第 13讲
直流稳压电源
一、直流稳压电源的组成和功能
二、单相整流电路 (17.2.1)
三、滤波电路
四、稳压电路 (12.8.2)
五、集成稳压电源 (12.8.2)
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, 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。
一、直流稳压电源的组成和功能
























u1 u2 u3 u4 u
o
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:
二、单相整流电路
1.单相半波整流电路
二极管导通,忽略二
极管正向压降,
uo=u2
u1 u2
aT
b
D
RL uo
为分析简单起见,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。
二极管截止,uo=0
+

io
+

u2 >0 时,
u2<0时,
单相半波整流电压波形
u1 u2
aT
b
D
RL uo
uD
u2
uo
uD
?t? 2? 3? 4?0
输出电压平均值( Uo),输出电流平均值( Io ):
( )?= ? ?? 2
02
1 tduU
oo = ( )?
? ?
? 02
1 tdsin? t
22U
=? 22 45.02 UU=
u1 u2
aT
b
D
RL uo
uD
io
Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL
uo
? 2?0
?t
二极管上 的 平均电流 及 承受的 最高反向电压,
u1 u2
aT
b
D
RL uo
uD
io uD
? 2?0
?t
UDRM
二极管上的平均电流,ID = IO
UDRM= 22U承受的最高反向电压,
2.单相全波整流电路
u1 u2
aT
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。
u1 u2
aT
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
输出电压平均值( Uo),输出电流平均值( Io ):
u1 u2
aT
b
D1
RL
uo
D2
u2
io uo
? 2?0
?t
( )?= ? ??
0
1 tduU
oo = ( )?
? ?
? 0
1 tdsin? t
22U
Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL
=? 22 9.02 UU= 2
二极管上 的 平均电流 及 承受的 最高反向电压,
u1 u2
aT
b
D1
RL
uo
D2
u2
io 二极管上 的 平均电流:
oD II 2
1=
uD
? 2?0
?t
DRM 22U U= 2
二极管承受的 最高反向电压,
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
RLD1
D3
D2
D4
u2 uo u2 uo
+

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
-
+
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
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 22U U=
u2
t?
t?
uD2,uD3uD1,uD4
t?
uo
集成硅整流桥:
u2 u
o+
?

?
~ + ~ -
? ?+ –
4,整流电路的主要参数
负载电压 Uo的平均值为,
( )?= π oo tdu
πU
2
02
1 ?
负载上的 (平均 )电流,
L
o R
UI o=
(1)整流输出电压的平均值
uo
? 2?0
?t
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
平均电流 (ID)与反向峰值电压 (UDRM)是选择整流管
的主要依据。
oD II 2
1=
22 UU RM =
例如,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 ? 2ID)
(选购时,最大反向电压 ?2URM)
三、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
RLC
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 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
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 )
u1 u2u1
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
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
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 u2u1
b
D4
D2
D1
D3
RL
uo
S
C
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 u2u1
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 )
一般取 )105( TCRτ 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 =
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。
u2u1 R
L
L
uo
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:
u2u1 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
3,RC –?型 滤波器
改善滤波特性的方法,采取多级滤波
uo
R
u2u1
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
四、稳压电路
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
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。
1,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。
I
I
o
o
U
U
U
US ??=
(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。
2,串联反馈式稳压电路
(1)电路结构的一般形式
串联式稳压电路的组成:
( 1)基准电压; ( 2)比较放大;
( 3)输出电压取样电路;( 4)调整元件
UO
T
+_U
I








Uo

样UR FUO
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。
若因输入电压变化或负载变化而使
UO加大,比较放大电路使 UB1变小,从
而使 UO降低,
UO
T1
+_U
I








Uo

样UR FUO
RL
调整元件
+

+

UB1
+UI
Uo
RL
R3比较


T1调整管
R3, T2比较放大
R1, RW, R2采样电阻
R, UZ基准电压
(2)一种实际的串联式稳压电源
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
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 )
(3) 输出电压的确定和调节范围
因为,OU2BEZ UU + 22W RR +
21 WRRR ++
=
( )2
22
21
BEZ
W
W
O UURR
RRRU +
+
++=所以:
22
21
Z
W
W U
RR
RRR
+
++=
忽略 UBE2
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
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
21
Z
W
W
Omin URR
RRRU
+
++= ?4=6V4.74.7 ++= 4.7
4.7+4.7
2
21
Z
W
Omax UR
RRRU ++= ?4=12V4.74.7 ++= 4.7
4.7
(4) 实际的稳压电源采取的改进措施
1,比较放大级采用差动放大器或集成运放
2.调整管采用复合三极管
3,采用辅助电源 (比较放大部分的电源 )
4,用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益
5,内部加短路和过热保护电路
R3 T1
T2
UZ
R
RW1
RW2
R1
RW
R2
RL UO
+
_
+
_
UI
UB2
集成化 ?集成稳压电源
五、集成稳压电源
特点:体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉
内部电路:串联型晶体管稳压电路
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
1端, 输入端
2端, 公共端
3端, 输出端
W7800系列稳压器外形及接线图
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!
1端, 公共端
2端, 输入端
3端, 输出端
W7900系列稳压器外形及接线图
1 2
3

+
W7905
UI

+
Uo
2 3
1
CI
0.1~1?F
Co
1μF
-10V -5V
集成稳压电源应用电路
u2u1
C1
300μF
U1=220V
U2=8V
UC1=1.2 U2 =9.6V
Uo=5V
+
_
Co
W7805 +
_
Uo
1 3
2
1μF
RL
CI
1?F