UI UO UF UId UBE IC?
UCE↑UO?
图 10.5.2 具有放大环节的串联型稳压电路动画 avi\16-1.avi
3.输出电压的可调范围由于 U+ = U?,UF = UZ，
所以
O
321
32
FZ URRR
RRUU
当 R2 的滑动端调至最上端时，
UO 为最小值
Z
32
321
O URR
RRRU
Z
32
321
O m i n URR
RRRU
当 R2 的滑动端调至最下端时,
UO 为最大值,
Z
3
321
O m a x UR
RRRU
则,图 10.5.2 串联型直流稳压电路
4.调整管的选择一、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 U(BR)CEO
三、集电极最大允许耗散功率 PCM
Lm a xCM II
≥
O m i nO m i nI m a x( B R ) C EO 1.1 UUUUU I
≥
L m a xOm i nL m a xOm i nI m a xCM )1.1()( IUUIUUP I
≥
四、稳压电路的输入直流电压
V)8~3(O m a xI UU
五、变压器副边电压
1,21.1
I
2
UU
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、基准电压电路、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。
图 10.5.3 串联型稳压电路的方框图动画 avi\16-2.avi
10.5.2 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。
1.稳压管基准电压电路图 10.5.5 稳压管基准稳压电路稳压管具有正温度系数，而晶体管具有负温度系数。能进行温度补偿。
电路采用射极输出形式，引入电压副负反馈。
零温度系数基准电压源电路
UREFUREF
图 10.5.6零温度系数基准电压源电路及等效电路基准电压,UREF=IER2+mUBE
在 m,n,稳压管的 UZ和二极管的 UBE的温度系数确定的情况下，只要 R1和 R2按要求选定，基准电压温度系数则为零。
2.能隙基准电压源电路
（ CJ336/329,MC1403,AD580）
223 RIUU BER EF
具有正温度系数的电压具有较高的负温度系数
22
3
RI
BEU
)ln (
2
1
3
3 I
I
R
UI T?
UI UREF
R3
R2
R1
T1
T2
T3
-
++
-
I I2
I1
图 10.5.7能隙基准电压源电路
I3
UREF ＝ Ugo
Ugo为硅材料在 0K时外推禁带宽度的电压值基准电压与温度无关，从而获得很好的稳定性。
)l n (
R
RU
U
)l n (
R
RU
)l n (
R
RU
1
2
3
2T
1
2
3
2T
3
2
1
3
2T
3R E F
R
R
T
R
R
U
I
I
UU
go
BE
BE
＝
二、保护电路
R4 很小，约为 1?。
负载电流超过某一值后,
VT2 导通,限制 VT1 中的电流,保护调整管 。
保护电路的输出特性：
UO
ILO
正常稳压区 限流保护
1.过流保护电路（限流型）
过流时，使调整管发射电流限制在某一数值的电路 。
图 10.5.8(a)
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、
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截流型 过流保护电路图 10.5.9 截流型过流保护电路及其输出特性
T1为调整管
R0为取样电阻，
它与 T2,R1和
R2构成保护电路保护原理过流时，使调整管发射电流 迅速减小到较小数值 的电路 。
2.调整管的安全工作区保护电路
3.芯片过热保护电路图 10.5.10调整管的安全工作区保护电路图 10.5.11 芯片过热保护电路集成稳压器电路图 恒流源基准电压电路调整电路比较放大减流保护过热保护启动电路取样电路
R
4
T
1
T
4
T
2
T
3
T
5
D
Z1
D
Z2
R
3
R
2
R
1
V
R EF
T
14
T
13
D
2
D
1
R
5
R
7
R
6
T
6
T
7
T
8
T
9
T
12
T
10
T
11
R
8
R
9
R
10
R
11
R
12
R
13
R
14
R
15
D
Z3
D
Z4
V
F
V
O
V
I
1
2
3
I
O
10.5.3 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，
分别为输入端、输出端和公共端，因而称为三端稳压器。
固定式稳压电路,W78XX,W79XX。
可调式稳压电路,W117,W217,W317。
一,W78XX三端稳压器 —— 稳定正电压输出电压有七个等级,5V,6V,9V,12V,15V、
18V和 24V。
如 W7805,输出 +5V； W7809,输出 +9V
输出电流有三个等级,1.5A,0.5A（ M） 和 0.1A（ L）。
如 W7805,输出 +5V； 最大输出电流为 1.5A；
W78M05,输出 +5V； 最大输出电流为 0.5A；
W78L05,输出 +5V； 最大输出电流为 0.1A。
W79XX系列 —— 稳定负电压
1 三端集成稳压器的组成图 10.5.14 W7800的原理框图
2.主要参数参数名称 符号单位 参 型号数值
7805 7806 7809 7812 7815 7818 7824
输入电压 UI V 10 11 14 19 23 27 33
输出电压 UO V 5 6 9 12 15 18 24
电压调整率 SU %/V 0.0076 0.0086 0.01 0.008 0.0066 0.01 0.011
电流调整率 SI mV 40 43 45 52 52 55 60
最小压差 UI?UO V 2 2 2 2 2 2 2
输出噪声 UN μV 10 10 10 10 10 10 10
输出电阻 Ro m? 17 17 18 18 19 19 20
峰值电流 IOM A 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2 2.2
输出温漂 ST mV/?C 1.0 1.0 1.2 1.5 1.8 2.4
输入端和输出端之间的电压允许值为 3~13V。
二,W117三端集成稳压器
1.原理框图
2.主要参数
R E F
1
2
O UR
R1U ）＝（
10.5.4 三端稳压器的应用一、三端稳压器的外形及电路方框图图 10.5.16 三端稳压器的外形和方框图金属封装 塑料封装不同封装形式、正负电源管脚号不同。 图 (c)(d)为金属封装式 。
二,W78XX应用
1,基本应用电路若输出电压较高,接一保护二极管 D,以保护集成稳压器内部的调整管 。
图 10.5.17 三端集成稳压器基本应用电路
VD
2,扩大输出电流
VD 的作用：补偿三极管的发射结电压,使电路输出电压等于三端集成稳压器的输出电压 。
图 10.5.18 扩大三端集成稳压器的输出电流负载电流的最大值 )I)(I(1I
Rm a xOm a xL
3,提高输出电压图 10.5.19
ZOO UUU
O
1
2
O )1( UR
RU
4,输出电压可调的稳压电路
O
321
32
A URRR
RRU
因为
OAO UUU
O
21
32
321
32
OO )1()1/( URR
RR
RRR
RRUU?
所以图 10.5.20
5,正、负输出稳压电路
W7800和 W7900配合，可以得到正、负输出稳压电路。
图 10.5.21 正、负输出稳压电路两只二极管起保护作用三,W117的应用
1.基准电压源电路
2.典型应用电路图 10.5.22 基准电压源电路图 10.5.23 典型应用电路输出电压可以调节
VRRU 25.1)1(
1
2
O
输出电压很稳定,1.25V
最大输出电流可达 1.5A
R为泄放电阻
3,外加保护电路
4.程序控制稳压电路图 10.5.24W117的外加保护电路图 10.5.25 程序控制稳压电路在调整端加控制电路。
图中的晶体管为电子开关。
