第 6章 直流电源
6-1 串联型直流稳压电源
6-2 集成稳压电源
1.
u1,u2分别表示变压器的原边和副边交流电压,
Ｒ Ｌ 为负载电阻 。
6-1串联型直流稳压电源
?整流滤波电路
设 u2= U2 sinωtV,其中Ｕ ２ 为变压器副边电
压有效值在０～ π时间内, 即在 u2的正半周内, 变压
器副边电压是上端为正, 下端为负, 二极管 VD承受
正向电压而导通, 此时有电流流过负载, 并且和二极
管上电流相等, 即 iO＝ I VＤ 。 忽略二极管上压降, 负
载上输出电压 uO=u2,输出波形与 u2相同 。
在 π～２ π时间内, 即在 u2负半周内, 变压器次级
绕组的上端为负, 下端为正, 二极管 VＤ 承受反向电
压, 此时二极管截止, 负载上无电流流过, 输出电
压 uO=0,此时 u2电压全部加在二极管 VＤ 上 。
2
2.
单相半波整流不断重复上述过程, 则整流输出电
uO= U2 sinωtV 0≤ωt≤π
0 π≤ωt≤2π
从上式得知, 此电路只有半个周期有波形, 另外
半个周期无波形, 因此称其为半波整流电路 。
取 uO
2
220 2
2
0 0 45.0
2)(s i n2
2
1)(
2
1 UUwtw t dUwtduU
O ???? ?? ???
??
LL
OOVD
R
U
R
UII 245.0???
单相半波整流电路简单, 使用元件少；不足方面
是变压器利用率和整流效率低, 输出电压脉动大, 所
以单相半波整流仅用在小电流且对电源要求不高的场
合 。
单相半波整流电路有很明显的不足之处, 针对这
些不足, 在实践中又产生了桥式整流电路 。
1.
单相桥式整流电路由变压器, 四个整流二极管和
负载组成它属全波整流电路 。 当 u2是正半周时, 二极
管 VＤ１ 和 VＤ 3导通, 而二极管 VＤ 2和 VＤ 4截止, 负载Ｒ
Ｌ 上的电流是自上而下流过负载, 负载上得到了与 u2正
半周相同的电压；
?单相桥式整流电路
在 u2的负半周, u2的实际极性是下正上负, 二极
管 VＤ 2和 VＤ 4导通而 VＤ１ 和 VＤ 3截止, 负载Ｒ Ｌ 上的电
流仍是自上而下流过负载, 负载上得到了与 u2正半周
相同的电压, 其电路工作波形如图所示, 从波形图上
可以看出, 单相桥式整流比单相半波整流电路波形增
加了 1倍 。
2,单相桥式整流电路的指标
１ )
Ｕ O＝０,9U2
IO=0.9
LR
U2
２ ） 整流二极管平均整流电流Ｉ VD
IVD=
这个数值与单相半波整流相同, 虽然是全波整流,
但二极管仍是半个周期导通, 半个周期截止 。
３ ） 整流二极管承受的最大反向电压ＵＲＭ整流
URM=
综上所述, 单相桥式整流电路只是整流二极管的
个数比单相半波整流增加了, 结果使负载上的电压与
电流都比单相半波整流提高 1倍, 其它参数没有变化 。
因此, 桥式整流电路得到广泛应用 。
L
o R
UI 245.0
2
1 ?
22U
经过整流后, 输出电压在方向上没有变化, 但输
出电压波形仍然保持输入正弦波的波形 。 输出电压起
伏较大, 为了得到平滑的直流电压波形, 必须采用滤
波电路, 以改善输出电压的脉动性, 常用的滤波电路
有电容滤波, 电感滤波, LC滤波和 π型滤波 。
1.
最简单的电容滤波是在负载 RL两端并联一只较大
容量的电容器 。
当负载开路 （ RL=∞） 时, 设电容无能量储存, 输
出电压从 0开始增大, 电容器开始充电 。 一般充电速
度很快, uO=uC可达到 u2的最大值 。
?滤波电路
uO=uC=
当接入负载后, 前半部分和负载开路时相同, 当
u2从最大值下降时, 电容通过负载 RL放电, 放电的时
τ=RLC
在 RL较大时, τ的值比充电时的时间常数大 。 uO
按指数规律下降 。
当 u2的值再增大后, 电容再继续充电, 同时也向
负载提供电流 。 电容上的电压仍会很快地上升 。
22U
在单相桥式整流,
UO≈1.2U2
电容滤波简单, 缺点是负载电流不能过大, 否则会
影响滤波效果, 所以电容滤波适用于负载变动不大, 电
流较小的场合 。 另外, 由于输出直流电压较高, 整流
二极管截止时间长, 导通角小, 故整流二极管冲击电
流较大, 所以在选择管子时要注意选整流电流 IF较大的
二极管 。
2.
利用电感的电抗性, 同样可以达到滤波的目的 。
在整流电路和负载 RL之间, 串联一个电感 L就构成了
一个简单的电感滤波电路 。
根据电感的特点, 在整流后电压的变化引起负载
的电流改变时, 电感 L上将感应出一个与整流输出电
压变化相反的反电动势, 两者的叠加使得负载上的电
压比较平缓, 输出电流基本保持不变 。
电感滤波电路中, RL愈小, 则负载电流愈大, 电
感滤波效果越好 。 在电感滤波电路中,
UO=0.9U2
二极管承受的反向峰值电压仍为 。
3,LC
采用单一的电容或电感滤波时, 电路虽然简单,
但滤波效果欠佳, 大多数场合要求滤波更好, 则把
前两种滤波结合起来, 即 LC滤波电路 。
22U
与电容滤波电路比较, LC滤波电路的优点是：
外特性比较好, 输出电压对负载影响小, 电感元件限
制了电流的脉动峰值, 减小了对整流二极管的冲击 。
它主要适用于电流较大, 要求电压脉动较小的场合 。
LC滤波电路的直流输出电压和电感滤波电路一
样, UO=0.9U2。
整流, 滤波后得到的直流输出电压往往会随时
间而有些变化, 造成这种直流输出电压不稳定的原
因有二：
一是当负载改变时, 负载电流将随着改变, 即使
交流电网电压不变, 直流输出电压也会改变；
二是电网电压常有变化, 在正常情况下变化
± 10%是常见的, 当电网电压变化时, 即使负载未变,
直流输出电压也会改变 。
?硅稳压管稳压电路
1.硅稳压管稳压电路的工作原理
稳压管 VDZ与负载电阻 RL并联, 在并联后与整流
滤波电路连接时, 要串联一个限流电阻 R。 由于 VDZ与
RL并联, 所以也称并联稳压电路 。
(1) 如果输入电压 Ui不变而负载电阻 RL减小, 这
时负载上电流 IL要增加, 电阻 R上的电流 IR=IL+IVDZ也
有增大的趋势, 则 UR=IRR也趋于增大, 这将引起输出
电压 UO=UVDZ的下降 。 稳压管的反向伏安特性已经表
明, 如果 UVDZ略有减小, 稳压管电流 IVDZ将显著减小,
IVDZ的减少量将补偿 IL所需要的增加量, 使得 IR基本
不变, 这样输出电压 UO=Ui—IRR也就基本稳定下来 。
当负载电阻 RL增大时, IL减小, IVDZ增加, 保证
了 IR基本不变, 同样稳定了输出电压 UO。
(2） 如果负载电阻 RL保持不变, 而电网电压的
波动引起输入电压 Ui升高时, 电路的传输作用使输出
电压也就是稳压管两端电压也趋于上升 。 由稳压管反
向特性知, IVDZ将显著增加, 于是电流 IR=IVDZ+IL加大,
所以电压 UR升高, 即输入电压的增加量基本降落在
电阻 R上, 从而使输出电压 UO基本上没有变化, 达到
了稳定输出电压的目的, 同理, 电压 Ui降低时, 也通
过类似过程来稳定 UO。
2.硅稳压管稳压电路参数的选择
1） 硅稳压管的选择
UVDZ=UO
IVDZmax≥(2~3)ILmax
当 Ui增加时, 都会使硅稳压管的 IVDZ增加, 所以
电流选择应适当大一些 。
2） 输入电压 Ui
Ui高, R大, 稳定性能好, 但损耗大 。
Ui=(2~3)UO
3） 限流电阻 R的选择
选择 R,主要确定阻值和功率 。
(1) R的阻值 。
在 Ui最小和 IL最大时, 流过稳压管的电流最小,
此时电流不能低于稳压管最小稳定电流 。
ILmax≥IVDZmin
在 Ui最高和 IL最小时, 流过稳压管的电流最大,
这时应保证 IVDZ不大于稳压管最大电流值 。
m i nm a x
m i nm i n
DZ
DZ
DZ VL
Vi
V IIR
UUI ????
m a xm in
m in
LV
V
IU
UUR
DZ
DZ
?
??
（ 2） R的功率 PR。
PR= (2~3)
PR适当选择大一些 。
R
UU
R
U ZDVRm 22 )m ax()3~2( ??
1.
稳压过程如下：
(1） 当负载不变, 输入整流电压 Ui增加时, 输出
电压 UO有增高的趋势, 由于三极管 V基极电位被稳
压管 VDZ固定, 故 UO的增加将使 V发射结上正向偏压
降低, 基极电流减小, 从而使 V的集射极间的电阻增
大, UCE 增加, 于是抵消了 Ui的增加, 使 UO基本保
持不变 。 上述过程如下图所示：
Ui↑→UO↑→UBE↓→IB↓→IC↓→UCE↑
UO↓
?串联型三极管稳压电路
(2） 当输入电压 U i 不变, 而负载电流变化
时, 其稳压过程如下：
IO↑→UO↑→U BE ↓→IB↓→IC↓→UCE↑
UO↓
则输出电压 UO基本保持不变 。
2,带放大电路的串联型稳压电路
由 R1,RP和 R2构成的采样环节,RZ和稳压管 VDZ构
成的基准电压, 三极管 V2和 R4构成的比较放大环节,
以及三极管 V1构成的调整环节等四部分组成 。 因为三
极管 V1与 RL串联, 所以称之为串联型稳压电路 。
当 Ui或 IO的变化引起 UO变化时, 采样环节把输出
电压的一部分送到比较放大环节 V2的基极, 与基准电
压 UVDZ相比较, 其差值信号经 V2放大后, 控制调整管
V1的基极电位, 从而调整 V1的管压降 UCE1,补偿输
出电压 UO的变化, 使之保持稳定, 其调整过程如下：
Ui↑( 或 IO↑)→UO↑→Uf↑→UBE2↑→UC2↓→U
BE1↓→IB1↓→IC1↓→UCE1↑UO↓
当输出电压下降时, 调整过程与上述相反, 过
程中设输出电压的变化由 Ui或 IO的变化引起 。
集成电路稳压器基本上是将比较放大器, 参考电
压, 调整管和保护电器集成在同一基片上的组合 。
单片稳压器有三种外壳形式：
1.双列直插式
2.扁平式
3.圆型式 。
6-1集 成 稳 压 电源
?单片式多端集成稳压器
V1为调整管, 它的集电极和发射极连在标记 UC和
UO的两只引出端供外部连接用 。 UO端可用来驱动外
接功率管的基极, 于是外接功率管就变成调整管, 负
载电流因而可提高到几安培 。
6.5Ω电阻是限流电阻；电容是用来减小纹波和消
振的； R1,R2电阻的改变可直接影响输出电压 。 当
R1=0,R2=∞时, 输出 7 V,如果想再低于 7 V,则可
调 UR值 。 此电路在 5V至 40 V之间的任何正输入电压
均可使用 。
单片式三端稳压器有输入端, 输出端和公共端
（ 接地 ） 三个接线端子, 所需外接元件少, 使用方便,
工作可靠, 所以应用较多 。 按输出电压是否可调, 三
端集成稳压器可分为固定式和可调式两种 。
1.
1）
常用的三端固定正电压稳压器有 7800系列, 型号
中的 00两位数表示输出电压的稳定值, 分别为 5,6、
9,12,15,18,24 V。 例如,7812的输出电压为 12
V,7805输出电压是 5 V。
?单片式三端集成稳压器
按输出电流大小不同, 又分为, CW7800系列, 最
大输出电流 1~1.5 A； CW78M00系列, 最大输出电流
0.5 A; CW78L00系列, 最大输出电流 100 mA左右 。
7800系列三端稳压器的外部引脚如图所示, 1脚
为输入端, 2脚为输出端, 3脚为公共端 。
2）
常用的三端固定负电压稳压器有 7900系列, 型号
中的 00两位数表示输出电压的稳定值, 和 7800系列相
对应, 分别为 -5,-6,-9,-12,-15,-18,-24 V。
按输出电流不同, 和 7800系列一样, 也分为
CW7900系列, CW79M00系列和 CW79L00系列 。 管脚
图如图 （ b） 所示, 1脚为公共端, 2脚为输出端, 3脚
为输入端 。
2.
前面介绍了 78,79系列集成稳压电路, 这些都是
固定输出的稳压电源 。 这些在实用中不太方便 。 实际
应用中还有可调的 CW117,CW217,CW317、
CW337和 CW337L系列 。
三端可调集成稳压器的输出电压为 1.25 V~37V，
输出电流可达 1.5 A 。
3.
1）
下图是三端固定输出集成稳压器的基本应用电路 。
图中输入端电容 Ci用以抵消输入端较长接线的电感效
应, 防止产生自激振荡, 接线不长时也可不用 。 输出
端 CO用以改善负载的瞬态响应, 减少高频噪声 。
2）
下图是正负同时输出的稳压电路。当需要正负
两组电源输出时，可以采用 7800系列正压单片稳压
器和 7900系列负压单片稳压器各一块，按图接线，
构成正负两组电源。
