1
10 直流稳压电源
10.1 小功率整流滤波电路
10.2 串联反馈式稳压电路
*10.3 串联开关式稳压电路
*10.4 直流变换型电源
10.0 引言 —— 组成和功能
2
引言, 直流稳压电源的组成和功能
? 电源变压器, 交流电网 220V电压 u1 ? 合适的交流电压 u2。
? 整流电路, 交流电压 u2 ? 脉动的直流电压 u3。
? 滤波电路, 脉动直流电压 u3 ? 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
3
10.1 小功率整流滤波电路
10.1.1 单相桥式整流电路
10.1.2 滤波 电路
半波整流电路
全波整流电路
桥式整流电路
4
1.半波整流电路
二极管导通,uo=u2
u1 u2
a T
b
D
RL uo
为分析简单，二极管 ?理想元件,
即 Ron=0,Ron=? 。
二极管截止,uo=0
+
–
io
+
–
u2 >0 时,
u2 <0 时,
u2
uo
uD
?t ? 2? 3? 4? 0
5
输出电压平均值（ Uo）
u1 u2
a T
b
D
RL uo
uD
io
Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL
uo
? 2? 0
?t
?? ? ?? 20 oO 2 1 tduU
uD
? 2? 0
?t
输出电流平均值（ Io ),
主要参数
二极管上的平均电流,ID = IO
承受的最高反向电压, UDRM= 2 2 U
UDRM
2
2
0
2
45.0
2
s i n2
2
1
U
U
ttdU
??
? ?
?
??
?
?
6
2.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。
7
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
8
输出电压平均值（ Uo）,输出电流平均值（ Io ),
u1 u2
a T
b
D1
RL
uo
D2
u2
io uo
? 2? 0
?t
( ) ? ? ? ? ?
0
1 t d u U
o o ? ( ) ?
? ?
?
0
1 t d sin? t
2 2 U
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
? ? 2 2 9, 0 2 U U ? 2
9
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,
10
3,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
~ + ~ -
11
+
–
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
12
-
+
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
13
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
14
图 10.2.7 利用桥式整流电路实现正、负电源
18
10.1.2 滤波电路
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
RL C
19
1,电容滤波电路
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，
其电路如图所示。
(1)电容滤波原理
a
桥式整流电容滤波电路
u1 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
20
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 u2 u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
uc
21
RL接入（且 RLC较大）时 (忽略整流电路内阻 )
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
22
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
23
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
24
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 (考虑整流电路内阻 )
25
一般取 ) 10 5 ( T C R τ L - ? ? (T:电源电压的周期 )
近似估算, Uo=1.2U2 Io= Uo/RL
(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
(2)电容滤波电路的特点
(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 ?
26
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
就构成了电感滤波电路。
u2 u1 R
L
L
uo
27
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=0.9U2
当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压
约为,
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
28
3,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
将 RC – ? 型 滤波器中的电阻换为电感，
变为 LC – ? 型 滤波器
29
10.2 串联反馈式稳压电路
10.2.1 稳压电源质量指标
10.2.2 稳压电路 工作原理
10.2.3 三端集成稳压器
10.2.4 三端集成稳压器的应用
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
稳压电路的作用,
30
10.2.1 稳压电路的主要性能指标
输出电压变化量
TSIRVKV T ??????? OoIVO
稳压系数
0
0
II
OO
O
/
/
??
???
??
T
IVV
VV?
输出电阻
0
0
O
O
o I
??
???
??
T
VI
VR
温度系数
0
0
O
I
??
???
??
T
VT T
VS
31
10.2.2 稳压电路 工作原理
稳压电源类型,
以下主要讨
论线性稳压
电路。
稳压管
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。
32
硅稳压二极管稳压电路
利用稳压二极管的
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 。 硅稳压二极管稳压电路
1,稳压原理
33
(1) 当输入电压变化时如何稳压
根据电路图可知
ZLR += III
RIVVVVV RIRIZO == -?-
输入电压 VI的增加, 必然引起 VO的增加, 即 VZ增
加, 从而使 IZ增加, IR增加, 使 VR增加, 从而使输出
电压 VO减小 。 这一稳压过程可概括如下,
这里 VO减小应理解为，由于输入电压 VI的增加，
在稳压二极管的调节下，使 VO的增加没有那么大而
已。 VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
硅稳压二极管稳压电路
34
(2) 当负载电流变化时如何稳压
负载电流 IL的增加, 必然引起 IR的增加, 即 VR增
加, 从而使 VZ=VO减小, IZ减小 。 IZ的减小必然使 IR
减小, VR减小, 从而使输出电压 VO增加 。 这一稳压过
程可概括如下,
IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（ VO↓） →IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
37
串联型稳压电源
1,串联型稳压电源的构成
VO =VI-VR,
当 VI↑→R↑ →V R↑→在一定程度
上抵消了 VI增加对输出电压的影
响 。
若负载电流 IL↑→R↓→VR↓→在
一定程度上抵消了因 IL增加, 使
VI减小, 对输出电压减小的影响 。
串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图
38
在实际电路中, 可变电阻 R是用一个三极管来
替代的, 控制基极电位, 从而就控制了三极管的
管压降 VCE,VCE相当于 VR。
串联型稳压电路方框图
串联型稳压电源的构成,
调整管, 放大环节, 采样环节, 基准电压源
R L
T
v O
+V CC
A
+
-
R 1
v I
R 2
习题 7.1,1 ( d)
39
2.工作原理
1．输入电压变化时
VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓
实质,电压负反馈
2．负载电流变化时
IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑
Q
v CE /V
i C / mA
Q`
40
3.输出电压调节范围的计算
R E F
23
21
O )"
'+(1= V
RR
RRV
?
?
可见，调节 R2可以改变输出电压。
根据, 虚短, Vf≈VREF
oVo
321
32
f = VFVRRR
RRV ?
??
????
V
R E F
V
f
o F
V
F
VV ???
41
T1调整管
R3, T2比较放大
R1, RW, R2采样电阻
R, UZ基准电压
3,分立元件组成的串联式稳压电源
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
42
稳压原理
Uo UB2 UBE2=（ UB2-UZ）
UC2 （ UB1 ） 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
UC2
（ UB1 ）
动画演示
43
(3) 输出电压的确定和调节范围
因为,O U 2 BE Z U U ? 2 2 W R R ?
2 1 W R R R ? ?
?
( ) 2
2 2
2 1
BE Z
W
W
O U U R R
R R R U ?
?
? ? ? 所以,
2 2
2 1
Z
W
W U
R R
R R R
?
? ? ?
忽略 UBE2
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
44
例,UI=18V,UZ=4V,R1=R2=RW=4.7k?，求
输出电压的调节范围。
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
2
2 1
Z
W
W
Omin U R R
R R R U
?
? ? ? ?4=6V 4.7 4.7 ? ? ? 4.7
4.7 ? 4.7
2
2 1
Z
W
Omax U R
R R R U ? ? ? ?4=12V 4.7 4.7 ? ? ? 4.7
4.7
45
10.2.3 三端集成稳压器
输出电压固定的三端集成稳压器 （ 正电压 78? ?, 负电压 79 ? ? ） 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
46
10.2.3 三端集成稳压器的应用
常用的集成三端稳压器的类型
类型,W7800系列 —— 稳定正电压
W7805 输出 +5V
W7809 输出 +9V
W7812 输出 +12V
W7815 输出 +15V
W7900系列 —— 稳定负电压
W7905 输出 -5V
W7909 输出 -9V
W7912 输出 -12V
W7915 输出 -15V
47
1端, 输入端
2端, 公共端
3端, 输出端
W7800系列稳压器外形及典型接线图
1 2
3
+
_
W7805
UI
+
_
Uo
1 3
2
CI
0.1~1?F
Co
1μF
+10V +5V
注意,输入与输出端
之间的电压不
得低于 3V！
48
1端, 公共端
2端, 输入端
3端, 输出端
W7900系列稳压器外形及典型接线图
1 2
3
–
+
W7905
UI
–
+
Uo
2 3
1
CI
0.1~1?F
Co
1μF
-10V -5V
49
输出正、负电压的稳压电路
50
图 10.5.21 正、负输出稳压 电路
51
IQ
R1
R2
输出电压可调的稳压电路
I1
I2
1
1 R
UI XX??
012 III ??
220 RIUU XX ???? 2
1
)( RIRUU QXXXX ????
2
1
2 )1( RIU
R
R
QXX ?????
如何消除 IQ的影响呢？
52
XXUR
R
U ??? )1(
1
2
0
53
作恒流源使用
RI
V5
O ?
54
本章小结
1．在电子系统中，一般都要有 直流电源 供电。获得直流电
源的最常用的方法是由 交流电网转换为直流电压 。这要通过 整
流, 滤波 和 稳压 等环节来实现。
2．利用 二极管的单向导电性 可以构成 整流电路,将交流电
变为脉动直流电。在整流电路的输出端接上各种滤波电路，可
以大大减小输出电压中的脉动成分。 滤波电路 有 电容滤波 和 电
感滤波 两大类。使用较多的是电容滤波电路。
3,最常用的 稳压电路 是 串联式稳压电路 。 串联式稳压电路
是一种 带有负反馈的闭环调节系统 。 它的调整管工作在线性放
大状态, 通过控制调整管的压降来调整输出电压的大小 。 串联
式稳压电路早已实现了集成化 。 输出电压固定和输出电压可调
的 集成串联式稳压器 已经大量使用 。
