1
第十章 直流电源
? 教学时数,10学时
? 重点与难点,
? 1、直流电源的组成
? 2、整流电路的结构、原理及性能指标
? 3、滤波电路的工作原理及性能指标
? 4、串联稳压电路的工作原理
? 5、开关稳压电路
2
10-1 直流电源的组成及各部分的
作用
在工业生产和日常生活中，许多电气设备和
家用电器中，通常需要电压电流稳定的直流电源
供电，而电网提供的通常为单相 220伏或三相
380伏的交流电源；
将交流电源通过变压、整流、滤波、稳压后
变为幅值稳定、电流稳定的直流电的设备称为 直
流稳压电源 。
输入电压为单相 220V，输出电流在 10A以下，
调整管工作在线性工作区的稳压电源称为小功率
线性直流稳压电源。
3
? 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, 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 uo的稳定。
整
流
电
路
滤
波
电
路
稳
压
电
路
整
流
电
路
滤
波
电
路
稳
压
电
路
u1 u2 u3 u4 u
o
4
单相
三相
二极管
可控硅
桥式
倍压整流
半波
全波
本课主要介绍,
单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流
把交流电压转变为直流脉动的电压。
整流电路分类,
整流电路的任务,
10-1 单相整流电路
为分析方便，假设所用元件为理想元件。
5
1.单相半波整流电路
二极管导通,uo=u2 u
1 u2
a T
b
D
RL uo
二极管截止,uo=0
+
–
io
+
– 当 u2 >0 时,
当 u2<0时,
以单相半波整流电路为例说明整流电路的
工作原理。
设变压器附边输出电压有效值为 U2。
ts i nU2u 22 ??
6
单相半波整流电压波形
u1 u2
a T
b
D
RL uo
uD
u2
uo
uD
?t ? 2? 3? 4? 0
工作效率为 50%。
7
输出电压平均值（ Uo(AV)）,输出电流平均值（ Io(AV) ),
u1 u2
a T
b
D
RL uo
uD
io
Io(AV)= Uo(AV) /RL =0.45 U2 / RL
uo
? 2? 0
?t
主要参数,
2
2
20
0
2
00
2
0 0)AV(O
U45.0
U2
)]t(tds i nU2[
2
1
)]t(du)t(du[
2
1
)t(du
2
1
U
???
???
?
? ??
?
??
?
??
?
?
?
?
? ?
?
?
8
二极管上 的 平均电流 及 承受的 最高反向电压,
u1 u2
a T
b
D
RL uo
uD
io uD
? 2? 0
?t
UDRM
二极管上的平均电流,ID = IO
UDRM= 2 2 U 承受的最高反向电压,
应用时选择反向耐压 ≥1.1UDRM的整流二极管。
9
脉动系数 S：输出电压的基波峰值 UO1M与平均电压
UO(AV)之比。
57.1
2
U
2
2
U
U
U
S
2
2
)AV(O
O 1 M ???? ?
?
2
U)t(tdtc o s 2c o sU21U 2
2O 1 M
2
2
?? ?
?
????
?
?
纹波系数 Kγ：输出电压交流分量有效值与 输出电压
平均值之比。
)AV(O
O
U
UK ?
? ?
10
2.单相全波整流电路
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io +
–
+
–
原理,
+
–
+
– 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。
11
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io
单相全波整流电压波形
u2
uo
uD1
?t ? 2? 3? 4? 0
uD2
+
–
+
–
0 ~ ?,
uD2 = 2u2
+
忽略二极管正向压降
12
输出电压平均值 Uo(AV)；输出电流平均值 Io(AV)
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io uo
? 2? 0
?t
( ) ? ? ? ? ?
0
1 t d u U
o O(AV) ? ( ) ?
? ?
?
0
1 t d sin? t
2 2 U
Io(AV)= Uo /RL =0.9 U2 / RL
? ? 2 2 9, 0 2 U U ? 2
主要参数,
13
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压,
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io 二极管上 的 平均电流,
o D I I 2
1 ?
uD
? 2? 0
?t
DRM 2 2 U U ? 2
二极管承受的 最高反向电压,
14
3,单相桥式整流电路
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
组成：由四个二极管组成桥路
RL D1
D3
D2
D4
u2 uo u2 uo
15
+
–
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
u2正半周时电流通路
D1, D4导通,D2,D3截止
16
-
+
u0
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
u2负半周时电流通路
D2,D3 导通,D1, D4截止
17
u2>0 时
D1,D4导通
D2,D3截止
电流通路,
a ? D1?
RL?D4?b
u2<0 时
D2,D3导通
D1,D4截止
电流通路,
b? D2?
RL?D4?a
单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
u2
D3
D2
D1
D4
RL
uo
a
b
整流输出电压平均值,
Uo=0.9U2
负载电流平均值,
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
二极管平均电流,ID=Io/2 二极管最大反向电压,
DRM 2 2 U U ?
u2
t?
t?
uD2,uD3 uD1,uD4
t?
uo
18
几种常见的硅整流桥外形,
+ A C - ~ + ~ -
~ + - ~
u2 u
o
+
?
–
?
19
整流电路的主要参数,
负载电压 Uo(AV)的平均值为,
( ) ? ? π o O(AV) t d u π U 2
0 2
1 ?
负载上的 (平均 )电流,
L
O(AV) R
U I o ?
(1)整流输出电压的平均值
uo
? 2? 0
?t
22 U9.0U
22 ??
?
L
2
R
U9.0?
20
S定义,整流输出电压的基波峰值 Uo1M与 Uo平均值
之比。 S越小越好。
(2),脉动系数 Ｓ
670
3
2
22
3
24
2
2
1,
π
U
π
U
U
U
S
o
Mo ????
用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得,
)6c o s35 44c o s15 42c o s3 42(2 2 ?tttUu o ??????? ????
uo
? 2? 0
?t
基波 基波峰值
输出电压平均值
21
平均电流 (ID)与反向峰值电压 (UDRM)是选择整流管
的主要依据。
o D I I 2
1 ?
22 UU RM ?
在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，
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,
(3)二极管平均电流与反向峰值电压
（选购时：二极管额定电流 ? 1.1ID)
（选购时,最大反向电压 ? 1.1URM)
22
自行分析输出双极性电压单相桥式整流
电路和三相桥式整流电路工作原理。
23
24
10.3 滤波电路
交流
电压
脉动
直流电压
整流 滤波 直流
电压
经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分，
但其脉动较大，需要经过滤波电路消除其脉动成分，
使其更接近于直流。
滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利
用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。
25
一、电容滤波电路
电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。
其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解
电容，利用电容对电压的充放电作用使输出电压趋于
平滑。该形式电路多用于小功率电源电路中。
1．电容滤波原理
以单向
桥式整流电
容滤波为例
进行分析，
其电路如图
所示。
a
桥式整流电容滤波电路
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
26
当 RL未接入时 (电容初始电压为 0),
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 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
uc
uo =uc= U2 2
τc=RintC （ Rint为充电回路等效电阻）
27
当 RL接入时（假设 RL是 u2在从 0上升时接入的）,
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
u2
t
uo
t
无滤波电容
时的波形
加入滤波电容
时的波形
28
uo
t
u2上升,u2大于电容
上的电压 uc,u2对电容充电,
uo= uc? u2
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
29
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
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
30
u2
t
uo
t
电容充电时，
电容电压滞后
于 u2。
RLC越小，输
出电压越低。
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
RL接入（且 RLC较大）时
31
2．电容滤波的主要参数
因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐
波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算，
所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。
输出电压可以近似看成
锯齿波，如图所示。
设 uc每次充电到峰值
Uomax= U2后按 RLC放电的
初始斜率线性下降，经过
τ=RLC放电结束交于横轴；
2
并令在 （ T为正弦波周
期）处为电容充放电转换时的电压值 Uomin。 2
T
则,
2
UUU O m i nO m a x
)AV(O
??
32
CR
2
T
U
UU
LO m a x
O m i nO m a x ??
由相似三角形关系可得,
O m a x
L
O m i nO m a x U
C4R
T
2
UU ??
2
UUU O m i nO m a x
)AV(O
??则,
2
UUU O m i nO m a x
O m a x
???
)C4R T1(U
L
O m a x ??
即,)
C4R
T1(U2U
L
2O ( A V ) ??
Io(AV)= Uo(AV)/RL
33
脉动系数 S,采用近似波形计算。
以（ Uomax－ Uomin）为基波峰 -峰值，则
O m a x
L
O m i nO m a x U
C4R
T
2
UU ??
1
T
C4R
1
TC4R
T
)
C4R
T
1(U
U
C4R
T
S
LL
L
O m a x
O m a x
L
?
?
?
?
?
??
实际 uo的波动没有近似波形误差大，故实际 S比
计算值要小。
34
一般取
近似估算, Uo(AV)≈1.2U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大
RLC 越大 ? Uo越高 ?负载电流的平均值越大 ;
整流管导电时间越短 ? iD的峰值电流越大
(a) 输出电压 平均值 Uo与时间常数 RLC 有关
RLC 愈大 ? 电容器放电愈慢 ? Uo(平均值 )愈大
(c) 二极管承受的最高反向电压,
22 UU RM ?
T)5.2~5.1(2T)5~3(CR L ????
(d) 滤波电容应选用耐压 >1.1 的电解电容。
2U2
35
由 UO(AV)的表达式可看出,C越大,UO(AV)也越
大,IO(AV)也会增大，而整流管的通电时间却越短，
整流管的导通电流加大，如果 C太大则初始充电时
间要长，整流管中通过的冲击电流时间加长，长时
间会影响整流管使用寿命。所以一般选择整流管时
ID(AV)＞（ 2~3） IO(AV) 。
改变 RLC会对 UO(AV)和 S有影响，将 UO(AV)和 IO(AV)
的关系曲线称为 输出特性,将 S和 IO(AV)的关系曲线
称为 滤波特性,如果 RLC越小,UO(AV)越低，则 S
越大，而加大 C可使滤波效果和负载能力增强，但
C不能无限增大。
所以电容滤波形式电路一般适用于输出电流较
小且负载变化不大的场合。
36
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。
u2 u1 R
L
L
uo
二、电感滤波电路
37
电感滤波原理
对谐波分量, f 越高,XL 越大,电压大部分降在 XL上。
因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。
Uo(AV)≈0.9U2
当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压,
u2 u1 R
L
L
uo
对直流分量, XL=0 相当于短路,电压大部分降在 RL上
38
三、其他形式的滤波电路
改善滤波特性的方法,采取多级滤波。如,
L-C 型滤波电路,在电感滤波后面再接一电容。
RC–? 型滤波电路,在电容滤波后再接一级 RC滤
波电路。
性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。
LC –? 型滤波电路,在电容滤波后面再接 L-C 型
滤波电路。
39
１, RC – ?型 滤波器
改善滤波特性的方法,采取多级滤波
uo
R
u2 u1
C1 C2
uo1′
RL
RC – ? 型 滤波器
40
uo
R
u2 u1
C1 C2
uo1′
RL
uo的交流分量的基波的幅值,
mo
CL
CL
mo 'UXRR
XRU
1
2
2
1 )j//(
)j//( ??
??
??
mo
L
L
L
mo
U'
C
RR
C
RR
R
U
1
2
2
2
2
1
)
1
()//(
1
?
?
?
?
?
?
41
通常选择滤波元件的参数使得,
)//(1
2
LRRC ???
mo
LL
L
mo U'RRCRR
RU
1
2
1 )//(
1
????
mo
L
L
L
mo
U'
C
RR
C
RR
R
U
1
2
2
2
2
1
)
1
()//(
1
?
?
?
?
?
?
uo的脉动系数 S与 uo1的脉动系数 S′的关系,
S'RRCU'U'RRCUUS
Lo
mo
Lo
mo
)//(
1
)//(
1
2
1
2
1
?? ???
42
２,L-C 型滤波电路
u2 u1
L
uo C RL
uo1
设 uo1的直流分量为 U′O，交流分量的基波的幅
值为 U′O1m，,
29.0 UU'U oo ??
67.0?S'
mo
CLL
CL
mo 'UXRX
XRU
11 )j//(j
)j//( ??
??
??
43
mo
CLL
CL
mo 'UXRX
XRU
11 )j//(j
)j//( ??
??
??
通常选择滤波元件的参数使得,
LRC ???
1
momo
CL
C
mo U'LCU'XX
XU
1211 1
1
jj
j
??
?
?
??
uo的脉动系数 S与 uo1的脉动系数 S′的关系,
S'
LCU'
U'
LCU
US
o
mo
o
mo
2
1
2
1
1
1
1
1
?? ?
?
?
??
44
３,LC –? 型滤波电路
u2 u1
L
uo C
2
RL
uo1
C1
显然,LC –? 型滤波电路输出电压的脉动系
数比只有 LC滤波时更小,波形更加平滑 ；由
于在输入端接入了电容，因而较只有 LC滤波
时,提高了输出电压 。
请自行分析 LC –? 型滤波电路的输出
电压和脉动系数等基本参数。
45
四,倍压整流电路
利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极
管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。
1、二倍压整流电路
u
1
u
+
–
D
1
C
2
D
2
u
o
2
+
–
C
1
a
b
+
–
u2的正半周时,D1导通，
D2截止，理想情况下，电
容 C1的电压,
21C U2U ?
u2的负半周时,D2导通，
D1截止，理想情况下，电
容 C2的电压,
21C22C U22UUU ???
输出端的 电压,
22CO U22UU ??
即二倍压电 压。
46
+ – 2
2U
2、多倍压整流电路
+ –
222 U
u2的第一个正半周,u2,C1,D1构成回路,C1
充电到,
22U
u2的第一个负半周,u2,C2,D2, C1构成回路，
C2充电到,
222 U
C1
u1 u2 D1 D
2
D3
D4
D5
D6
C3 C5
C2 C4 C6
47
+ – 2
2U
+ – 2
22 U
+ – 2
22 U
+ –
222 U
+ –
222 U
+ –
222 U
C1
u1 u2 D1 D
2
D3
D4
D5
D6
C3 C5
C2 C4 C6
u2的第二个正半周,u2,C1,C3, D3, C2构成回
路,C1补充电荷,C3充电到,
222 U
u2的第二个负半周,u2,C2,C4,D4,C3, C1构
成回路,C2补充电荷,C4充电到,
222 U
把电容接在相应电容组的两端，即
可获得所需的多倍压直流输出。
48
10.4 稳压二极管稳压电路
稳压电路的作用,使直流电路在电网波
动、负载变化、温度变化等因素影响下保证
输出电压稳定。
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
49
一, 稳压电源类型
以下主要讨
论线性稳压
电路。
稳压二极管
稳压电路
开关型
稳压电路
线性
稳压电路
常用稳压电路
(小功率设备 )
电路最简单，但是
带负载能力差，一
般只提供基准电压，
不作为电源使用。
效率较高，目前
用的也比较多，
但因学时有限，
这里不做介绍。
50
二, 稳压电路的主要性能指标
(1)稳压系数 S（越小越好）
稳压系数 S反映电网电压波动时对稳压电路的
影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变
化量与输入电压的相对变化量之比。
O I
OI
U US
UU
? ??
(2)输出电阻 Ro （越小越好）
输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。
定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电
流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路
的内阻。
51
~ 220V
R
L
+
-
U
O
R
D
Z
+
-
U
I
I
Z
I
Z
I
R
u
i
IZmin
IZmax
稳压管稳压电路具有电路简单、
元件数量少等优点，应用较为
广泛。适用于负载电流小、负
载电压不变的场合。
三, 稳压管稳压电路
52
? 从稳压管的特性可知，在电
路中若能使稳压管始终工作
在稳压区内，即：使稳压管
的电流 IZ满足条件,
IZmin≤ IZ≤ IZmax,则输出电
压 UO基本上保持不变，约为
UZ。
u
i
IZmin
IZmax
UZ
所以稳压二极管的稳压作用是利用稳压管中
电流的调节实现稳压目的。电路中 R必不可少，
其作用是限流和电压、电流补偿。
53
~ 220V R
L
+
-
U
O
R
D
Z
+
-
U
I
I
Z
I
Z
I
R
通过对电路分析
容易得到关系式,
ORI UUU ??
OZR III ??
1、稳压管稳压电路的工作原理
当电网电压变化时,
????????? RRZOI UIIUU
?OU
以上过程是利用 关系中，使
,从而实现 UO的稳定。 ORI UUU ??IR UU ?? ?
54
当负载发生变化时,
不变不变 OROZRZOL UIIIIIUR ???????????? ??
??? RO II
~ 220V R
L
+
-
U
O
R
D
Z
+
-
U
I
I
Z
I
Z
I
R
以上过程是利用 关系中，使
,使 IR基本不变而实现 UO的稳定。 OZ II ?? ?? OZR
III ??
55
2、稳压管稳压电路的性能指标
稳压管稳压电路的性能指标主要有稳压系数 Sr、
输出电阻 RO、电压调整率、电流调整率、最大纹波
电压、温度系数等。主要了解前两个。
Sr定义为,在负载固定时稳压电路输出电压相对变
化量与输入电压相对变化量之比。
常数?
?
LR
I
I
O
O
U
U
U
U
S
?
?
?
Sr反映电网波动对输出电压的影响，其值越小说
明稳压性能越好。
56
RO定义为,在输入电压固定时，稳压电路输出电
压变化量与输出电流变化量之比。
常数?
?
IUO
O
O I
UR
?
?
RO反映负载波动对稳压电路的影响，其值越小说
明稳压电路带负载能力越强。
在只考虑变化量条件下，稳压管稳压电路可等
效为如图形式,rz为稳压管的动态电阻。
+
-
UI UO
+
-
IZ IO
DZ RL
R
限流电阻
IR
+
-
UI UO
+
-
RL
R
rz
57
脉动系数 Sr,
∴ Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)
+
-
UI UO
+
-
RL
R
rz
输出电阻 RO,
RO=R//rz ≈rz
z
z
Lz
Lz
I
O
rR
r
R//rR
R//r
U
U
?????
? (R>> rz)
O
I
z
z
U
U
rR
r ?
??
(R>> rz)
另外，用电网电压波动 ± 10%时 UO的变化量 ΔUO作
为衡量指标，称为 电压调整率 。
用 IO从 0变到额定值时,UO的变化量作为衡量指标，
称为 电流调整率。
58
3、稳压管稳压电路的参数选择
首先应确定输出电压 UO，输出电流范围 Iomin,
Iomax（或 RLmax,RLmin），输入电压 UI波动范围
（一般为 ± 10%）等，据此选择整流、滤波、稳压
元件参数。
（ 1） UI的选择
根据经验，一般选择
UI=（ 2~3） UO
确定 Ii：该电流的选择原则为 Ii > Iomax。
59
（ 2）稳压管的选择
UZ=UO
IZM－ IZ > Iomax－ Iomin
IZM ≥ Iomax +IZ
（ 3）限流电阻的选择
由
ORZ
ZI
R IIIR
UUI ???? 得
Z
L m i n
ZZI m i n I
R
U
R
UU ???
L m i nZZ
ZI m i n
m a x /RUI
UUR
?
???
ZM
L m a x
ZZI m a x I
R
U
R
UU ???
L m a xZZM
ZI m a x
m i n /RUI
UUR
?
???
m a x2R m a xR RIP ??
限流电阻的功率,（空载时）
60
? 输出电流小，输出电压不可调节；
? 结构简单、方便，使用元件少；
? 适用于 IO较小,UO不变的场合，
如作电压基准。
稳压管稳压电路的特点,
61
作业,P556~557
9,10
11,12
62
10-5 串联型稳压电路
? 为克服稳压管稳压电路输出电流较小,
输出电压不可调的缺点。引入串联型
稳压电路。
? 串联型稳压电路以稳压管稳压电路为
基础,利用 晶体管的电流放大作用 增大
负载电流,并在电路中 引入深度电压负
反馈 使输出电压稳定,通过 改变网络参
数使输出电压可调,
63
+
-
UI UO
+
-
IO
DZ RL
R
+
-
UI U
O
+
-
IL
DZ RL
R I’L I
L=(1+β) I’L
调整管 T
在稳压管后增加一级 共集放大电路 。稳压原理,
UI UE UBE IB UO IE （ UBE=UB-UE）
当电网电压波动时,
当负载变化时,
RL UE UBE IB UO IE （ UBE=UB-UE）
T通过对电流的调整实现 UO的稳定，故称 T为 调整管。
一, 串联式直流稳压电路的基本形式
64
负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变
化量扩大（ 1+?）倍。
T
UO R
L
+
–
+
–
UZ
UI iR
iZ
iL
实际上是射极输出器,Uo=UZ -UBE 。但带负载
的能力比稳压管强。
BZR iii ?????,0 BEL iii ??????? )1( ?
65
∴ ILmax=(1+β) (Izmax - Iz )
UO =UZ - UBE
调整管 T工作在放大区，
即线性区，故称为线性稳
压电路，又因为调整管与
负载相串联，所以称为 串
联型稳压电源。
+
-
UI UO
+
-
IL
DZ RL
R
+
-
UI U
O
+
-
IL
DZ RL
R I’L 在稳压管稳压条件下,
Z m i nZ m a x'L III ??
而
'LL I)1(I ???
66
T
UO R
L
+
–
+
–
UZ
UI iR
iZ
iL
串联式直流稳压电路的基本形式
两个主要缺点,
(1) 稳压效果不好。 Uo=UZ –UBE
(2) 输出电压不可调。
改进的方法,在稳压电路中引入带电压负
反馈的放大环节。
67
UO
+
－
UI +
-
IL
DZ
RL
R
R3
+
-
R1
R'2 R''2
R2
T A
利用同相比例电路稳定输
出电压，并用电位器调节
比例系数，射随器的作用
是放大输出电流。 UO由同
比放大器决定,
''
12
O
23
( 1 )
' Z
RRUU
RR
???
?稳压原理,
UO UN UB UO
UO UN UB UO
输出电压的调节范围,
1 2 3
O m in
23
Z
R R RUU
RR
???
?
1 2 3
O m a x
3
Z
R R RUU
R
???
二, 具有放大环节的串联型稳压电路
68
一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、
比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。
T
+ _ U
I UO
比
较
放
大
基
准
取
样 UR FUO
+ _ C
2 RL
调整元件
+
–
+
–
69
T
+ _ U
I UO
比
较
放
大
基
准
取
样 U
R FUO
+ _ C
2 RL
调整元件
+
–
+
–
调整元件 T,与负载串联，通过全部负载电流。可以
是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。
比较放大器,可以是 单管放大电路, 差动放大电路,
集成运算放大器 。
基准电压,可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出
输出电压 UO的一部分和基准电压相比较。
70
T
+ _ U
I UO
比
较
放
大
基
准
取
样 UR FUO
+ _ C
2 RL
调整元件
+
–
+
–
因调整管与负载接成射极输出器形式，
为深度串联电压负反馈，故称之为 串
联反馈式稳压电路。
71
三、一种实际的串联式稳压电源
1）稳压原理
Uo UB2 UBE2( = UB2-UZ）
UC2 Uo
当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
72
2）输出电压的确定和调节范围
Z
2W
W21
O URR
RRRU
?
???
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
Z
2W
W21
m i nO URR
RRRU
?
???
Z
2
W21
m a xO UR
RRRU ???
73
3）影响稳压特性的主要因素
2,流过稳压管的电压随 UI 波动，使 UZ 不稳定，
降低了稳压精度。
1,电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：
UI??VC2 ? ?Uo ?
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
3,温度变化时,T2组成的放大电路产生零点
漂移时，输出电压的稳定度变差。
74
4）改进措施
1,选用差动放大器或运放构成的放大器代替 T2管构
成的放大器，可以解决零点漂移的问题。
调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应
考虑其极限参数 ICM, U(BR)CEO, PCM
~220V
R L
+
-
Uo -
+
A
T
R
D Z
R 1
R w
R 2
75
2,采用辅助电源 (比较放大部分的电源 )。
3,用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。
4,调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。
串联反馈式稳压电路
UI
T
R1
R2
UF
RL Uo ? AV + - RW
R
UZ
76
四、稳压电源中的基准电压电路
串联型稳压电路中 UO由 DZ上的基准电压经电压
放大器放大后得到。故 基准电压 的稳定决定了输出
电压的稳定。
采用稳压二极管作为基准电压的电路结构简单，
但其输出电阻较大，噪声影响和温度影响也较大。
所以要获得好的稳压性能，就必需要有稳定的基准
电压。
1、具有温度补偿作用的基准电压电路
电路中增加了 T2，采用正温度系
数的稳压二极管，使基准电压为,
ZBE2REF UUU ??
（ UZ<4V的稳压管为负温度系数；
UZ>7V的稳压管 为正温度系数；
4V≤UZ≤7V的稳压管 正负温度系数均有）
77
由于 T2具有负温度系数，当温度
变化时选择元件参数使得两者变化大
小相等变化趋势相反，从而维持 UREF
基本不变。同时该电路引入电压并联
负反馈能更加稳定 UREF的值，并使 RO
减小，提高电路带负载能力。
在集成电路中很容易制成三极管，
因此利用该思想在 UREF上下各连接多
个作为二极管使用的温度系数相反的
三极管就可以实现零温度系数的基准
电压电路。
78
2、能隙基准电压电路
电路如图所示，基准电压为,
C22BE3REF RIUU ??
由于 UBE3具有负温度系数
（随 T升高 UBE3降低），因此用
一个正温度系数的电压 I2RC2来
补偿（随 T升高 UBE3增大），可
写为,
???
?
???
?
???
?
???
??
C2
C1
3
T
2 I
Iln
R
UI
???
?
???
???
C2
C1
3
2T
BE3REF I
Iln
R
RUUU
2 0 5 V.1qEU QR E F ??
合理选择 和 的值，即可利用正温度系数电压补
偿负温度系数电压，使得 UREF的温度系数为 0，此时,3
2RR
C2
C1II
79
2 0 5 V.1qEU QR E F ??
EQ为 Si元素的禁带宽度电压； q为电子电荷。
该电路又称为禁带宽度基准电压电路（或
能带间隙基准电压电路）。
该电路输出电压较低但温度稳定性好，故常用
于低电压电源电路中。常用的有,
LM285（ 1.2V）,LM236（ 1.2V）,MC1403
（ 2.5V）,LM336（ 2.5V）,LM385（ 2.5V）等。
这类基准电压电路还可方便地转换成 1.2V~10V
的基准电压电路，使之广泛应用于集成稳压器；数
据转换（ A/D,D/A）及集成传感器中。
80
为避免在使用中因非正常原因造成输出短路或
过载,致使调整管流过很大的电流，使之损坏。故
需有快速保护措施。常见保护电路有：过流保护；
调整管安全保护；过热保护等。
T1
R
T'1
IL
1）限流型,当调整管的电流超过额定值时，对调整管
的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。
当 IL不超过额定值时，
T’1截止；
当 IL超过额定值时,
T'1导通，其集电极
从 T1的基极分流。 R为一小电阻，用于检测负载电流。
五、稳压电源中的保护电路
1．过流保护
81
输出电流在额定值内时,
三极管 T2截止，这时，
电压负反馈保证电
路正常工作。
输出电流超出额定值时,
UB电压上升，三极管 T2导通，使 UO 迅速下降,
由于 R1,R2>>RO，故 UB的下降速度慢于 UO，使
UO迅速下降到 0，实现了截流作用。
82
2．调整管安全区保护电路
83
3．调整管过热保护电路
84
六、串联反馈式稳压电路缺点
损耗 (P=UCE ?IL) 大
电源的效率 (? =Po/Pi=UoIL/UiIi) 较低
为了提高效率，可采用开关型稳压电源。
调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时,
85
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 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。
七、集成稳压电源
86
87
1端, 输入端
2端, 公共端
3端, 输出端
W7800系列稳压器外形
1 2
3
1端, 公共端
2端, 输入端
3端, 输出端
W7900系列稳压器外形
1 2
3
88
注,型号后 XX两位数字代表输出电压值
输出电压额定电压值有,
5V,9V,12V, 18V,24V等 。
三端集成
稳压器
固定式
可调式
正稳压 W78XX
负稳压 W79XX
1、集成稳压电源的分类
89
1、输出为固定电压的电路
2、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
W7800
CI UI
+
_
Uo
1 3
2
0.1~1?F 1μF
90
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
+
_ CI
W79XX
1
3
CO
CO
2 UO
91
CO
W78XX
CI UI
+
_
+
_
UO
1 3
2 UXX
UZ
R
DZ
UXX, 为 W78XX固定输出电压
UO = UXX + UZ
3、提高输出电压的电路
92
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。
W7805 1 3
2
R1 CI Co
UI
7
6 2
3
4
Uo
R2 F007 0.33?
33V
10k 0.1μ
?
93
2
O 1 O
12
RU U U U
RR??? ? ? ?
(UXX=5V)
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。
1 3
2
R1 CI Co
UI
7
6 2
3
4
Uo
R2 F007 0.33?
33V
10k 0.1μ
?
W7805
2
O
1
( 1 )XX RUU
R
? ? ?
O O 1 XXU U U??
Uo1
94
作业,P557~558
13,15
第十章 直流电源
? 教学时数,10学时
? 重点与难点,
? 1、直流电源的组成
? 2、整流电路的结构、原理及性能指标
? 3、滤波电路的工作原理及性能指标
? 4、串联稳压电路的工作原理
? 5、开关稳压电路
2
10-1 直流电源的组成及各部分的
作用
在工业生产和日常生活中，许多电气设备和
家用电器中，通常需要电压电流稳定的直流电源
供电，而电网提供的通常为单相 220伏或三相
380伏的交流电源；
将交流电源通过变压、整流、滤波、稳压后
变为幅值稳定、电流稳定的直流电的设备称为 直
流稳压电源 。
输入电压为单相 220V，输出电流在 10A以下，
调整管工作在线性工作区的稳压电源称为小功率
线性直流稳压电源。
3
? 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, 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 uo的稳定。
整
流
电
路
滤
波
电
路
稳
压
电
路
整
流
电
路
滤
波
电
路
稳
压
电
路
u1 u2 u3 u4 u
o
4
单相
三相
二极管
可控硅
桥式
倍压整流
半波
全波
本课主要介绍,
单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流
把交流电压转变为直流脉动的电压。
整流电路分类,
整流电路的任务,
10-1 单相整流电路
为分析方便，假设所用元件为理想元件。
5
1.单相半波整流电路
二极管导通,uo=u2 u
1 u2
a T
b
D
RL uo
二极管截止,uo=0
+
–
io
+
– 当 u2 >0 时,
当 u2<0时,
以单相半波整流电路为例说明整流电路的
工作原理。
设变压器附边输出电压有效值为 U2。
ts i nU2u 22 ??
6
单相半波整流电压波形
u1 u2
a T
b
D
RL uo
uD
u2
uo
uD
?t ? 2? 3? 4? 0
工作效率为 50%。
7
输出电压平均值（ Uo(AV)）,输出电流平均值（ Io(AV) ),
u1 u2
a T
b
D
RL uo
uD
io
Io(AV)= Uo(AV) /RL =0.45 U2 / RL
uo
? 2? 0
?t
主要参数,
2
2
20
0
2
00
2
0 0)AV(O
U45.0
U2
)]t(tds i nU2[
2
1
)]t(du)t(du[
2
1
)t(du
2
1
U
???
???
?
? ??
?
??
?
??
?
?
?
?
? ?
?
?
8
二极管上 的 平均电流 及 承受的 最高反向电压,
u1 u2
a T
b
D
RL uo
uD
io uD
? 2? 0
?t
UDRM
二极管上的平均电流,ID = IO
UDRM= 2 2 U 承受的最高反向电压,
应用时选择反向耐压 ≥1.1UDRM的整流二极管。
9
脉动系数 S：输出电压的基波峰值 UO1M与平均电压
UO(AV)之比。
57.1
2
U
2
2
U
U
U
S
2
2
)AV(O
O 1 M ???? ?
?
2
U)t(tdtc o s 2c o sU21U 2
2O 1 M
2
2
?? ?
?
????
?
?
纹波系数 Kγ：输出电压交流分量有效值与 输出电压
平均值之比。
)AV(O
O
U
UK ?
? ?
10
2.单相全波整流电路
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io +
–
+
–
原理,
+
–
+
– 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。
11
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io
单相全波整流电压波形
u2
uo
uD1
?t ? 2? 3? 4? 0
uD2
+
–
+
–
0 ~ ?,
uD2 = 2u2
+
忽略二极管正向压降
12
输出电压平均值 Uo(AV)；输出电流平均值 Io(AV)
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io uo
? 2? 0
?t
( ) ? ? ? ? ?
0
1 t d u U
o O(AV) ? ( ) ?
? ?
?
0
1 t d sin? t
2 2 U
Io(AV)= Uo /RL =0.9 U2 / RL
? ? 2 2 9, 0 2 U U ? 2
主要参数,
13
二极管上的平均电流及承受的最高反向电压,
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io 二极管上 的 平均电流,
o D I I 2
1 ?
uD
? 2? 0
?t
DRM 2 2 U U ? 2
二极管承受的 最高反向电压,
14
3,单相桥式整流电路
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
组成：由四个二极管组成桥路
RL D1
D3
D2
D4
u2 uo u2 uo
15
+
–
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
u2正半周时电流通路
D1, D4导通,D2,D3截止
16
-
+
u0
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
u2负半周时电流通路
D2,D3 导通,D1, D4截止
17
u2>0 时
D1,D4导通
D2,D3截止
电流通路,
a ? D1?
RL?D4?b
u2<0 时
D2,D3导通
D1,D4截止
电流通路,
b? D2?
RL?D4?a
单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
u2
D3
D2
D1
D4
RL
uo
a
b
整流输出电压平均值,
Uo=0.9U2
负载电流平均值,
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
二极管平均电流,ID=Io/2 二极管最大反向电压,
DRM 2 2 U U ?
u2
t?
t?
uD2,uD3 uD1,uD4
t?
uo
18
几种常见的硅整流桥外形,
+ A C - ~ + ~ -
~ + - ~
u2 u
o
+
?
–
?
19
整流电路的主要参数,
负载电压 Uo(AV)的平均值为,
( ) ? ? π o O(AV) t d u π U 2
0 2
1 ?
负载上的 (平均 )电流,
L
O(AV) R
U I o ?
(1)整流输出电压的平均值
uo
? 2? 0
?t
22 U9.0U
22 ??
?
L
2
R
U9.0?
20
S定义,整流输出电压的基波峰值 Uo1M与 Uo平均值
之比。 S越小越好。
(2),脉动系数 Ｓ
670
3
2
22
3
24
2
2
1,
π
U
π
U
U
U
S
o
Mo ????
用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得,
)6c o s35 44c o s15 42c o s3 42(2 2 ?tttUu o ??????? ????
uo
? 2? 0
?t
基波 基波峰值
输出电压平均值
21
平均电流 (ID)与反向峰值电压 (UDRM)是选择整流管
的主要依据。
o D I I 2
1 ?
22 UU RM ?
在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，
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,
(3)二极管平均电流与反向峰值电压
（选购时：二极管额定电流 ? 1.1ID)
（选购时,最大反向电压 ? 1.1URM)
22
自行分析输出双极性电压单相桥式整流
电路和三相桥式整流电路工作原理。
23
24
10.3 滤波电路
交流
电压
脉动
直流电压
整流 滤波 直流
电压
经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分，
但其脉动较大，需要经过滤波电路消除其脉动成分，
使其更接近于直流。
滤波的方法一般采用无源元件电容或电感，利
用其对电压、电流的储能特性达到滤波的目的。
25
一、电容滤波电路
电容滤波电路是使用最多也是最简单的滤波电路。
其结构为在整流电路的输出端并联一较大容量的电解
电容，利用电容对电压的充放电作用使输出电压趋于
平滑。该形式电路多用于小功率电源电路中。
1．电容滤波原理
以单向
桥式整流电
容滤波为例
进行分析，
其电路如图
所示。
a
桥式整流电容滤波电路
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
26
当 RL未接入时 (电容初始电压为 0),
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 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
uc
uo =uc= U2 2
τc=RintC （ Rint为充电回路等效电阻）
27
当 RL接入时（假设 RL是 u2在从 0上升时接入的）,
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
u2
t
uo
t
无滤波电容
时的波形
加入滤波电容
时的波形
28
uo
t
u2上升,u2大于电容
上的电压 uc,u2对电容充电,
uo= uc? u2
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
29
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
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
30
u2
t
uo
t
电容充电时，
电容电压滞后
于 u2。
RLC越小，输
出电压越低。
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
RL接入（且 RLC较大）时
31
2．电容滤波的主要参数
因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐
波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算，
所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。
输出电压可以近似看成
锯齿波，如图所示。
设 uc每次充电到峰值
Uomax= U2后按 RLC放电的
初始斜率线性下降，经过
τ=RLC放电结束交于横轴；
2
并令在 （ T为正弦波周
期）处为电容充放电转换时的电压值 Uomin。 2
T
则,
2
UUU O m i nO m a x
)AV(O
??
32
CR
2
T
U
UU
LO m a x
O m i nO m a x ??
由相似三角形关系可得,
O m a x
L
O m i nO m a x U
C4R
T
2
UU ??
2
UUU O m i nO m a x
)AV(O
??则,
2
UUU O m i nO m a x
O m a x
???
)C4R T1(U
L
O m a x ??
即,)
C4R
T1(U2U
L
2O ( A V ) ??
Io(AV)= Uo(AV)/RL
33
脉动系数 S,采用近似波形计算。
以（ Uomax－ Uomin）为基波峰 -峰值，则
O m a x
L
O m i nO m a x U
C4R
T
2
UU ??
1
T
C4R
1
TC4R
T
)
C4R
T
1(U
U
C4R
T
S
LL
L
O m a x
O m a x
L
?
?
?
?
?
??
实际 uo的波动没有近似波形误差大，故实际 S比
计算值要小。
34
一般取
近似估算, Uo(AV)≈1.2U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大
RLC 越大 ? Uo越高 ?负载电流的平均值越大 ;
整流管导电时间越短 ? iD的峰值电流越大
(a) 输出电压 平均值 Uo与时间常数 RLC 有关
RLC 愈大 ? 电容器放电愈慢 ? Uo(平均值 )愈大
(c) 二极管承受的最高反向电压,
22 UU RM ?
T)5.2~5.1(2T)5~3(CR L ????
(d) 滤波电容应选用耐压 >1.1 的电解电容。
2U2
35
由 UO(AV)的表达式可看出,C越大,UO(AV)也越
大,IO(AV)也会增大，而整流管的通电时间却越短，
整流管的导通电流加大，如果 C太大则初始充电时
间要长，整流管中通过的冲击电流时间加长，长时
间会影响整流管使用寿命。所以一般选择整流管时
ID(AV)＞（ 2~3） IO(AV) 。
改变 RLC会对 UO(AV)和 S有影响，将 UO(AV)和 IO(AV)
的关系曲线称为 输出特性,将 S和 IO(AV)的关系曲线
称为 滤波特性,如果 RLC越小,UO(AV)越低，则 S
越大，而加大 C可使滤波效果和负载能力增强，但
C不能无限增大。
所以电容滤波形式电路一般适用于输出电流较
小且负载变化不大的场合。
36
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。
u2 u1 R
L
L
uo
二、电感滤波电路
37
电感滤波原理
对谐波分量, f 越高,XL 越大,电压大部分降在 XL上。
因此,在输出端得到比较平滑的直流电压。
Uo(AV)≈0.9U2
当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压,
u2 u1 R
L
L
uo
对直流分量, XL=0 相当于短路,电压大部分降在 RL上
38
三、其他形式的滤波电路
改善滤波特性的方法,采取多级滤波。如,
L-C 型滤波电路,在电感滤波后面再接一电容。
RC–? 型滤波电路,在电容滤波后再接一级 RC滤
波电路。
性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。
LC –? 型滤波电路,在电容滤波后面再接 L-C 型
滤波电路。
39
１, RC – ?型 滤波器
改善滤波特性的方法,采取多级滤波
uo
R
u2 u1
C1 C2
uo1′
RL
RC – ? 型 滤波器
40
uo
R
u2 u1
C1 C2
uo1′
RL
uo的交流分量的基波的幅值,
mo
CL
CL
mo 'UXRR
XRU
1
2
2
1 )j//(
)j//( ??
??
??
mo
L
L
L
mo
U'
C
RR
C
RR
R
U
1
2
2
2
2
1
)
1
()//(
1
?
?
?
?
?
?
41
通常选择滤波元件的参数使得,
)//(1
2
LRRC ???
mo
LL
L
mo U'RRCRR
RU
1
2
1 )//(
1
????
mo
L
L
L
mo
U'
C
RR
C
RR
R
U
1
2
2
2
2
1
)
1
()//(
1
?
?
?
?
?
?
uo的脉动系数 S与 uo1的脉动系数 S′的关系,
S'RRCU'U'RRCUUS
Lo
mo
Lo
mo
)//(
1
)//(
1
2
1
2
1
?? ???
42
２,L-C 型滤波电路
u2 u1
L
uo C RL
uo1
设 uo1的直流分量为 U′O，交流分量的基波的幅
值为 U′O1m，,
29.0 UU'U oo ??
67.0?S'
mo
CLL
CL
mo 'UXRX
XRU
11 )j//(j
)j//( ??
??
??
43
mo
CLL
CL
mo 'UXRX
XRU
11 )j//(j
)j//( ??
??
??
通常选择滤波元件的参数使得,
LRC ???
1
momo
CL
C
mo U'LCU'XX
XU
1211 1
1
jj
j
??
?
?
??
uo的脉动系数 S与 uo1的脉动系数 S′的关系,
S'
LCU'
U'
LCU
US
o
mo
o
mo
2
1
2
1
1
1
1
1
?? ?
?
?
??
44
３,LC –? 型滤波电路
u2 u1
L
uo C
2
RL
uo1
C1
显然,LC –? 型滤波电路输出电压的脉动系
数比只有 LC滤波时更小,波形更加平滑 ；由
于在输入端接入了电容，因而较只有 LC滤波
时,提高了输出电压 。
请自行分析 LC –? 型滤波电路的输出
电压和脉动系数等基本参数。
45
四,倍压整流电路
利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极
管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。
1、二倍压整流电路
u
1
u
+
–
D
1
C
2
D
2
u
o
2
+
–
C
1
a
b
+
–
u2的正半周时,D1导通，
D2截止，理想情况下，电
容 C1的电压,
21C U2U ?
u2的负半周时,D2导通，
D1截止，理想情况下，电
容 C2的电压,
21C22C U22UUU ???
输出端的 电压,
22CO U22UU ??
即二倍压电 压。
46
+ – 2
2U
2、多倍压整流电路
+ –
222 U
u2的第一个正半周,u2,C1,D1构成回路,C1
充电到,
22U
u2的第一个负半周,u2,C2,D2, C1构成回路，
C2充电到,
222 U
C1
u1 u2 D1 D
2
D3
D4
D5
D6
C3 C5
C2 C4 C6
47
+ – 2
2U
+ – 2
22 U
+ – 2
22 U
+ –
222 U
+ –
222 U
+ –
222 U
C1
u1 u2 D1 D
2
D3
D4
D5
D6
C3 C5
C2 C4 C6
u2的第二个正半周,u2,C1,C3, D3, C2构成回
路,C1补充电荷,C3充电到,
222 U
u2的第二个负半周,u2,C2,C4,D4,C3, C1构
成回路,C2补充电荷,C4充电到,
222 U
把电容接在相应电容组的两端，即
可获得所需的多倍压直流输出。
48
10.4 稳压二极管稳压电路
稳压电路的作用,使直流电路在电网波
动、负载变化、温度变化等因素影响下保证
输出电压稳定。
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
49
一, 稳压电源类型
以下主要讨
论线性稳压
电路。
稳压二极管
稳压电路
开关型
稳压电路
线性
稳压电路
常用稳压电路
(小功率设备 )
电路最简单，但是
带负载能力差，一
般只提供基准电压，
不作为电源使用。
效率较高，目前
用的也比较多，
但因学时有限，
这里不做介绍。
50
二, 稳压电路的主要性能指标
(1)稳压系数 S（越小越好）
稳压系数 S反映电网电压波动时对稳压电路的
影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变
化量与输入电压的相对变化量之比。
O I
OI
U US
UU
? ??
(2)输出电阻 Ro （越小越好）
输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。
定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电
流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路
的内阻。
51
~ 220V
R
L
+
-
U
O
R
D
Z
+
-
U
I
I
Z
I
Z
I
R
u
i
IZmin
IZmax
稳压管稳压电路具有电路简单、
元件数量少等优点，应用较为
广泛。适用于负载电流小、负
载电压不变的场合。
三, 稳压管稳压电路
52
? 从稳压管的特性可知，在电
路中若能使稳压管始终工作
在稳压区内，即：使稳压管
的电流 IZ满足条件,
IZmin≤ IZ≤ IZmax,则输出电
压 UO基本上保持不变，约为
UZ。
u
i
IZmin
IZmax
UZ
所以稳压二极管的稳压作用是利用稳压管中
电流的调节实现稳压目的。电路中 R必不可少，
其作用是限流和电压、电流补偿。
53
~ 220V R
L
+
-
U
O
R
D
Z
+
-
U
I
I
Z
I
Z
I
R
通过对电路分析
容易得到关系式,
ORI UUU ??
OZR III ??
1、稳压管稳压电路的工作原理
当电网电压变化时,
????????? RRZOI UIIUU
?OU
以上过程是利用 关系中，使
,从而实现 UO的稳定。 ORI UUU ??IR UU ?? ?
54
当负载发生变化时,
不变不变 OROZRZOL UIIIIIUR ???????????? ??
??? RO II
~ 220V R
L
+
-
U
O
R
D
Z
+
-
U
I
I
Z
I
Z
I
R
以上过程是利用 关系中，使
,使 IR基本不变而实现 UO的稳定。 OZ II ?? ?? OZR
III ??
55
2、稳压管稳压电路的性能指标
稳压管稳压电路的性能指标主要有稳压系数 Sr、
输出电阻 RO、电压调整率、电流调整率、最大纹波
电压、温度系数等。主要了解前两个。
Sr定义为,在负载固定时稳压电路输出电压相对变
化量与输入电压相对变化量之比。
常数?
?
LR
I
I
O
O
U
U
U
U
S
?
?
?
Sr反映电网波动对输出电压的影响，其值越小说
明稳压性能越好。
56
RO定义为,在输入电压固定时，稳压电路输出电
压变化量与输出电流变化量之比。
常数?
?
IUO
O
O I
UR
?
?
RO反映负载波动对稳压电路的影响，其值越小说
明稳压电路带负载能力越强。
在只考虑变化量条件下，稳压管稳压电路可等
效为如图形式,rz为稳压管的动态电阻。
+
-
UI UO
+
-
IZ IO
DZ RL
R
限流电阻
IR
+
-
UI UO
+
-
RL
R
rz
57
脉动系数 Sr,
∴ Sr=(ΔUO/ΔUI)(UI/UO)
+
-
UI UO
+
-
RL
R
rz
输出电阻 RO,
RO=R//rz ≈rz
z
z
Lz
Lz
I
O
rR
r
R//rR
R//r
U
U
?????
? (R>> rz)
O
I
z
z
U
U
rR
r ?
??
(R>> rz)
另外，用电网电压波动 ± 10%时 UO的变化量 ΔUO作
为衡量指标，称为 电压调整率 。
用 IO从 0变到额定值时,UO的变化量作为衡量指标，
称为 电流调整率。
58
3、稳压管稳压电路的参数选择
首先应确定输出电压 UO，输出电流范围 Iomin,
Iomax（或 RLmax,RLmin），输入电压 UI波动范围
（一般为 ± 10%）等，据此选择整流、滤波、稳压
元件参数。
（ 1） UI的选择
根据经验，一般选择
UI=（ 2~3） UO
确定 Ii：该电流的选择原则为 Ii > Iomax。
59
（ 2）稳压管的选择
UZ=UO
IZM－ IZ > Iomax－ Iomin
IZM ≥ Iomax +IZ
（ 3）限流电阻的选择
由
ORZ
ZI
R IIIR
UUI ???? 得
Z
L m i n
ZZI m i n I
R
U
R
UU ???
L m i nZZ
ZI m i n
m a x /RUI
UUR
?
???
ZM
L m a x
ZZI m a x I
R
U
R
UU ???
L m a xZZM
ZI m a x
m i n /RUI
UUR
?
???
m a x2R m a xR RIP ??
限流电阻的功率,（空载时）
60
? 输出电流小，输出电压不可调节；
? 结构简单、方便，使用元件少；
? 适用于 IO较小,UO不变的场合，
如作电压基准。
稳压管稳压电路的特点,
61
作业,P556~557
9,10
11,12
62
10-5 串联型稳压电路
? 为克服稳压管稳压电路输出电流较小,
输出电压不可调的缺点。引入串联型
稳压电路。
? 串联型稳压电路以稳压管稳压电路为
基础,利用 晶体管的电流放大作用 增大
负载电流,并在电路中 引入深度电压负
反馈 使输出电压稳定,通过 改变网络参
数使输出电压可调,
63
+
-
UI UO
+
-
IO
DZ RL
R
+
-
UI U
O
+
-
IL
DZ RL
R I’L I
L=(1+β) I’L
调整管 T
在稳压管后增加一级 共集放大电路 。稳压原理,
UI UE UBE IB UO IE （ UBE=UB-UE）
当电网电压波动时,
当负载变化时,
RL UE UBE IB UO IE （ UBE=UB-UE）
T通过对电流的调整实现 UO的稳定，故称 T为 调整管。
一, 串联式直流稳压电路的基本形式
64
负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变
化量扩大（ 1+?）倍。
T
UO R
L
+
–
+
–
UZ
UI iR
iZ
iL
实际上是射极输出器,Uo=UZ -UBE 。但带负载
的能力比稳压管强。
BZR iii ?????,0 BEL iii ??????? )1( ?
65
∴ ILmax=(1+β) (Izmax - Iz )
UO =UZ - UBE
调整管 T工作在放大区，
即线性区，故称为线性稳
压电路，又因为调整管与
负载相串联，所以称为 串
联型稳压电源。
+
-
UI UO
+
-
IL
DZ RL
R
+
-
UI U
O
+
-
IL
DZ RL
R I’L 在稳压管稳压条件下,
Z m i nZ m a x'L III ??
而
'LL I)1(I ???
66
T
UO R
L
+
–
+
–
UZ
UI iR
iZ
iL
串联式直流稳压电路的基本形式
两个主要缺点,
(1) 稳压效果不好。 Uo=UZ –UBE
(2) 输出电压不可调。
改进的方法,在稳压电路中引入带电压负
反馈的放大环节。
67
UO
+
－
UI +
-
IL
DZ
RL
R
R3
+
-
R1
R'2 R''2
R2
T A
利用同相比例电路稳定输
出电压，并用电位器调节
比例系数，射随器的作用
是放大输出电流。 UO由同
比放大器决定,
''
12
O
23
( 1 )
' Z
RRUU
RR
???
?稳压原理,
UO UN UB UO
UO UN UB UO
输出电压的调节范围,
1 2 3
O m in
23
Z
R R RUU
RR
???
?
1 2 3
O m a x
3
Z
R R RUU
R
???
二, 具有放大环节的串联型稳压电路
68
一般可以将串联式稳压电路分成由基准电压、
比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。
T
+ _ U
I UO
比
较
放
大
基
准
取
样 UR FUO
+ _ C
2 RL
调整元件
+
–
+
–
69
T
+ _ U
I UO
比
较
放
大
基
准
取
样 U
R FUO
+ _ C
2 RL
调整元件
+
–
+
–
调整元件 T,与负载串联，通过全部负载电流。可以
是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。
比较放大器,可以是 单管放大电路, 差动放大电路,
集成运算放大器 。
基准电压,可由稳压管稳压电路组成。取样电路取出
输出电压 UO的一部分和基准电压相比较。
70
T
+ _ U
I UO
比
较
放
大
基
准
取
样 UR FUO
+ _ C
2 RL
调整元件
+
–
+
–
因调整管与负载接成射极输出器形式，
为深度串联电压负反馈，故称之为 串
联反馈式稳压电路。
71
三、一种实际的串联式稳压电源
1）稳压原理
Uo UB2 UBE2( = UB2-UZ）
UC2 Uo
当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
72
2）输出电压的确定和调节范围
Z
2W
W21
O URR
RRRU
?
???
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
Z
2W
W21
m i nO URR
RRRU
?
???
Z
2
W21
m a xO UR
RRRU ???
73
3）影响稳压特性的主要因素
2,流过稳压管的电压随 UI 波动，使 UZ 不稳定，
降低了稳压精度。
1,电路对电网电压的波动抑制能力较差。例：
UI??VC2 ? ?Uo ?
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
3,温度变化时,T2组成的放大电路产生零点
漂移时，输出电压的稳定度变差。
74
4）改进措施
1,选用差动放大器或运放构成的放大器代替 T2管构
成的放大器，可以解决零点漂移的问题。
调整管为核心元件，与选用一般大功率管的原则相同，应
考虑其极限参数 ICM, U(BR)CEO, PCM
~220V
R L
+
-
Uo -
+
A
T
R
D Z
R 1
R w
R 2
75
2,采用辅助电源 (比较放大部分的电源 )。
3,用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益。
4,调整管采用复合三极管以扩大输出电流的范围。
串联反馈式稳压电路
UI
T
R1
R2
UF
RL Uo ? AV + - RW
R
UZ
76
四、稳压电源中的基准电压电路
串联型稳压电路中 UO由 DZ上的基准电压经电压
放大器放大后得到。故 基准电压 的稳定决定了输出
电压的稳定。
采用稳压二极管作为基准电压的电路结构简单，
但其输出电阻较大，噪声影响和温度影响也较大。
所以要获得好的稳压性能，就必需要有稳定的基准
电压。
1、具有温度补偿作用的基准电压电路
电路中增加了 T2，采用正温度系
数的稳压二极管，使基准电压为,
ZBE2REF UUU ??
（ UZ<4V的稳压管为负温度系数；
UZ>7V的稳压管 为正温度系数；
4V≤UZ≤7V的稳压管 正负温度系数均有）
77
由于 T2具有负温度系数，当温度
变化时选择元件参数使得两者变化大
小相等变化趋势相反，从而维持 UREF
基本不变。同时该电路引入电压并联
负反馈能更加稳定 UREF的值，并使 RO
减小，提高电路带负载能力。
在集成电路中很容易制成三极管，
因此利用该思想在 UREF上下各连接多
个作为二极管使用的温度系数相反的
三极管就可以实现零温度系数的基准
电压电路。
78
2、能隙基准电压电路
电路如图所示，基准电压为,
C22BE3REF RIUU ??
由于 UBE3具有负温度系数
（随 T升高 UBE3降低），因此用
一个正温度系数的电压 I2RC2来
补偿（随 T升高 UBE3增大），可
写为,
???
?
???
?
???
?
???
??
C2
C1
3
T
2 I
Iln
R
UI
???
?
???
???
C2
C1
3
2T
BE3REF I
Iln
R
RUUU
2 0 5 V.1qEU QR E F ??
合理选择 和 的值，即可利用正温度系数电压补
偿负温度系数电压，使得 UREF的温度系数为 0，此时,3
2RR
C2
C1II
79
2 0 5 V.1qEU QR E F ??
EQ为 Si元素的禁带宽度电压； q为电子电荷。
该电路又称为禁带宽度基准电压电路（或
能带间隙基准电压电路）。
该电路输出电压较低但温度稳定性好，故常用
于低电压电源电路中。常用的有,
LM285（ 1.2V）,LM236（ 1.2V）,MC1403
（ 2.5V）,LM336（ 2.5V）,LM385（ 2.5V）等。
这类基准电压电路还可方便地转换成 1.2V~10V
的基准电压电路，使之广泛应用于集成稳压器；数
据转换（ A/D,D/A）及集成传感器中。
80
为避免在使用中因非正常原因造成输出短路或
过载,致使调整管流过很大的电流，使之损坏。故
需有快速保护措施。常见保护电路有：过流保护；
调整管安全保护；过热保护等。
T1
R
T'1
IL
1）限流型,当调整管的电流超过额定值时，对调整管
的基极电流进行分流，使发射极电流不至于过大。
当 IL不超过额定值时，
T’1截止；
当 IL超过额定值时,
T'1导通，其集电极
从 T1的基极分流。 R为一小电阻，用于检测负载电流。
五、稳压电源中的保护电路
1．过流保护
81
输出电流在额定值内时,
三极管 T2截止，这时，
电压负反馈保证电
路正常工作。
输出电流超出额定值时,
UB电压上升，三极管 T2导通，使 UO 迅速下降,
由于 R1,R2>>RO，故 UB的下降速度慢于 UO，使
UO迅速下降到 0，实现了截流作用。
82
2．调整管安全区保护电路
83
3．调整管过热保护电路
84
六、串联反馈式稳压电路缺点
损耗 (P=UCE ?IL) 大
电源的效率 (? =Po/Pi=UoIL/UiIi) 较低
为了提高效率，可采用开关型稳压电源。
调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时,
85
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 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。
七、集成稳压电源
86
87
1端, 输入端
2端, 公共端
3端, 输出端
W7800系列稳压器外形
1 2
3
1端, 公共端
2端, 输入端
3端, 输出端
W7900系列稳压器外形
1 2
3
88
注,型号后 XX两位数字代表输出电压值
输出电压额定电压值有,
5V,9V,12V, 18V,24V等 。
三端集成
稳压器
固定式
可调式
正稳压 W78XX
负稳压 W79XX
1、集成稳压电源的分类
89
1、输出为固定电压的电路
2、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
W7800
CI UI
+
_
Uo
1 3
2
0.1~1?F 1μF
90
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
+
_ CI
W79XX
1
3
CO
CO
2 UO
91
CO
W78XX
CI UI
+
_
+
_
UO
1 3
2 UXX
UZ
R
DZ
UXX, 为 W78XX固定输出电压
UO = UXX + UZ
3、提高输出电压的电路
92
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。
W7805 1 3
2
R1 CI Co
UI
7
6 2
3
4
Uo
R2 F007 0.33?
33V
10k 0.1μ
?
93
2
O 1 O
12
RU U U U
RR??? ? ? ?
(UXX=5V)
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。
1 3
2
R1 CI Co
UI
7
6 2
3
4
Uo
R2 F007 0.33?
33V
10k 0.1μ
?
W7805
2
O
1
( 1 )XX RUU
R
? ? ?
O O 1 XXU U U??
Uo1
94
作业,P557~558
13,15
