第 18章 直流稳压电源
小功率直流稳压电源的组成
功能,把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
u4 uou3u2u1
交流电源 负载
变压 整流 滤波 稳压
§ 18.1 整流电路
整流电路的作用,
将交流电压转变为脉动的直流电压。
常见的整流电路：
半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流
等。
分析时可把二极管当作理想元件处理：
二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
整流原理：
利用二极管的单向导电性
t ?
uD
O
18.1.1 单相半波整流电路
2,工作原理
u 正半周,Va>Vb，
二极管 D导通；
3,工作波形
u 负半周,Va< Vb，
二极管 D 截止 。
1,电路结构
–
+ +
–
aTr D
uou
b
RL
io
u
?tO
uo
O
t ?
U2
U2
U2?
4,参数计算
(1) 整流电压平均值 Uo
(2) 整流电流平均值 Io
LL R
U
R
UI 45.0o
o ??
(3) 流过每管电流平均值 ID
oD II ?
(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM UU 2
D R M ?
(5) 变压器副边电流有效值 I
o
π
ο 57.1 d) s i n(π2
1 2
m IttII ?? ? ??
) d( s i n2π2 1 πο ttU ???? U0.45?oU
5,整流二极管的选择
平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择
整流二极管的主要依据。
选管时应满足：
IOM ?ID, URWM ? UDRM
18.1.2 单相桥式整流电路
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
1、电路组成 （ 由四个二极管组成桥路）
RLD1
D3
D2
D4
u2 uou2 uo
其它画法：
+
–
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
（ 1）,u2正半周时电流通路
D1, D4导通,D2,D3截止
2,电路 工作过程
-
+
u0
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
b,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
3、单相桥式整流电路输出波形
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
4、整流电路的主要参数
负载电压 Uo的平均值为,
( )?0.9Ｕ ２?? π oo tdu
πU
2
02
1 ?
负载上的 (平均 )电流,
L
o R
UI o?
(a)整流输出电压的平均值
uo
? 2?0
?t
例 1,单相桥式整流电路，已知交流电网电压为
220 V，负载电阻 RL = 50?，负载电压 Uo=100V，
试求变压器的变比和容量，并选择二极管。
81122220,K ??变比
I = 1.11 Io= 2 ? 1.11 = 2,2 A
变压器副边电流有效值
变压器容量 S = U２ I = 122 ? 2.2 = 207,8 V A
变压器副边电压 U２ ? 122 V
A1D ?IV 172D R M ?U
可选用二极管 2CZ11C，其最大整流电流为 1A，
反向工作峰值电压为 300V。
例 2,试分析图示桥式整流电路中的二极管 D2 或 D4
断开时负载电压的波形。 如果 D2 或 D4 接反，后果如
何？ 如果 D2 或 D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？
uo+_~ u
+
_２ RL
D2
D4
D1
D3
解,当 D2或 D4断开后
电路为单相半波整流电路。正半周时,D1和 D3导
通，负载中有电流 过，负载电压 uo=u２ ；负半周时，
D1和 D3截止，负载中无电流通 过，负载两端无电压，
uo =0。
uo
u
π 2π 3π 4π
t?
t?π 2π 3π
4π
o
o
如果 D2或 D4接反
则正半周时，二极管 D1,D4或 D2,D3导通，电流
经 D1,D4或 D2,D3而造成电源短路，电流很大，因
此变压器及 D1,D4或 D2,D3将被烧坏。
如果 D2或 D4因击穿烧坏而短路
则正半周时，情况与 D2或 D4接反类似，电源及 D1
或 D3也将因电流过大而烧坏。
uo+_~ u
+
_２ RL
D2
D4
D1
D3
1８,2 滤波器
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，
其中既有直流成份又有交流成份。
滤波原理,滤波电路利用储能元件电容两端的电
压 (或通过电感中的电流 )不能突变的特性,滤掉整流
电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达
到平滑输出电压波形的目的。
方法,将电容与负载 RL并联 (或将电感与负载 RL串
联 )。
1８,2.1 电容滤波器
1,电路结构
2,工作原理
u >uC时，二极管导通,电源在给负载 RL供电的
同时也给电容充电,uC增加,uo= uC 。
u <uC时，二极管截止，电容通过负载 RL放电,uC
按指数规律下降,uo= uC 。
+
C
ic
i
–
+ +
–
a D
uoU２
b
RL
io
= uC
3,工作波形
二极管承受的最高反向电压为 。 2D R M 22 UU ?
uo
U2
U2
u
?tO
?tO
4,电容滤波电路的特点
25)(3L
TCRτ ???一般取 (T — 电源电压的周期 )
(1) 输出电压的脉动程度与平均值 Uo与放电时间
常数 RLC有关。
RLC 越大 ? 电容器放电越慢
? 输出电压的平均值 Uo 越大，波形越平滑。
近似估算取,Uo = 1,2 U２ ( 桥式、全波）
Uo = 1,0 U２ （ 半波）
当负载 RL 开路时,UO?
22U
为了得到比较平直的输出电压
(2) 外特性曲线
有电容 滤波1.4U
无电容滤波
0.45U
Uo
o IO
结论 采用电容滤波时，输出电
压受负载变化影响较大，即
带负载能力较差。
因此电容滤波适合于要求
输出电压较高、负载电流较
小且负载变化较小的场合。
(3) 流过二极管的瞬时电流很大
选管时一般取：
IOM =2 ID
RLC 越大 ?Ｕ O越高,IO 越
大 ?整流二极管导通时间越短
? iD 的峰值电流越大。 i
D
?t
uo
U2
?tO
O
例,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频
率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200?，要求直流输出电
压 Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
流过二极管的电流
二极管承受的最高反向电压
V 352522 2D R M ???? UU
变压器副边电压的有效值
A0 7 50
2 0 0
30
2
1
2
1
2
1
L
O
OD,R
UII ??????
u２ RL uo
+ +
– –
~ +C解,1,选择整流二极管
2 5 V1, 230 2.1 O2 ??? UU
可选用二极管 2CP11
IOM =100mA UDRM =50V
例,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频
率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200?，要求直流输出电
压 Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
取 RLC = 5 ? T/2
已知 RL = 50?
S 05.025015L ???CR
u２ RL uo
+ +
– –
~ +C解,2,选择滤波电容器
F2 5 0F102 5 02 0 00, 0 5 050 6
L
?????? ?R.C
可选用 C=250?F，耐压为 50V的极性电容器
1８,2.2 电感电容滤波器
1,电路结构 L
u R
L uo
+ +
– –
~ +C
2,滤波原理
对直流分量, XL=0, L相当于短路,电压大部分降
在 RL上。对谐波分量, f 越高,XL越大,电压大部分
降在 L上。 因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。
当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感
电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。
LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小
的场合，用于高频时更为合适。
1８,2.3 ? 形 滤波器
?形 LC 滤波器
滤波效果比
LC滤波器更好，
但二极管的冲
击电流较大。
比 ? 形 LC
滤波器的体积
小、成本低。
L
u２ RL uo
+ +
–
~ +C
2
+
C1
?形 RC 滤波器 R
u２ RL uo
+ +
– –
~ +C
2
+C
1
R 愈大,C2愈大,滤波效果愈好。但 R 大将使直
流压降增加,主要适用于负载电流较小而又要求输
出电压脉动很小的场合。
§ 1８,3 直流稳压电源
稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的
输出电压的一种电子设备。
稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负
载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻
抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。
其内阻越小，稳压性能越好。
稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可
以是一个独立的电子部件。
1８,3.1 稳压管稳压电路
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
RL?(IO?)? IR ?
设 UI一定，负载 RL变化
UO 基本不变 ? IR (IRR) 基本不变
? UO (UZ ) ?? IZ?
?
1,电路 IOIR
2,工作原理
+
–
UI RL+C UO
+
–
+
–
U２
R
DZ
Iz
限流调压
稳压电路
1８,3.２ 稳压管稳压电路
2,工作原理
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
UI??UZ ?
设负载 RL一定,UI 变化
UO 基本不变 ? IRR ?
? IZ ? ? IR ?
?
1,电路 IO
UO
IR
+
–
UI RL+C
+
–
+
–
U２
R
DZ
Iz
ZMO
OIM
m i n IIR
UU ???
3,参数的选择
(1) UZ = UO
(2) IZM= (1.5 ~ 3) ICM
(3) UI = (2 ~ 3) UO(4)
R
II
UU ?
?
?
o m i nZM
OIM
OMZ
OI m i n
II
UU
?
??
为保证稳压
管安全工作
ZIIR
UU ???
OM
OI mi n
为保证稳压
管正常工作
适用于输出电压
固定、输出电流大、
且负载变动不大的场
合。
1８,3.2 恒压源
由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。
UZ
RF
R2
R1
+
–
+ +
?–?
RL
+
–
UZ
R
DZ
+U
UO
RF
R2
R1
+ +
?–?
+
–RL
R
DZ +
–
UZ
+U
反相输入恒压源 同相输入恒压源
Z
F
O
1
URRU ??
Z
F
O )(1
1
URRU ??
改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。
Ui
T
R2UZ
RL UO
?
+
–
R3+ +
–
–
+
UB
+
– DZ
+
–
Uf
+
–
R1
1R?
1R?
1８,3.3 串联型稳压电路
1,电路结构
串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电
路和调整元件四部分组成。
调整
元件
比较
放大
基准
电压
取样
电路
当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电
压 UO升高时，有如下稳压过程：
2,稳压过程
O21
21
f URR
RRUU
?
?????
?
ZUU ??
由电路图可知
)( fZuoB UUAU ??
UO? Uf ? UB ?
UO?
IC ? UCE ?
由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳
压电路。
UI
T
R2UZ
RL UO
?
+
–
R3+ +
–
–
+
UB
+
– DZ
+
–
Uf
+
–
R1
1R?
1R?
3,输出电压及调节范围
Z
21
1
BO
)(1 U
RR
R
UU
???
?
??
?
输出电压
Ui
T
R2UZ
RL UO
?
+
–
R3+ +
–
–
+
UB
+
– DZ
+
–
Uf
+
–
R1
1R?
1R?
小功率直流稳压电源的组成
功能,把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
u4 uou3u2u1
交流电源 负载
变压 整流 滤波 稳压
§ 18.1 整流电路
整流电路的作用,
将交流电压转变为脉动的直流电压。
常见的整流电路：
半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流
等。
分析时可把二极管当作理想元件处理：
二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
整流原理：
利用二极管的单向导电性
t ?
uD
O
18.1.1 单相半波整流电路
2,工作原理
u 正半周,Va>Vb，
二极管 D导通；
3,工作波形
u 负半周,Va< Vb，
二极管 D 截止 。
1,电路结构
–
+ +
–
aTr D
uou
b
RL
io
u
?tO
uo
O
t ?
U2
U2
U2?
4,参数计算
(1) 整流电压平均值 Uo
(2) 整流电流平均值 Io
LL R
U
R
UI 45.0o
o ??
(3) 流过每管电流平均值 ID
oD II ?
(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM UU 2
D R M ?
(5) 变压器副边电流有效值 I
o
π
ο 57.1 d) s i n(π2
1 2
m IttII ?? ? ??
) d( s i n2π2 1 πο ttU ???? U0.45?oU
5,整流二极管的选择
平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择
整流二极管的主要依据。
选管时应满足：
IOM ?ID, URWM ? UDRM
18.1.2 单相桥式整流电路
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
1、电路组成 （ 由四个二极管组成桥路）
RLD1
D3
D2
D4
u2 uou2 uo
其它画法：
+
–
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
uo
（ 1）,u2正半周时电流通路
D1, D4导通,D2,D3截止
2,电路 工作过程
-
+
u0
u1 u2
T
D3
D2
D1
D4
RL
b,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
3、单相桥式整流电路输出波形
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
4、整流电路的主要参数
负载电压 Uo的平均值为,
( )?0.9Ｕ ２?? π oo tdu
πU
2
02
1 ?
负载上的 (平均 )电流,
L
o R
UI o?
(a)整流输出电压的平均值
uo
? 2?0
?t
例 1,单相桥式整流电路，已知交流电网电压为
220 V，负载电阻 RL = 50?，负载电压 Uo=100V，
试求变压器的变比和容量，并选择二极管。
81122220,K ??变比
I = 1.11 Io= 2 ? 1.11 = 2,2 A
变压器副边电流有效值
变压器容量 S = U２ I = 122 ? 2.2 = 207,8 V A
变压器副边电压 U２ ? 122 V
A1D ?IV 172D R M ?U
可选用二极管 2CZ11C，其最大整流电流为 1A，
反向工作峰值电压为 300V。
例 2,试分析图示桥式整流电路中的二极管 D2 或 D4
断开时负载电压的波形。 如果 D2 或 D4 接反，后果如
何？ 如果 D2 或 D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？
uo+_~ u
+
_２ RL
D2
D4
D1
D3
解,当 D2或 D4断开后
电路为单相半波整流电路。正半周时,D1和 D3导
通，负载中有电流 过，负载电压 uo=u２ ；负半周时，
D1和 D3截止，负载中无电流通 过，负载两端无电压，
uo =0。
uo
u
π 2π 3π 4π
t?
t?π 2π 3π
4π
o
o
如果 D2或 D4接反
则正半周时，二极管 D1,D4或 D2,D3导通，电流
经 D1,D4或 D2,D3而造成电源短路，电流很大，因
此变压器及 D1,D4或 D2,D3将被烧坏。
如果 D2或 D4因击穿烧坏而短路
则正半周时，情况与 D2或 D4接反类似，电源及 D1
或 D3也将因电流过大而烧坏。
uo+_~ u
+
_２ RL
D2
D4
D1
D3
1８,2 滤波器
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，
其中既有直流成份又有交流成份。
滤波原理,滤波电路利用储能元件电容两端的电
压 (或通过电感中的电流 )不能突变的特性,滤掉整流
电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达
到平滑输出电压波形的目的。
方法,将电容与负载 RL并联 (或将电感与负载 RL串
联 )。
1８,2.1 电容滤波器
1,电路结构
2,工作原理
u >uC时，二极管导通,电源在给负载 RL供电的
同时也给电容充电,uC增加,uo= uC 。
u <uC时，二极管截止，电容通过负载 RL放电,uC
按指数规律下降,uo= uC 。
+
C
ic
i
–
+ +
–
a D
uoU２
b
RL
io
= uC
3,工作波形
二极管承受的最高反向电压为 。 2D R M 22 UU ?
uo
U2
U2
u
?tO
?tO
4,电容滤波电路的特点
25)(3L
TCRτ ???一般取 (T — 电源电压的周期 )
(1) 输出电压的脉动程度与平均值 Uo与放电时间
常数 RLC有关。
RLC 越大 ? 电容器放电越慢
? 输出电压的平均值 Uo 越大，波形越平滑。
近似估算取,Uo = 1,2 U２ ( 桥式、全波）
Uo = 1,0 U２ （ 半波）
当负载 RL 开路时,UO?
22U
为了得到比较平直的输出电压
(2) 外特性曲线
有电容 滤波1.4U
无电容滤波
0.45U
Uo
o IO
结论 采用电容滤波时，输出电
压受负载变化影响较大，即
带负载能力较差。
因此电容滤波适合于要求
输出电压较高、负载电流较
小且负载变化较小的场合。
(3) 流过二极管的瞬时电流很大
选管时一般取：
IOM =2 ID
RLC 越大 ?Ｕ O越高,IO 越
大 ?整流二极管导通时间越短
? iD 的峰值电流越大。 i
D
?t
uo
U2
?tO
O
例,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频
率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200?，要求直流输出电
压 Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
流过二极管的电流
二极管承受的最高反向电压
V 352522 2D R M ???? UU
变压器副边电压的有效值
A0 7 50
2 0 0
30
2
1
2
1
2
1
L
O
OD,R
UII ??????
u２ RL uo
+ +
– –
~ +C解,1,选择整流二极管
2 5 V1, 230 2.1 O2 ??? UU
可选用二极管 2CP11
IOM =100mA UDRM =50V
例,有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频
率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200?，要求直流输出电
压 Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
取 RLC = 5 ? T/2
已知 RL = 50?
S 05.025015L ???CR
u２ RL uo
+ +
– –
~ +C解,2,选择滤波电容器
F2 5 0F102 5 02 0 00, 0 5 050 6
L
?????? ?R.C
可选用 C=250?F，耐压为 50V的极性电容器
1８,2.2 电感电容滤波器
1,电路结构 L
u R
L uo
+ +
– –
~ +C
2,滤波原理
对直流分量, XL=0, L相当于短路,电压大部分降
在 RL上。对谐波分量, f 越高,XL越大,电压大部分
降在 L上。 因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。
当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感
电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。
LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小
的场合，用于高频时更为合适。
1８,2.3 ? 形 滤波器
?形 LC 滤波器
滤波效果比
LC滤波器更好，
但二极管的冲
击电流较大。
比 ? 形 LC
滤波器的体积
小、成本低。
L
u２ RL uo
+ +
–
~ +C
2
+
C1
?形 RC 滤波器 R
u２ RL uo
+ +
– –
~ +C
2
+C
1
R 愈大,C2愈大,滤波效果愈好。但 R 大将使直
流压降增加,主要适用于负载电流较小而又要求输
出电压脉动很小的场合。
§ 1８,3 直流稳压电源
稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的
输出电压的一种电子设备。
稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负
载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻
抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。
其内阻越小，稳压性能越好。
稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可
以是一个独立的电子部件。
1８,3.1 稳压管稳压电路
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
RL?(IO?)? IR ?
设 UI一定，负载 RL变化
UO 基本不变 ? IR (IRR) 基本不变
? UO (UZ ) ?? IZ?
?
1,电路 IOIR
2,工作原理
+
–
UI RL+C UO
+
–
+
–
U２
R
DZ
Iz
限流调压
稳压电路
1８,3.２ 稳压管稳压电路
2,工作原理
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
UI??UZ ?
设负载 RL一定,UI 变化
UO 基本不变 ? IRR ?
? IZ ? ? IR ?
?
1,电路 IO
UO
IR
+
–
UI RL+C
+
–
+
–
U２
R
DZ
Iz
ZMO
OIM
m i n IIR
UU ???
3,参数的选择
(1) UZ = UO
(2) IZM= (1.5 ~ 3) ICM
(3) UI = (2 ~ 3) UO(4)
R
II
UU ?
?
?
o m i nZM
OIM
OMZ
OI m i n
II
UU
?
??
为保证稳压
管安全工作
ZIIR
UU ???
OM
OI mi n
为保证稳压
管正常工作
适用于输出电压
固定、输出电流大、
且负载变动不大的场
合。
1８,3.2 恒压源
由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。
UZ
RF
R2
R1
+
–
+ +
?–?
RL
+
–
UZ
R
DZ
+U
UO
RF
R2
R1
+ +
?–?
+
–RL
R
DZ +
–
UZ
+U
反相输入恒压源 同相输入恒压源
Z
F
O
1
URRU ??
Z
F
O )(1
1
URRU ??
改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。
Ui
T
R2UZ
RL UO
?
+
–
R3+ +
–
–
+
UB
+
– DZ
+
–
Uf
+
–
R1
1R?
1R?
1８,3.3 串联型稳压电路
1,电路结构
串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电
路和调整元件四部分组成。
调整
元件
比较
放大
基准
电压
取样
电路
当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电
压 UO升高时，有如下稳压过程：
2,稳压过程
O21
21
f URR
RRUU
?
?????
?
ZUU ??
由电路图可知
)( fZuoB UUAU ??
UO? Uf ? UB ?
UO?
IC ? UCE ?
由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳
压电路。
UI
T
R2UZ
RL UO
?
+
–
R3+ +
–
–
+
UB
+
– DZ
+
–
Uf
+
–
R1
1R?
1R?
3,输出电压及调节范围
Z
21
1
BO
)(1 U
RR
R
UU
???
?
??
?
输出电压
Ui
T
R2UZ
RL UO
?
+
–
R3+ +
–
–
+
UB
+
– DZ
+
–
Uf
+
–
R1
1R?
1R?
