第 5章机械工业出版社同名教材配套电子教案第 5章 直流稳压电源电路直流稳压电源组成框图：
图 5-1 直流稳压电源组成框图
5.1 整流电路
5.1.1 半波整流
⒈ 工作原理
u2正半周,VD正偏导通； u2负半周,VD反偏截止。
图 5-2 半波整流电路
a）电路 b）输入输出电压波形
⒉ 电压电流计算
5.1.2 全波整流全波整流相当于二个半波整流电路。
⒈ 工作原理
u2正半周,VD1导通,VD2截止；
u2负半周,VD1截止,VD2导通。
图 5-3 全波整流电路
a）电路 b）输入输出电压波形
⒉ 电压电流计算
u2负半周,VD2,VD4导通,VD1,VD3截止（电流实际流向如虚线所示）。
5.1.3 桥式整流
⒈ 工作原理
4个二极管分成二组，轮流导通：
u2正半周,VD1,VD3导通,VD2,VD4截止（电流实际流向如实线所示）；
输出波形,UO,IO,ID、脉动系数 S与全波整流时相同，
但二极管承受的最大反向电压为
⒉ 电压电流计算
【 例 5-1】 已知桥式整流电路，分析下列情况下电路正负半周工作状态：
⑴ VD1反接；
⑵ VD1短路；
⑶ VD1开路；
⑷ VD1,VD2均反接；
⑸ VD1,VD2,VD3均反接；
⑹ VD1～ VD4均反接。
解：⑴ VD1反接
u2正半周时，无输出电流,uO =0；
u2负半周时,u2短路，变压器原付边线圈均流过很大电流。
轻则 VD1,VD2和变压器温度大大上升，发烫；
重则 VD1,VD2击穿，变压器烧毁损坏。
⑵ VD1短路
u2正半周时，正常工作；
u2负半周时，同 VD1反接情况。
⑶ VD1开路
u2正半周时，无输出电流,uO =0；
u2负半周，正常工作。
整个电路相当于半波整流,uO = 0.45 U2。
⑷ VD1,VD2均反接,电路正负半周均截止，无输出电流，
uO = 0。
⑸ VD1,VD2,VD3均反接,与情况（ 1）状态相似。
⑹ VD1～ VD4均反接,正负半周均能整流工作，输出电压极性相反。
5.2 滤波电路利用电感电容对不同频率的交流信号呈现不同阻抗的特点，可以滤去大部分脉动成分。
⒈ 工作原理图 5-5 电容滤波图 5-6 单相桥式整流电容滤波电路
a) u2,uO,uC波形 b) 二极管电流 iD的波形
⒉ 电容滤波输出电压平均值电容滤波输出电压平均值一般很难精确计算，主要取决于放电时间常数 τd=RLC。
RL→∞ （开路）时，
C→0 时，桥式整流,UO=0.9U2。
一般来说，满足 RLC≥（ 3～ 5） 时,
UO = 1.2 U2 （桥式整流）
UO = 1.0 U2 （半波整流）
可用下式估算：
图 5-7 RLC对 uO的影响
② 由于整流二极管导通角较小，导通时电流很大。
⒊ 电容滤波的特点
⑴ 电路简单、轻便。
⑵ 输出电压平均值升高（原因是电容储能）。
⑶ 外特性较差（即输出电压平均值随负载电流增大而很快下降，带负载能力差）。
⑷ 对整流二极管有很大的冲击电流，选管参数要求较高。
冲击电流主要体现在以下两个方面：
① 若电容初始电压为 0，开机瞬间，相当于短路，整流二极管会流过很大的电流；
电容滤波 适用于负载电流变化不大的场合 。
图 5-8 例 5-2 uO波形
【 例 5-2】 已知电路如图 5-5所示，
U2=12V,f =50Hz,RL=100Ω，试求下列情况下输出电压平均值 uO。
⑴ 正常工作，并求滤波电容容量；
⑵ RL开路；
⑶ C开路；
⑷ VD2开路；
⑸ VD2,C同时开路；
⑹ 分别定性画出⑴、⑵、⑶、⑷、
⑸题 UO波形。
解：⑴ 正常工作,UO1= 1.2U2 =1.2× 12=14.4V
最小电容量,C=(3～ 5) =(3～ 5) =300～ 500μF
× 12=17.0V⑵ 若 RL开路,UO2= U2 =
⑶ 若 C开路,UO3= 0.9U2 =0.9× 12=10.8V
⑷ 若 VD2开路，相当于半波整流,UO4= 1.0U2 =12V
⑸ 若 VD2,C同时开路,UO5= 0.45U2 =5.4V
⑹ 分别定性画出⑴、⑵、⑶、⑷、⑸题 uO波形如图 5-8所示。
5.3 硅稳压管稳压电路
⒈ 电路和工作原理图 5-9 稳压管稳压电路⑴ 输入电压 UI变化
⑵ 负载 RL变化（输出电流 IL变化）
⒉ 元件选择
⑵ 限流电阻 R越大，电压调节作用越明显。但是 R大小受到其他参数的限制，一般可按下列式求取：
⑴ 稳压管动态电阻 rZ越小，电流调节作用越明显；
适用于负载电流较小，且变化不大的场合。
⒊ 适用场合
⒈ 电路组成
5.4 线性串联型稳压电路
5.4.1 线性串联型稳压电路概述图 5-10 串联型稳压电路
③ 比较放大 由 V2,R4组成比较放大电路，将基准电压和取样电压比较并放大；
4个组成部分：
① 基准 由 R3,VS组成稳压管稳压电路，提供基准电压；
② 取样 由 R1,R2组成输出电压分压取样电路；
④ 调整 V1为调整管，根据比较放大的信号控制和调整输出电压。
属电压串联负反馈电路，电压负反馈，能稳定输出电压。
⒉ 工作原理
⒊ 输出电压
② 按输出电压高低（以 78系列为例）可分为 7805,7806、
7808,7809,7812,7815,7818,7824V（末 2位数字为输出电压值）；
① 78系列输出正电压，引脚 1,2,3依次为输入端、公共端和输出端；
5.3.2 三端集成稳压器
⒈ 输出电压固定的集成稳压器 78/79系列
⑴ 分类
79系列输出负电压，引脚 1,2,3依次为公共端、输入端和输出端。
③ 按输出电流大小可分 78L（ 0.1A）,78M（ 0.5A）,78
（ 1.5A）,78T（ 3A）,78H（ 5A）,78P（ 10A）系列。
⑵ 典型应用电路图 5-13 78系列集成稳压器典型应用电路
⒉ 输出电压可调的集成稳压器 LM317/337
引脚 1,2,3依次为调整端（ Adjust）、输出端和输入端。
⑴ 317输出正电压,337输出负电压。
特点：① UREF =1.25V；
② IADJ ＜ 50μA。
⑶ 工作原理
⑵ LM317典型应用电路图 5-15 LM317典型应用电路
5.5 开关型直流稳压电路
⒈ 工作原理
⑴ 电路图 5-17 开关型稳压电路示意图
⑵ UI,UD,UO波形图 5-18 开关型稳压电路 UI,UD,UO波形
⑶ 输出电压：
⑷ LC滤波器图 5-19 滤波器工作示意图
a）充电阶段 b）放电阶段串联型属降压型变换，并联型属升压型变换。
⒉ 开关型稳压电路分类
⑴ 串联型和并联型图 5-20 并联型开关稳压电路原理图
a）电路组成 b） L充电 c） L放电频率调制型
（ PFM）,ton不变，
改变 T（频率），从而改变占空比 q，改变输出电压 UO。
⑵ 脉宽调制型和频率调制型脉宽调制型（ PWM）：
T不变，改变 ton，从而改变占空比 q，改变输出电压 UO。
图 5-21 开关电源调制型式
a） PWM b） PFM
反激式：在开关元件截止时传递能量。
⑶ 正激式和反激式正激式：在开关元件导通时传递能量；
图 5-22 正激式和反激式开关电源
a）正激式 b）反激式与串联型线性电源相比，开关电源的主要优点是效率高；调整管功耗低，不需要较大的散热器；用轻量的高频变压器替代笨重的工频变压器，体小量轻。
⒊ 开关电源中的开关元件开关元件是关键元件，要求高频，大电流，通态电压低，驱动控制简单等，目前常用 MOSFET,VMOS和
IGBT，小功率开关电源也使用双极型晶体管，其中以
IGBT最为理想。
⒋ 开关电源与线性电源性能比较表 5-1 开关电源与线性电源性能比较
图 5-1 直流稳压电源组成框图
5.1 整流电路
5.1.1 半波整流
⒈ 工作原理
u2正半周,VD正偏导通； u2负半周,VD反偏截止。
图 5-2 半波整流电路
a）电路 b）输入输出电压波形
⒉ 电压电流计算
5.1.2 全波整流全波整流相当于二个半波整流电路。
⒈ 工作原理
u2正半周,VD1导通,VD2截止；
u2负半周,VD1截止,VD2导通。
图 5-3 全波整流电路
a）电路 b）输入输出电压波形
⒉ 电压电流计算
u2负半周,VD2,VD4导通,VD1,VD3截止（电流实际流向如虚线所示）。
5.1.3 桥式整流
⒈ 工作原理
4个二极管分成二组，轮流导通：
u2正半周,VD1,VD3导通,VD2,VD4截止（电流实际流向如实线所示）；
输出波形,UO,IO,ID、脉动系数 S与全波整流时相同，
但二极管承受的最大反向电压为
⒉ 电压电流计算
【 例 5-1】 已知桥式整流电路，分析下列情况下电路正负半周工作状态：
⑴ VD1反接；
⑵ VD1短路；
⑶ VD1开路；
⑷ VD1,VD2均反接；
⑸ VD1,VD2,VD3均反接；
⑹ VD1～ VD4均反接。
解：⑴ VD1反接
u2正半周时，无输出电流,uO =0；
u2负半周时,u2短路，变压器原付边线圈均流过很大电流。
轻则 VD1,VD2和变压器温度大大上升，发烫；
重则 VD1,VD2击穿，变压器烧毁损坏。
⑵ VD1短路
u2正半周时，正常工作；
u2负半周时，同 VD1反接情况。
⑶ VD1开路
u2正半周时，无输出电流,uO =0；
u2负半周，正常工作。
整个电路相当于半波整流,uO = 0.45 U2。
⑷ VD1,VD2均反接,电路正负半周均截止，无输出电流，
uO = 0。
⑸ VD1,VD2,VD3均反接,与情况（ 1）状态相似。
⑹ VD1～ VD4均反接,正负半周均能整流工作，输出电压极性相反。
5.2 滤波电路利用电感电容对不同频率的交流信号呈现不同阻抗的特点，可以滤去大部分脉动成分。
⒈ 工作原理图 5-5 电容滤波图 5-6 单相桥式整流电容滤波电路
a) u2,uO,uC波形 b) 二极管电流 iD的波形
⒉ 电容滤波输出电压平均值电容滤波输出电压平均值一般很难精确计算，主要取决于放电时间常数 τd=RLC。
RL→∞ （开路）时，
C→0 时，桥式整流,UO=0.9U2。
一般来说，满足 RLC≥（ 3～ 5） 时,
UO = 1.2 U2 （桥式整流）
UO = 1.0 U2 （半波整流）
可用下式估算：
图 5-7 RLC对 uO的影响
② 由于整流二极管导通角较小，导通时电流很大。
⒊ 电容滤波的特点
⑴ 电路简单、轻便。
⑵ 输出电压平均值升高（原因是电容储能）。
⑶ 外特性较差（即输出电压平均值随负载电流增大而很快下降，带负载能力差）。
⑷ 对整流二极管有很大的冲击电流，选管参数要求较高。
冲击电流主要体现在以下两个方面：
① 若电容初始电压为 0，开机瞬间，相当于短路，整流二极管会流过很大的电流；
电容滤波 适用于负载电流变化不大的场合 。
图 5-8 例 5-2 uO波形
【 例 5-2】 已知电路如图 5-5所示，
U2=12V,f =50Hz,RL=100Ω，试求下列情况下输出电压平均值 uO。
⑴ 正常工作，并求滤波电容容量；
⑵ RL开路；
⑶ C开路；
⑷ VD2开路；
⑸ VD2,C同时开路；
⑹ 分别定性画出⑴、⑵、⑶、⑷、
⑸题 UO波形。
解：⑴ 正常工作,UO1= 1.2U2 =1.2× 12=14.4V
最小电容量,C=(3～ 5) =(3～ 5) =300～ 500μF
× 12=17.0V⑵ 若 RL开路,UO2= U2 =
⑶ 若 C开路,UO3= 0.9U2 =0.9× 12=10.8V
⑷ 若 VD2开路，相当于半波整流,UO4= 1.0U2 =12V
⑸ 若 VD2,C同时开路,UO5= 0.45U2 =5.4V
⑹ 分别定性画出⑴、⑵、⑶、⑷、⑸题 uO波形如图 5-8所示。
5.3 硅稳压管稳压电路
⒈ 电路和工作原理图 5-9 稳压管稳压电路⑴ 输入电压 UI变化
⑵ 负载 RL变化（输出电流 IL变化）
⒉ 元件选择
⑵ 限流电阻 R越大，电压调节作用越明显。但是 R大小受到其他参数的限制，一般可按下列式求取：
⑴ 稳压管动态电阻 rZ越小，电流调节作用越明显；
适用于负载电流较小，且变化不大的场合。
⒊ 适用场合
⒈ 电路组成
5.4 线性串联型稳压电路
5.4.1 线性串联型稳压电路概述图 5-10 串联型稳压电路
③ 比较放大 由 V2,R4组成比较放大电路，将基准电压和取样电压比较并放大；
4个组成部分：
① 基准 由 R3,VS组成稳压管稳压电路，提供基准电压；
② 取样 由 R1,R2组成输出电压分压取样电路；
④ 调整 V1为调整管，根据比较放大的信号控制和调整输出电压。
属电压串联负反馈电路，电压负反馈，能稳定输出电压。
⒉ 工作原理
⒊ 输出电压
② 按输出电压高低（以 78系列为例）可分为 7805,7806、
7808,7809,7812,7815,7818,7824V（末 2位数字为输出电压值）；
① 78系列输出正电压，引脚 1,2,3依次为输入端、公共端和输出端；
5.3.2 三端集成稳压器
⒈ 输出电压固定的集成稳压器 78/79系列
⑴ 分类
79系列输出负电压，引脚 1,2,3依次为公共端、输入端和输出端。
③ 按输出电流大小可分 78L（ 0.1A）,78M（ 0.5A）,78
（ 1.5A）,78T（ 3A）,78H（ 5A）,78P（ 10A）系列。
⑵ 典型应用电路图 5-13 78系列集成稳压器典型应用电路
⒉ 输出电压可调的集成稳压器 LM317/337
引脚 1,2,3依次为调整端（ Adjust）、输出端和输入端。
⑴ 317输出正电压,337输出负电压。
特点：① UREF =1.25V；
② IADJ ＜ 50μA。
⑶ 工作原理
⑵ LM317典型应用电路图 5-15 LM317典型应用电路
5.5 开关型直流稳压电路
⒈ 工作原理
⑴ 电路图 5-17 开关型稳压电路示意图
⑵ UI,UD,UO波形图 5-18 开关型稳压电路 UI,UD,UO波形
⑶ 输出电压：
⑷ LC滤波器图 5-19 滤波器工作示意图
a）充电阶段 b）放电阶段串联型属降压型变换，并联型属升压型变换。
⒉ 开关型稳压电路分类
⑴ 串联型和并联型图 5-20 并联型开关稳压电路原理图
a）电路组成 b） L充电 c） L放电频率调制型
（ PFM）,ton不变，
改变 T（频率），从而改变占空比 q，改变输出电压 UO。
⑵ 脉宽调制型和频率调制型脉宽调制型（ PWM）：
T不变，改变 ton，从而改变占空比 q，改变输出电压 UO。
图 5-21 开关电源调制型式
a） PWM b） PFM
反激式：在开关元件截止时传递能量。
⑶ 正激式和反激式正激式：在开关元件导通时传递能量；
图 5-22 正激式和反激式开关电源
a）正激式 b）反激式与串联型线性电源相比，开关电源的主要优点是效率高；调整管功耗低，不需要较大的散热器；用轻量的高频变压器替代笨重的工频变压器，体小量轻。
⒊ 开关电源中的开关元件开关元件是关键元件，要求高频，大电流，通态电压低，驱动控制简单等，目前常用 MOSFET,VMOS和
IGBT，小功率开关电源也使用双极型晶体管，其中以
IGBT最为理想。
⒋ 开关电源与线性电源性能比较表 5-1 开关电源与线性电源性能比较
