第 5章 直流稳压电源
? 熟悉单相整流电路的组成、输出电压和电流的波形、直流电压平均值
与交流电压有效值之间的关系，并能初步选用整流器件
? 了解滤波电路的作用，尤其是电容滤波电路的工作原理
? 了解并联型稳压电路和串联型稳压电路的组成和工作原理
? 了解集成稳压电源的应用和使用方法
学习要点
?5.1 整流电路
?5.2 滤波电路
?5.3 直流稳压电路
第 5章 直流稳压电源
5.1 整流电路
u
1
u
2
u
3
u
4
u
5
t t
t
t
t
变压 整流 滤波 稳压
u
1
u
2
u
3
u
4
u
5
0 0
0
0
0
直流稳压电源的组成：
利用具有单向导电性能的整流元件如二极
管等, 将交流电转换成单向脉动直流电的
电路称为整流电路 。 整流电路按输入电源
相数可分为单相整流电路和三相整流电路
,按输出波形又可分为半波整流电路和全
波整流电路 。 目前广泛使用的是桥式整流
电路 。
5.1 整流电路
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
1
－
D
(a ) 电路 ( b ) 波形
+
u
o
－
R
L
5.1.1 单相半波整流电路
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
1
－
D
(a ) 电路 ( b ) 波形
+
u
o
－
R
L
当 u2为正半周时，二极管 D承受正向电压而导通，此时有电
流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即 io= id。忽略二
极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，
即 uo=u2,输出电压 uo的波形与 u2相同。
当 u2为负半周时, 二极管 D承受反向电压而截止 。 此时负
载上无电流流过, 输出电压 uo=0,变压器副边电压 u2全部
加在二极管 D上 。
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
1
－
D
(a ) 电路 ( b ) 波形
+
u
o
－
R
L
单相半波整流电压的平均值为：
?
???
?
?
??
?
0
222o
45.0
2
)(s i n2
2
1
UUttdUU
流过负载电阻 R
L
的电流平均值为：
L
2
L
o
o
45.0
R
U
R
U
I ??
流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：
L
2
oD
45.0
R
U
II ??
二极管截止时承受的最高反向电压为 u
2
的最大值，即：
22MRM
2 UUU ??
例 有一单相半波整流电路，如图 5- 2 （ a ）所示。已知负
载电阻 ?? 7 5 0
L
R,变压器副边电压 V 20
2
?U,试求 U
o
,I
o
，
并选用二极管。
解
V)( 92045.045.0
2o
???? UU
( m A ) 12( A ) 012.0
750
9
L
o
o
????
R
U
I
( m A ) 12
oD
?? II
( V ) 2.282022
2D R M
???? UU
查半导体手册，二极管可选用 2A P 4,其最大整流电流为
16m A,最高反向工作电压为 50 V 。为了使用安全，二极管的反
向工作峰值电压要选得比 U
D R M
大一倍左右。
5.1.2 单相桥式整流电路
+
u
1
－
+
u
2
－
D
4
D
3
D
1
D
2
R
L
+
u
o
－
(a ) 原理电路
a
b
+
u
1
－
+
u
2
－
R
L
+
u
o
－
(b) 简化画法
u2为正半周时, a点电位高于 b点电位, 二极管 D1,D3承受
正向电压而导通, D2,D4承受反向电压而截止 。 此时电流
的路径为,a→D 1→ RL→D 3→b 。
a
b
V D
3
+
u
1
－
+
u
2
－
V D
1
R
L
+
u
o
－
⊕
－
a
b
+
u
1
－
+
u
2
－
V D
4
V D
2
R
L
+
u
o
－
⊕
－
u2为负半周时, b点电位高于 a点电位, 二极管 D2,D4承受
正向电压而导通, D1,D3承受反向电压而截止 。 此时电流
的路径为,b→D 2→ RL→D 4→a 。
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
i
D1
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
i
D2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
u
o
0 π 2 π 3 π 4 π
单相全波整流电压的平均值为：
?
???
?
?
??
?
0
222o
9.0
2
2)(s i n2
1
UUttdUU
流过负载电阻 R
L
的电流平均值为：
L
2
L
o
o
9.0
R
U
R
U
I ??
流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，
即：
L
2
oD
45.0
2
1
R
U
II ??
每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 u
2
的
最大值，即：
22MRM
2 UUU ??
整流变压器副边电压有效值为：
o
o
2
11.1
0.9
U
U
U ??
整流变压器副边电流有效值为：
o
22
2
11.111.1 I
R
U
R
U
I
LL
???
由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。
例,试设计一台输出电压为 24V,输出电流为 lA 的直流电
源，电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式
的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。
解,（ 1 ）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有
效值为：
3.53
45.0
24
0, 4 5
o
2
???
U
U
V
整流二极管承受的最高反向电压为：
2.753.5341.12
2RM
???? UU
V
流过整流二极管的平均电流为：
1
oD
?? II
A
因此可选用 2C Z 12 B 整流二极管，其最大整流电流为 3 A,
最高反向工作电压为 200V 。
（ 2 ）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组
电压有效值为：
7.26
9.0
24
0.9
o
2
???
U
U V
整流二极管承受的最高反向电压为：
6.377.2641.12
2RM
???? UU V
流过整流二极管的平均电流为：
5.0
2
1
oD
?? II A
因此可选用四只 2C Z 1 1 A 整流二极管，其最大整
流电流为 1 A,最高反向工作电压为 100V 。
5.1.3 三相桥式整流电路
－
u
2 a
+
a
b
c
VD
1
VD
3
VD
5
VD
6
VD
4
VD
2
－
u
2 b
+
－
u
2 c
+
+
u
o
－
i
o
0～ t1期间, c点电位最高, b点电位最低, VD5和 VD4
导通 。 负载上的电压 uo就是线电压 ucb。 电流通路为：
c→VD 5→ RL→VD 4→b
t1～ t2期间, a点电位最高, b点电位仍然最低, VD1和
VD4导通, 负载电压 uo为线电压 uab,电流通路为：
a→VD 1→ RL→VD 4→b
同理, 在 t2～ t3期间, a点电位最高, c点电位最低,
于是二极管 VD1和 VD6导通, 负载电压 uo为线电压 uac
,电流通路为：
a→VD 1→ RL→VD 6→c
依此类推, 共阴极连接的 3个二极管 VD1,VD3,VD5
在 t1,t3,t5等时刻导通；共阳极连接的 3个二极管
VD2,VD4,VD6在 t2,t4,t6等时刻导通 。 每个二极
管导通 1/3周期 。
u
2
u
2a
u
2b
u
2c
ω t
0
ω t
u
o
u
2a
VD
5
VD
1
VD
1
VD
3
VD
3
VD
5
VD
5
VD
1
VD
1
VD
3
VD
4
VD
4
VD
6
VD
6
VD
2
VD
2
VD
4
VD
4
VD
6
VD
6
二极管
导通次序
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
8
t
9
0
( a)
( b)
(c )
5.2 滤波电路
整流电路可以将交流电转换为直流电, 但
脉动较大, 在某些应用中如电镀, 蓄电池
充电等可直接使用脉动直流电源 。 但许多
电子设备需要平稳的直流电源 。 这种电源
中的整流电路后面还需加滤波电路将交流
成分滤除, 以得到比较平滑的输出电压 。
滤波通常是利用电容或电感的能量存储功
能来实现的 。
5.2.1 电容滤波电路 ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
o
－
+
u
1
－
D
( a ) 电路 ( b ) 波形
C R L
+
假设电路接通时恰恰在 u
2
由负到正过零的时刻，这时二
极管 D 开始导通，电源 u
2
在向负载 R
L
供电的同时又对电容 C
充电。如果忽略二极管正向压降，电容电压 u
C
紧随输入电压
u
2
按正弦规律上升至 u
2
的最大值。然后 u
2
继续按正弦规律下
降，且 C2
uu ?
，使二极管 D 截止，而电容 C 则对负载电阻
R
L
按指数规律放电。 u
C
降至 u
2
大于 u
C
时，二极管又导通，电
容 C 再次充电……。这样循环下去,u
2
周期性变化，电容 C
周而复始地进行充电和放电，使输出电压脉动减小。电容 C
放电的快慢取决于时间常数 （
CR
L
??
）的大小，时间常数越
大，电容 C 放电越慢，输出电压 u
o
就越平坦，平均值也越
高。
U
o
1.4 U
o
0.9 U
o
0
I
o
单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线
如图所示。从图中可见，电容滤波电路的输出
电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载
能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场
合。
—般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值。
半波：
2o
UU ?
全波：
2o
2.1 UU ?
为了获得较平滑的输出电压，一般要求
C
R
?
1
)15~10(
L
?,即：
2
)5~3(
L
T
CR ???
式中 T 为交流电压的周期。滤波电容 C 一般选择体积小，容量大的电
解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高
电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。
加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受较大的
冲击电流 （
oC
ii ?
），为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。
单相 半波 整流,电 容滤 波电 路中,二 极管 承受 的反 向电 压 为
2CDR
uuu ??
，当负载开路时，承受的反向电压为最高，为：
2RM
22 UU ?
例,设计一单相桥式整流、电容滤波电路。要求输出电压
48
o
?U V,已知负载电阻 1 0 0
L
?R Ω,交流电源频率为 50H z,试选
择整流二极管和滤波电容器。
解,流过整流二极管的平均电流：
2 4 0A24.0
1 0 0
48
2
1
2
1
2
1
L
o
oD
???????
R
U
II
mA
变压器副边电压有效值：
40
2.1
48
1.2
o
2
???
U
U V
整流二极管承受的最高反向电压：
4.564041.12
2RM
???? UU
V
因此可选择 2C Z 11 B 作整流二极管，其最大整流电流为 1 A,最
高反向工作电压为 200V 。
取
05.0
2
02.0
5
2
5
L
??????
T
CR?
s,则：
500F10500
100
05.0
6
L
?????
?
R
C
?
μ F
5.2.2 电感滤波电路
+
u
1
－
+
u
2
－
R
L
+
u
o
－
L
电感滤波适用于负载电流较大的场合 。 它的缺点是
制做复杂, 体积大, 笨重且存在电磁干扰 。
5.2.3 复合滤波电路
L
C CC
L
CC
R
(a ) L C 滤波电路 (b ) C L C 滤波电路 (c ) C R C 滤波电路
LC,CLCπ型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压
脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重
的电感，构成 CRCπ型滤波电路，同样可以获得脉动很小的
输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只
适用于负载电流较小的场合。
5.3 直流稳压电路
将不稳定的直流电压变换成稳定且可调的
直流电压的电路称为直流稳压电路 。
直流稳压电路按调整器件的工作状态可分
为线性稳压电路和开关稳压电路两大类 。
前者使用起来简单易行, 但转换效率低,
体积大；后者体积小, 转换效率高, 但控
制电路较复杂 。 随着自关断电力电子器件
和电力集成电路的迅速发展, 开关电源已
得到越来越广泛的应用 。
5.3.1 并联型稳压电路
+
U i
－
+
U o
－
R L
D Z
+
U Z
－
R
+ U R －
I o
I Z
I
工作原理：
输入电压 Ui波动时会引起输出
电压 Uo波动 。 如 Ui升高将引起
随之升高, 导致稳压管的电流
IZ急剧增加, 使得电阻 R上的
电流 I和电压 UR迅速增大,
从而使 Uo基本上保持不变。反之，当 Ui减小时,UR相应减小，
仍可保持 Uo基本不变。
当负载电流 Io发生变化引起输出电压 Uo发生变化时，同样会引
起 IZ的相应变化，使得 Uo保持基本稳定。如当 Io增大时,I和 UR
均会随之增大使得 Uo下降，这将导致 IZ急剧减小，使 I仍维持原
有数值保持 UR不变，使得 Uo得到稳定。
+
U
i
－
I
oR
1
R
L
R
a
R
2
R
b
R
4 R
3
R
P
U
B E 2
V
1
V
2
U
B E 1
+
U
o
－
U
Z
+
－
+
－
－
+
+
U
F
－
5.3.2 串联型稳压电路
（ 1） 取样环节 。 由 R1,RP,R2组成的分压电路构成, 它将输出
电压 Uo分出一部分作为取样电压 UF,送到比较放大环节 。
（ 2） 基准电压 。 由稳压二极管 DZ和电阻 R3构成的稳压电路组成
,它为电路提供一个稳定的基准电压 UZ,作为调整, 比较的标
准 。
（ 3） 比较放大环节 。 由 V2和 R4构成的直流放大器组成, 其作用
是将取样电压 UF与基准电压 UZ之差放大后去控制调整管 V1。
（ 4） 调整环节 。 由工作在线性放大区的功率管 Vl组成, Vl的基
极电流 IB1受比较放大电路输出的控制, 它的改变又可使集电极
电流 IC1和集, 射电压 UCEl改变, 从而达到自动调整稳定输出电
压的目的 。
1、电路的组成及各部分的作用
2、电路工作原理
当输入电压 Ui或输出电流 Io变化引起输出电压 Uo增加时，取样电
压 UF相应增大，使 V2管的基极电流 IB2和集电极电流 IC2随之增加，
V2管的集电极电位 UC2下降，因此 Vl管的基极电流 IB1下降，使得
IC1下降,UCE1增加,Uo下降，使 Uo保持基本稳定。
U o ↑→ U F ↑→ I B2 ↑→ I C2 ↑→ U C2 ↓→ I B1 ↓→ U C E 1 ↑
U o ↓
同理, 当 Ui或 Io变化使 Uo降低时, 调整过程相反, UCE1将减小
使 Uo保持基本不变 。
从上述调整过程可以看出, 该电路是依靠电压负反馈来稳定
输出电压的 。
3、电路的输出电压
设 V
2
发射结电压 U
B E 2
可忽略，则：
o
ba
b
ZF
U
RR
R
UU
?
??
或：
Z
U
R
RR
U
b
ba
o
?
?
用电位器 R
P
即可调节输出电压 U
o
的大小，但 U
o
必定大于或等于 U
Z
。
如 UZ=6V,R1=R2=RP=100Ω,则 Ra+Rb=R1+R2+RP=300Ω,Rb
最大为 200Ω,最小为 100Ω。 由此可知输出电压 Uo在 9~18V范
围内连续可调 。
+
U
i
－
I
oR
1
R
L
R
2
R
3
R
P
V
+
U
o
－
U
Z
+
－
+
U
F
－
∞
－
+
+
4、采用集成运算放大器的串联型稳压电路
其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前
述电路完全相同，唯一不同之处是放大环节采用集
成运算放大器而不是晶体管。
5.3.3 线性集成稳压器
集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作
在一块硅基片上的集成电路, 因而具有体积小, 使用方便
,工作可靠等特点 。
集成稳压器的种类很多, 作为小功率的直流稳压电源, 应
用最为普遍的是 3端式串联型集成稳压器 。 3端式是指稳压
器仅有输入端, 输出端和公共端 3个接线端子 。 如 W78××
和 W79×× 系列稳压器 。 W78×× 系列输出正电压有 5V、
6V,8V,9V,10V,12V,15V,18V,24V等多种, 若要
获得负输出电压选 W79×× 系列即可 。 例如 W7805输出 +5
V电压, W7905则输出－ 5 V电压 。 这类３端稳压器在加装
散热器的情况下, 输出电流可达 1.5～ 2.2A,最高输入电压
为 35V,最小输入, 输出电压差为 2～ 3V,输出电压变化率
为 0.1％ ～ 0.2％ 。
1 3 2
1 —公共端
2 —输出端
3 —输入端
W 7 9 ××
1 3 2
1 —输入端
2 —输出端
3 —公共端
W 7 8 ××
1、外形和管脚排列
2、典型应用电路
W 7 8 ××
C 1
C 2
+
U i
－
+
U o
－
1 2
3
W 7 9 ××
C 1
C 2
－
U i
+
－
U o
+
3 2
1
（ 1）基本电路。
（ 2）提高输出电压的电路。
W 78 ××
C 1 C 2
+
U i
－
+
U o
－
1 2
3
+
U Z
－
D Z
+
U
××
－
R
输出电压 Uo=U×× +UZ
W 78 ××
C 1 C
2
+
U i
－
+
U o
－
1
2
3
R
I R
I C
I B
I 1
I 3
I 2
I o
（ 3）扩大输出电流的电路。
图中 I
3
为稳压器公共端电流，其值很小，可以忽略不计，所以
21
II ?,则可得：
R
U
IIIIIIIII
BE
2R12B2C2o
)1()( ???? ??????????
式中 β 为三极管的电流放大系数。设
10??
,3.0BE ??U V,
5.0?R Ω, 12 ?I A,则可计算出 5o ?I A,可见 I
o
比 I
2
扩大了。
电阻 R 的作用是使功率管在输出电流较大时才能导通。
（ 4）能同时输出正、负电压的电路。
W 7 8 15
1 2
3
W 7 9 15
3 2
1
24V
24V
+
+
+ 1 5 V
－ 15 V
220 V
1000 μ F
1000 μ F
0,3 3 μ F
0,3 3 μ F
1 μ F
1 μ F
5.3.4 开关稳压电源
1,开关型稳压电路的特点和分类
（ 1） 效率高 。 （ 2） 体积小, 重量轻 。 （ 3） 对电
网电压的要求不高 。 （ 4） 调整管的控制电路比较
复杂 。 （ 5） 输出电压中纹波和噪声成分较大 。
特
点
分
类
按控制的方式分, 有脉冲宽度调制型 （ PWM）,
脉冲频率调制型 （ PFM） 和混合调制型 3种 。 按是
否使用工频变压器来分, 有低压开关稳压电路和
高压开关稳压电路两种 。 按激励的方式分, 有自
激式和他激式；按所用开关调整管的种类分, 有
双极型三极管, MOS场效应管和可控硅开关电路
等 。
2．开关型稳压电路的组成和工作原理
组
成
开关调整管 滤波电路
采
样
电
路
脉冲调制
比较放大
基准电压
+
U
i
－
+
U
o
－
工
作
原
理
开关调整管 滤波电路
采样电路
脉宽调制 比较放大
基准
电压
+
U
i
－
∞
－
+
Δ
+
∞
+
－
Δ
+
振荡器
C
+
R
1
R
2
+
U
o
－
R
L
L
VD
u
B
u
A
A
u
t
U
R
u
E
i
E
V
u
F
当 ut>uA时, 比较器输出高电平, uB=+UOM
当 ut<uA时, 比较器输出低电平, uB=－ UOM
故调整管 V的基极电压 uB成为高, 低电平交替的脉冲波形 。
uB为高电平时, 调整管饱和导电, 此时发射极电流 iE流过电感和
负载电阻, 一方面向负载提供输出电压, 同时将能量储存在电感
的磁场中 。 由于三极管 V饱和导通, 因此其发射极电位 uE为：
uE= Ui－ UCES
上式中 Ui为直流输入电压, UCES为三极管的饱和管压降 。 uE的极
性为上正下负, 故二极管 VD被反向偏置, 不能导通, 此时二极
管不起作用 。
当 uB为低电平时, 调整管截止, 。 但电感具有维持流过电流不变
的特性, 此时将储存的能量释放出来, 在电感上产生的反电势使
电流通过负载和二极管继续流通, 因此, 二极管 VD称为续流二
极管 。 此时调整管发射极的电位 uE为：
uE= － UD
式中 UD为二极管的正向导通电压 。
可见调整管处于开关工作状态, 它的发射极电位 uE也是高, 低电
平交替的脉冲波形 。 但是, 经过 LC滤波电路以后, 在负载上可以
得到比较平滑的输出电压 uo。
t
0
u
A
u
t
t
0
u
B
0
u
E
t
t
u
o
U
o
0
+ U
OM
－ U
OM
T
1
T
T
2
U
i
－ U
C E S
－ U
D
? 熟悉单相整流电路的组成、输出电压和电流的波形、直流电压平均值
与交流电压有效值之间的关系，并能初步选用整流器件
? 了解滤波电路的作用，尤其是电容滤波电路的工作原理
? 了解并联型稳压电路和串联型稳压电路的组成和工作原理
? 了解集成稳压电源的应用和使用方法
学习要点
?5.1 整流电路
?5.2 滤波电路
?5.3 直流稳压电路
第 5章 直流稳压电源
5.1 整流电路
u
1
u
2
u
3
u
4
u
5
t t
t
t
t
变压 整流 滤波 稳压
u
1
u
2
u
3
u
4
u
5
0 0
0
0
0
直流稳压电源的组成：
利用具有单向导电性能的整流元件如二极
管等, 将交流电转换成单向脉动直流电的
电路称为整流电路 。 整流电路按输入电源
相数可分为单相整流电路和三相整流电路
,按输出波形又可分为半波整流电路和全
波整流电路 。 目前广泛使用的是桥式整流
电路 。
5.1 整流电路
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
1
－
D
(a ) 电路 ( b ) 波形
+
u
o
－
R
L
5.1.1 单相半波整流电路
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
1
－
D
(a ) 电路 ( b ) 波形
+
u
o
－
R
L
当 u2为正半周时，二极管 D承受正向电压而导通，此时有电
流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即 io= id。忽略二
极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，
即 uo=u2,输出电压 uo的波形与 u2相同。
当 u2为负半周时, 二极管 D承受反向电压而截止 。 此时负
载上无电流流过, 输出电压 uo=0,变压器副边电压 u2全部
加在二极管 D上 。
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
1
－
D
(a ) 电路 ( b ) 波形
+
u
o
－
R
L
单相半波整流电压的平均值为：
?
???
?
?
??
?
0
222o
45.0
2
)(s i n2
2
1
UUttdUU
流过负载电阻 R
L
的电流平均值为：
L
2
L
o
o
45.0
R
U
R
U
I ??
流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即：
L
2
oD
45.0
R
U
II ??
二极管截止时承受的最高反向电压为 u
2
的最大值，即：
22MRM
2 UUU ??
例 有一单相半波整流电路，如图 5- 2 （ a ）所示。已知负
载电阻 ?? 7 5 0
L
R,变压器副边电压 V 20
2
?U,试求 U
o
,I
o
，
并选用二极管。
解
V)( 92045.045.0
2o
???? UU
( m A ) 12( A ) 012.0
750
9
L
o
o
????
R
U
I
( m A ) 12
oD
?? II
( V ) 2.282022
2D R M
???? UU
查半导体手册，二极管可选用 2A P 4,其最大整流电流为
16m A,最高反向工作电压为 50 V 。为了使用安全，二极管的反
向工作峰值电压要选得比 U
D R M
大一倍左右。
5.1.2 单相桥式整流电路
+
u
1
－
+
u
2
－
D
4
D
3
D
1
D
2
R
L
+
u
o
－
(a ) 原理电路
a
b
+
u
1
－
+
u
2
－
R
L
+
u
o
－
(b) 简化画法
u2为正半周时, a点电位高于 b点电位, 二极管 D1,D3承受
正向电压而导通, D2,D4承受反向电压而截止 。 此时电流
的路径为,a→D 1→ RL→D 3→b 。
a
b
V D
3
+
u
1
－
+
u
2
－
V D
1
R
L
+
u
o
－
⊕
－
a
b
+
u
1
－
+
u
2
－
V D
4
V D
2
R
L
+
u
o
－
⊕
－
u2为负半周时, b点电位高于 a点电位, 二极管 D2,D4承受
正向电压而导通, D1,D3承受反向电压而截止 。 此时电流
的路径为,b→D 2→ RL→D 4→a 。
ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
i
D1
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
i
D2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
u
o
0 π 2 π 3 π 4 π
单相全波整流电压的平均值为：
?
???
?
?
??
?
0
222o
9.0
2
2)(s i n2
1
UUttdUU
流过负载电阻 R
L
的电流平均值为：
L
2
L
o
o
9.0
R
U
R
U
I ??
流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，
即：
L
2
oD
45.0
2
1
R
U
II ??
每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 u
2
的
最大值，即：
22MRM
2 UUU ??
整流变压器副边电压有效值为：
o
o
2
11.1
0.9
U
U
U ??
整流变压器副边电流有效值为：
o
22
2
11.111.1 I
R
U
R
U
I
LL
???
由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。
例,试设计一台输出电压为 24V,输出电流为 lA 的直流电
源，电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式
的变压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。
解,（ 1 ）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有
效值为：
3.53
45.0
24
0, 4 5
o
2
???
U
U
V
整流二极管承受的最高反向电压为：
2.753.5341.12
2RM
???? UU
V
流过整流二极管的平均电流为：
1
oD
?? II
A
因此可选用 2C Z 12 B 整流二极管，其最大整流电流为 3 A,
最高反向工作电压为 200V 。
（ 2 ）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组
电压有效值为：
7.26
9.0
24
0.9
o
2
???
U
U V
整流二极管承受的最高反向电压为：
6.377.2641.12
2RM
???? UU V
流过整流二极管的平均电流为：
5.0
2
1
oD
?? II A
因此可选用四只 2C Z 1 1 A 整流二极管，其最大整
流电流为 1 A,最高反向工作电压为 100V 。
5.1.3 三相桥式整流电路
－
u
2 a
+
a
b
c
VD
1
VD
3
VD
5
VD
6
VD
4
VD
2
－
u
2 b
+
－
u
2 c
+
+
u
o
－
i
o
0～ t1期间, c点电位最高, b点电位最低, VD5和 VD4
导通 。 负载上的电压 uo就是线电压 ucb。 电流通路为：
c→VD 5→ RL→VD 4→b
t1～ t2期间, a点电位最高, b点电位仍然最低, VD1和
VD4导通, 负载电压 uo为线电压 uab,电流通路为：
a→VD 1→ RL→VD 4→b
同理, 在 t2～ t3期间, a点电位最高, c点电位最低,
于是二极管 VD1和 VD6导通, 负载电压 uo为线电压 uac
,电流通路为：
a→VD 1→ RL→VD 6→c
依此类推, 共阴极连接的 3个二极管 VD1,VD3,VD5
在 t1,t3,t5等时刻导通；共阳极连接的 3个二极管
VD2,VD4,VD6在 t2,t4,t6等时刻导通 。 每个二极
管导通 1/3周期 。
u
2
u
2a
u
2b
u
2c
ω t
0
ω t
u
o
u
2a
VD
5
VD
1
VD
1
VD
3
VD
3
VD
5
VD
5
VD
1
VD
1
VD
3
VD
4
VD
4
VD
6
VD
6
VD
2
VD
2
VD
4
VD
4
VD
6
VD
6
二极管
导通次序
t
1
t
2
t
3
t
4
t
5
t
6
t
7
t
8
t
9
0
( a)
( b)
(c )
5.2 滤波电路
整流电路可以将交流电转换为直流电, 但
脉动较大, 在某些应用中如电镀, 蓄电池
充电等可直接使用脉动直流电源 。 但许多
电子设备需要平稳的直流电源 。 这种电源
中的整流电路后面还需加滤波电路将交流
成分滤除, 以得到比较平滑的输出电压 。
滤波通常是利用电容或电感的能量存储功
能来实现的 。
5.2.1 电容滤波电路 ω t
u
2
0 π 2 π 3 π 4 π
ω t
0 π 2 π 3 π 4 π
u
o
+
u
2
－
+
u
o
－
+
u
1
－
D
( a ) 电路 ( b ) 波形
C R L
+
假设电路接通时恰恰在 u
2
由负到正过零的时刻，这时二
极管 D 开始导通，电源 u
2
在向负载 R
L
供电的同时又对电容 C
充电。如果忽略二极管正向压降，电容电压 u
C
紧随输入电压
u
2
按正弦规律上升至 u
2
的最大值。然后 u
2
继续按正弦规律下
降，且 C2
uu ?
，使二极管 D 截止，而电容 C 则对负载电阻
R
L
按指数规律放电。 u
C
降至 u
2
大于 u
C
时，二极管又导通，电
容 C 再次充电……。这样循环下去,u
2
周期性变化，电容 C
周而复始地进行充电和放电，使输出电压脉动减小。电容 C
放电的快慢取决于时间常数 （
CR
L
??
）的大小，时间常数越
大，电容 C 放电越慢，输出电压 u
o
就越平坦，平均值也越
高。
U
o
1.4 U
o
0.9 U
o
0
I
o
单相桥式整流、电容滤波电路的输出特性曲线
如图所示。从图中可见，电容滤波电路的输出
电压在负载变化时波动较大，说明它的带负载
能力较差，只适用于负载较轻且变化不大的场
合。
—般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值。
半波：
2o
UU ?
全波：
2o
2.1 UU ?
为了获得较平滑的输出电压，一般要求
C
R
?
1
)15~10(
L
?,即：
2
)5~3(
L
T
CR ???
式中 T 为交流电压的周期。滤波电容 C 一般选择体积小，容量大的电
解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高
电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。
加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受较大的
冲击电流 （
oC
ii ?
），为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。
单相 半波 整流,电 容滤 波电 路中,二 极管 承受 的反 向电 压 为
2CDR
uuu ??
，当负载开路时，承受的反向电压为最高，为：
2RM
22 UU ?
例,设计一单相桥式整流、电容滤波电路。要求输出电压
48
o
?U V,已知负载电阻 1 0 0
L
?R Ω,交流电源频率为 50H z,试选
择整流二极管和滤波电容器。
解,流过整流二极管的平均电流：
2 4 0A24.0
1 0 0
48
2
1
2
1
2
1
L
o
oD
???????
R
U
II
mA
变压器副边电压有效值：
40
2.1
48
1.2
o
2
???
U
U V
整流二极管承受的最高反向电压：
4.564041.12
2RM
???? UU
V
因此可选择 2C Z 11 B 作整流二极管，其最大整流电流为 1 A,最
高反向工作电压为 200V 。
取
05.0
2
02.0
5
2
5
L
??????
T
CR?
s,则：
500F10500
100
05.0
6
L
?????
?
R
C
?
μ F
5.2.2 电感滤波电路
+
u
1
－
+
u
2
－
R
L
+
u
o
－
L
电感滤波适用于负载电流较大的场合 。 它的缺点是
制做复杂, 体积大, 笨重且存在电磁干扰 。
5.2.3 复合滤波电路
L
C CC
L
CC
R
(a ) L C 滤波电路 (b ) C L C 滤波电路 (c ) C R C 滤波电路
LC,CLCπ型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压
脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重
的电感，构成 CRCπ型滤波电路，同样可以获得脉动很小的
输出电压。但电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只
适用于负载电流较小的场合。
5.3 直流稳压电路
将不稳定的直流电压变换成稳定且可调的
直流电压的电路称为直流稳压电路 。
直流稳压电路按调整器件的工作状态可分
为线性稳压电路和开关稳压电路两大类 。
前者使用起来简单易行, 但转换效率低,
体积大；后者体积小, 转换效率高, 但控
制电路较复杂 。 随着自关断电力电子器件
和电力集成电路的迅速发展, 开关电源已
得到越来越广泛的应用 。
5.3.1 并联型稳压电路
+
U i
－
+
U o
－
R L
D Z
+
U Z
－
R
+ U R －
I o
I Z
I
工作原理：
输入电压 Ui波动时会引起输出
电压 Uo波动 。 如 Ui升高将引起
随之升高, 导致稳压管的电流
IZ急剧增加, 使得电阻 R上的
电流 I和电压 UR迅速增大,
从而使 Uo基本上保持不变。反之，当 Ui减小时,UR相应减小，
仍可保持 Uo基本不变。
当负载电流 Io发生变化引起输出电压 Uo发生变化时，同样会引
起 IZ的相应变化，使得 Uo保持基本稳定。如当 Io增大时,I和 UR
均会随之增大使得 Uo下降，这将导致 IZ急剧减小，使 I仍维持原
有数值保持 UR不变，使得 Uo得到稳定。
+
U
i
－
I
oR
1
R
L
R
a
R
2
R
b
R
4 R
3
R
P
U
B E 2
V
1
V
2
U
B E 1
+
U
o
－
U
Z
+
－
+
－
－
+
+
U
F
－
5.3.2 串联型稳压电路
（ 1） 取样环节 。 由 R1,RP,R2组成的分压电路构成, 它将输出
电压 Uo分出一部分作为取样电压 UF,送到比较放大环节 。
（ 2） 基准电压 。 由稳压二极管 DZ和电阻 R3构成的稳压电路组成
,它为电路提供一个稳定的基准电压 UZ,作为调整, 比较的标
准 。
（ 3） 比较放大环节 。 由 V2和 R4构成的直流放大器组成, 其作用
是将取样电压 UF与基准电压 UZ之差放大后去控制调整管 V1。
（ 4） 调整环节 。 由工作在线性放大区的功率管 Vl组成, Vl的基
极电流 IB1受比较放大电路输出的控制, 它的改变又可使集电极
电流 IC1和集, 射电压 UCEl改变, 从而达到自动调整稳定输出电
压的目的 。
1、电路的组成及各部分的作用
2、电路工作原理
当输入电压 Ui或输出电流 Io变化引起输出电压 Uo增加时，取样电
压 UF相应增大，使 V2管的基极电流 IB2和集电极电流 IC2随之增加，
V2管的集电极电位 UC2下降，因此 Vl管的基极电流 IB1下降，使得
IC1下降,UCE1增加,Uo下降，使 Uo保持基本稳定。
U o ↑→ U F ↑→ I B2 ↑→ I C2 ↑→ U C2 ↓→ I B1 ↓→ U C E 1 ↑
U o ↓
同理, 当 Ui或 Io变化使 Uo降低时, 调整过程相反, UCE1将减小
使 Uo保持基本不变 。
从上述调整过程可以看出, 该电路是依靠电压负反馈来稳定
输出电压的 。
3、电路的输出电压
设 V
2
发射结电压 U
B E 2
可忽略，则：
o
ba
b
ZF
U
RR
R
UU
?
??
或：
Z
U
R
RR
U
b
ba
o
?
?
用电位器 R
P
即可调节输出电压 U
o
的大小，但 U
o
必定大于或等于 U
Z
。
如 UZ=6V,R1=R2=RP=100Ω,则 Ra+Rb=R1+R2+RP=300Ω,Rb
最大为 200Ω,最小为 100Ω。 由此可知输出电压 Uo在 9~18V范
围内连续可调 。
+
U
i
－
I
oR
1
R
L
R
2
R
3
R
P
V
+
U
o
－
U
Z
+
－
+
U
F
－
∞
－
+
+
4、采用集成运算放大器的串联型稳压电路
其电路组成部分、工作原理及输出电压的计算与前
述电路完全相同，唯一不同之处是放大环节采用集
成运算放大器而不是晶体管。
5.3.3 线性集成稳压器
集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作
在一块硅基片上的集成电路, 因而具有体积小, 使用方便
,工作可靠等特点 。
集成稳压器的种类很多, 作为小功率的直流稳压电源, 应
用最为普遍的是 3端式串联型集成稳压器 。 3端式是指稳压
器仅有输入端, 输出端和公共端 3个接线端子 。 如 W78××
和 W79×× 系列稳压器 。 W78×× 系列输出正电压有 5V、
6V,8V,9V,10V,12V,15V,18V,24V等多种, 若要
获得负输出电压选 W79×× 系列即可 。 例如 W7805输出 +5
V电压, W7905则输出－ 5 V电压 。 这类３端稳压器在加装
散热器的情况下, 输出电流可达 1.5～ 2.2A,最高输入电压
为 35V,最小输入, 输出电压差为 2～ 3V,输出电压变化率
为 0.1％ ～ 0.2％ 。
1 3 2
1 —公共端
2 —输出端
3 —输入端
W 7 9 ××
1 3 2
1 —输入端
2 —输出端
3 —公共端
W 7 8 ××
1、外形和管脚排列
2、典型应用电路
W 7 8 ××
C 1
C 2
+
U i
－
+
U o
－
1 2
3
W 7 9 ××
C 1
C 2
－
U i
+
－
U o
+
3 2
1
（ 1）基本电路。
（ 2）提高输出电压的电路。
W 78 ××
C 1 C 2
+
U i
－
+
U o
－
1 2
3
+
U Z
－
D Z
+
U
××
－
R
输出电压 Uo=U×× +UZ
W 78 ××
C 1 C
2
+
U i
－
+
U o
－
1
2
3
R
I R
I C
I B
I 1
I 3
I 2
I o
（ 3）扩大输出电流的电路。
图中 I
3
为稳压器公共端电流，其值很小，可以忽略不计，所以
21
II ?,则可得：
R
U
IIIIIIIII
BE
2R12B2C2o
)1()( ???? ??????????
式中 β 为三极管的电流放大系数。设
10??
,3.0BE ??U V,
5.0?R Ω, 12 ?I A,则可计算出 5o ?I A,可见 I
o
比 I
2
扩大了。
电阻 R 的作用是使功率管在输出电流较大时才能导通。
（ 4）能同时输出正、负电压的电路。
W 7 8 15
1 2
3
W 7 9 15
3 2
1
24V
24V
+
+
+ 1 5 V
－ 15 V
220 V
1000 μ F
1000 μ F
0,3 3 μ F
0,3 3 μ F
1 μ F
1 μ F
5.3.4 开关稳压电源
1,开关型稳压电路的特点和分类
（ 1） 效率高 。 （ 2） 体积小, 重量轻 。 （ 3） 对电
网电压的要求不高 。 （ 4） 调整管的控制电路比较
复杂 。 （ 5） 输出电压中纹波和噪声成分较大 。
特
点
分
类
按控制的方式分, 有脉冲宽度调制型 （ PWM）,
脉冲频率调制型 （ PFM） 和混合调制型 3种 。 按是
否使用工频变压器来分, 有低压开关稳压电路和
高压开关稳压电路两种 。 按激励的方式分, 有自
激式和他激式；按所用开关调整管的种类分, 有
双极型三极管, MOS场效应管和可控硅开关电路
等 。
2．开关型稳压电路的组成和工作原理
组
成
开关调整管 滤波电路
采
样
电
路
脉冲调制
比较放大
基准电压
+
U
i
－
+
U
o
－
工
作
原
理
开关调整管 滤波电路
采样电路
脉宽调制 比较放大
基准
电压
+
U
i
－
∞
－
+
Δ
+
∞
+
－
Δ
+
振荡器
C
+
R
1
R
2
+
U
o
－
R
L
L
VD
u
B
u
A
A
u
t
U
R
u
E
i
E
V
u
F
当 ut>uA时, 比较器输出高电平, uB=+UOM
当 ut<uA时, 比较器输出低电平, uB=－ UOM
故调整管 V的基极电压 uB成为高, 低电平交替的脉冲波形 。
uB为高电平时, 调整管饱和导电, 此时发射极电流 iE流过电感和
负载电阻, 一方面向负载提供输出电压, 同时将能量储存在电感
的磁场中 。 由于三极管 V饱和导通, 因此其发射极电位 uE为：
uE= Ui－ UCES
上式中 Ui为直流输入电压, UCES为三极管的饱和管压降 。 uE的极
性为上正下负, 故二极管 VD被反向偏置, 不能导通, 此时二极
管不起作用 。
当 uB为低电平时, 调整管截止, 。 但电感具有维持流过电流不变
的特性, 此时将储存的能量释放出来, 在电感上产生的反电势使
电流通过负载和二极管继续流通, 因此, 二极管 VD称为续流二
极管 。 此时调整管发射极的电位 uE为：
uE= － UD
式中 UD为二极管的正向导通电压 。
可见调整管处于开关工作状态, 它的发射极电位 uE也是高, 低电
平交替的脉冲波形 。 但是, 经过 LC滤波电路以后, 在负载上可以
得到比较平滑的输出电压 uo。
t
0
u
A
u
t
t
0
u
B
0
u
E
t
t
u
o
U
o
0
+ U
OM
－ U
OM
T
1
T
T
2
U
i
－ U
C E S
－ U
D
