第七章直流穩(wěn)壓電源7.1二極管整流濾波電路7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路7.3三端集成穩(wěn)壓電路7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介第七章直流穩(wěn)壓電源7.1二極管整流濾波電路1

(1)電源變壓器：將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐怠?2)整流電路：將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。(3)濾波電路：濾除脈動成分，得到平滑的直流電壓。(4)穩(wěn)壓電路：在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時(shí)，使輸出直流電壓穩(wěn)定。圖7.1交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺^程直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓電路組成。圖7.1交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺^程直流穩(wěn)壓27.1二極管整流濾波電路7.1.1整流電路二極管整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦园央娋W(wǎng)供給的大小、方向都隨時(shí)間變化的交流電變換成大小隨時(shí)間變化而方向不變的脈動直流電。分為半波、全波、橋式等類型。1．單相半波整流電路組成：整流變壓器T，整流元件二極管V及負(fù)載電阻RL組成。圖7.1.1單相半波整流電路

7.1二極管整流濾波電路7.1.1整流電路圖7.1.137.1二極管整流濾波電路工作原理

u2正半周：V導(dǎo)通→io→uo=u2；

u2負(fù)半周：V截止→uV=u2，io=0→uo=0圖7.1.2單相半波整流電路電壓和電流的波形

7.1二極管整流濾波電路工作原理圖7.1.2單相半47.1二極管整流濾波電路半波整流電路輸出電壓的平均值Uo為流過負(fù)載和二極管的平均電流為

二極管承受的反向峰值電壓URM為電壓的脈動系數(shù)S定義為輸出電壓基波的最大值與其平均值的比值。

歸納：單相半波整流電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，元件少，但輸出電壓脈動大，整流效果差，只適用于要求不高的場合。

7.1二極管整流濾波電路半波整流電路輸出電壓的平均值Uo57.1二極管整流濾波電路[例7.1.1]某一直流負(fù)載，電阻為1kΩ，要求工作電流為15mA，如果采用半波整流電路，試求變壓器二次側(cè)的電壓值，并選擇合適的整流二極管。解：流過二極管的平均電流為：

二極管承受的反向電壓為：

查晶體管手冊，選用一只額定整流電流為100mA，最高反向電壓為50V的2CZ82B型整流二極管。

7.1二極管整流濾波電路[例7.1.1]某一直流負(fù)載，67.1二極管整流濾波電路2．單相橋式整流電路

單相橋式整流電路由四個(gè)整流二極管接成橋型。接線規(guī)律是同極性端接負(fù)載，異極性端接電源。

工作原理：u2正半周電流i1通路：a點(diǎn)→V1→RL→V3→b點(diǎn)；u2負(fù)半周電流i2通路：b點(diǎn)→V2→RL→V4→a點(diǎn)圖4.1.3單相橋式整流電路

圖7.1.4單相橋式整流電路波形

ab7.1二極管整流濾波電路2．單相橋式整流電路圖4.1.77.1二極管整流濾波電路輸出的電壓平均值通過負(fù)載的電流的平均值為

二極管的電流平均值

二極管截止時(shí)，承受的最高反向工作電壓為脈動系數(shù)S為

7.1二極管整流濾波電路輸出的電壓平均值通過負(fù)載的電流87.1二極管整流濾波電路

[例7.1.2]如圖橋式整流電路，其負(fù)載要求電壓Uo=36V，電流為Io=10A，當(dāng)采用單相橋式整流電路，試求：（1）整流元件所通過的電流和能承受的最大反向工作電壓。（2）若V2因故損壞開路，Uo和Io為多少？（3）若V2短路，會出現(xiàn)什么情況？變壓器副邊電壓有效值為

整流元件所承受的最大反向工作電壓為

解：（1）整流元件通過的電流為7.1二極管整流濾波電路[例7.1.2]如圖橋式97.1二極管整流濾波電路（2）當(dāng)V2開路時(shí)，u2在正半周導(dǎo)通，在負(fù)半周因V2開路而截止，電路相當(dāng)于半波整流電路。電路正常工作時(shí)得到，負(fù)載電阻

V2開路

（3）當(dāng)V2短路時(shí)，在u2正半周電流將只通過二極管V1構(gòu)成回路，變壓器二次側(cè)短路，電流過大易燒毀變壓器和二極管。V2開路7.1二極管整流濾波電路（2）當(dāng)V2開路時(shí)，u2在正半周107.1二極管整流濾波電路3．三相橋式整流電路優(yōu)點(diǎn)：三相整流電路具有輸出電壓脈動小，輸出功率大，變壓器利用率高并能使三相電網(wǎng)的負(fù)荷平衡。電路組成：通常變壓器的初級繞組接成三角形，次級繞組接成星型。由六個(gè)二極管V1~V6組成橋式整流電路，共陰極連接二極管V1、V3、V5；共陽極連接二極管V2、V4、V6。

圖7.1.5三相橋式整流電路7.1二極管整流濾波電路3．三相橋式整流電路圖7.1.5117.1二極管整流濾波電路

分析方法：在每個(gè)六分之一周期時(shí)間內(nèi)，相電壓u2U、

u2V、u2W中總有一個(gè)是最大的，一個(gè)是最小的。

對于共陰極連接的二極管，哪一只的正極電位最高，則這只二極管就處于導(dǎo)通狀態(tài)；對于共陽極連接的二極管，哪一只的負(fù)極電位最低，則這只二極管就處于導(dǎo)通狀態(tài)。

7.1二極管整流濾波電路分析方法：127.1二極管整流濾波電路

在t1一t2時(shí)間內(nèi)：共陰極組中V1優(yōu)先導(dǎo)通，共陽極組中V4優(yōu)先導(dǎo)通。V1與V4串聯(lián)導(dǎo)通，電流通路為U→V1→RL→V4→V→N輸出電壓近似等于變壓器次級線電壓uUV。圖7.1.6三相橋式整流電路電壓波形7.1二極管整流濾波電路在t1一t2時(shí)間內(nèi)：圖13

在t2—t3時(shí)間內(nèi)：U相電壓仍然最高，而W相電壓變得最低，V1與V6串聯(lián)導(dǎo)通，其余二極管反偏截止，電流通路為U→V1→RL→V6→W→N。輸出電壓近似等于變壓器次級線電壓uUW。7.1二極管整流濾波電路圖7.1.6三相橋式整流電路電壓波形在t2—t3時(shí)間內(nèi)：7.1二極管整流濾波電路圖147.1二極管整流濾波電路

負(fù)載RL上的脈動直流電壓平均值Uo與變壓器二次側(cè)相電壓有效值U2的關(guān)系是整流輸出電流為整流二極管上承受的最大反向電壓是變壓器二次側(cè)線電壓的峰值

整流二極管流過的電流平均值為7.1二極管整流濾波電路負(fù)載RL上157.1二極管整流濾波電路[例7.1.3]一直流電源，采用三相橋式整流，負(fù)載電壓和電流分別為60V和450A，求整流二極管的實(shí)際工作電流和最高反向工作電壓各為多少？二極管承受的最高反向工作電壓為

解：整流二極管的工作電流為

7.1二極管整流濾波電路[例7.1.3]一直流電源，167.1二極管整流濾波電路7.1.2濾波電路濾波就是濾除整流輸出后直流電壓中的交流脈動成分，從而獲得平直的直流電壓和電流。常用電容和電感等儲能元件構(gòu)成濾波電路。1．電容濾波電路電路組成：濾波電容C接在橋式整流電路輸出端，并聯(lián)在負(fù)載電阻RL兩端構(gòu)成電容濾波器。

圖7.1.7具有電容濾波器的單相橋式整流電路

7.1二極管整流濾波電路7.1.2濾波電路圖7.1.177.1二極管整流濾波電路工作原理：u2>uC時(shí)，V1、V3或V2、V4導(dǎo)通，有io，同時(shí)C被充電，uo↑；

u2<uC時(shí),V截止,C通過RL放電，uo↓輸出電壓在工程上一般采用估算公式：

濾波電容C的容量應(yīng)足夠大，滿足

式中：T為交流電源電壓的周期。

電容濾波電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較小，缺點(diǎn)是輸出特性較差，所以適合于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的場合。

圖7.1.8電容濾波電路波形圖Uo=(1.1~1.2)U27.1二極管整流濾波電路工作原理：濾波電容C的容量應(yīng)足夠187.1二極管整流濾波電路

[例7.1.4]單相橋式整流，加電容濾波電路如圖所示。已知220V交流電源頻率為f=50Hz，要求直流輸出電壓Uo=30V，負(fù)載電流Io=50mA。試求電源變壓器二次側(cè)電壓U2的有效值，選擇整流二極管及濾波電容器。

（2）流經(jīng)二極管的平均電流為

二極管承受的最大反向電壓為

可選擇2CZ51D整流二極管。其最大電流IF=50mA，最大反向電壓URM＝100V。

解：（1）變壓器二次側(cè)電壓有效值7.1二極管整流濾波電路[例7.1.4]單197.1二極管整流濾波電路（3）選擇濾波電容器和負(fù)載電阻取濾波電容

考慮到電網(wǎng)電壓波動，則電容器承受的最高電壓為

可選用標(biāo)稱值為的電容器。7.1二極管整流濾波電路（3）選擇濾波電容器和負(fù)載電阻207.1二極管整流濾波電路2．電感濾波電路電路組成：在整流輸出電路中串聯(lián)一帶鐵芯的電感線圈。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)電感線圈通過變化的電流時(shí)，它的兩端將產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的變化，使得整流電流變得平緩。

圖7.1.9電感濾波及波形（a）電路（b）濾波波形7.1二極管整流濾波電路2．電感濾波電路217.1二極管整流濾波電路電感的直流電阻很小，整流電路輸出的電壓中的直流分量幾乎全部加到了負(fù)載上，Uo=0.9U2。而電感線圈對交流的阻抗很大，所以交流分量大部分降落在線圈上。電感濾波的優(yōu)點(diǎn)是，峰值電流很小，輸出特性較平坦；其缺點(diǎn)是由于鐵心的存在，笨重，體積大，易引起電磁干擾。一般適合于大電流，低電壓的場合。7.1二極管整流濾波電路電感的直流電阻很小，整流電227.1二極管整流濾波電路（1）LC型濾波器。由電感和電容濾波組成。脈動成分經(jīng)雙重濾波作用，交流分量大部分被電感濾除，剩余部分再經(jīng)過電容濾波，使輸出電壓更加平緩。（a）LC型濾波電路

3．復(fù)式濾波電路將電容濾波、電感濾波及電阻組合而成，通常有LC型、型、型幾種。7.1二極管整流濾波電路（a）LC型濾波電路3．復(fù)式237.1二極管整流濾波電路（2）型濾波器。電容濾波和LC型濾波器組合而成。（3）型濾波器。當(dāng)負(fù)載上的電流很小，為降低成本可以用電阻R代替電感L。7.1二極管整流濾波電路（2）型濾波器。電容濾247.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1．穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管可長期工作在反向擊穿區(qū)，利用其反向電流可大范圍變化而反向電壓基本不變的特征來穩(wěn)壓。圖7.2.1穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路(a)電路(b)穩(wěn)壓管反向擊穿特性

(a)(b)穩(wěn)壓電路限流電阻7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1．穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖7.2.1257.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成：限流電阻R和硅穩(wěn)壓二極管VZ構(gòu)成。

Uo＝Ui－IR=UZ，I=IZ+Io穩(wěn)壓原理：設(shè)負(fù)載電阻不變Ui↑→Uo↑→IZ↑→I↑→UR↑→Uo↓設(shè)輸入電壓Ui不變

RL↓→Io↑→I↑→UR↑→Uo↓→IZ↓→I↓

穩(wěn)壓管的電流調(diào)節(jié)作用是穩(wěn)壓的關(guān)鍵，并通過限流電阻的調(diào)壓作用達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，但穩(wěn)定性能較差，輸出電壓不易調(diào)整。一般適用于負(fù)載電流較小，穩(wěn)壓要求不高的場合。

VZ7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成：限流電阻R和硅穩(wěn)壓二極管267.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2．晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理：在負(fù)載電阻上串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電壓的器件，當(dāng)負(fù)載變化和電源變化時(shí)，通過改變調(diào)整器件兩端電壓的大小，保證輸出電壓基本不變。晶體三極管作為電壓調(diào)整器件稱調(diào)整管，用它的集電極—發(fā)射極間的電壓UCE的變化來調(diào)整輸出電壓。

圖7.2.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路UiUo7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2．晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

圖7.2.27晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

分為四部分：取樣環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓、比較放大、調(diào)整環(huán)節(jié)。圖7.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖UOUi調(diào)整環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)基準(zhǔn)電壓取樣環(huán)節(jié)晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路分為四部分：取樣環(huán)節(jié)28晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（2）基準(zhǔn)電壓：由R3和穩(wěn)壓管VZ組成，使V1管的發(fā)射極電位是穩(wěn)定的穩(wěn)壓管電壓UZ。

（3）比較放大環(huán)節(jié)：主要由V1管構(gòu)成。UBE1=UB1-UZ。

（4）調(diào)整環(huán)節(jié)：由工作在放大區(qū)的三極管V2組成。調(diào)整管壓降UCE2與輸出電壓關(guān)系式為：Ui=UCE2+Uo

（1）取樣環(huán)節(jié)：由R1和R2組成分壓（取樣）電路，從UO中去出變化的信號電壓UiUo晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（1）取樣環(huán)節(jié)：由R1和R2組成分壓（29晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管壓降UCE2與輸出電壓關(guān)系式為：

Ui=UCE2+Uo

穩(wěn)壓過程

Ui↑→Uo↑→UB1↑→UBE1↑→IB1↑→IC1↑→UCE1↓→UB2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→Uo↓UiUo+－－+UCE2+－晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管壓降UCE2與輸出電壓關(guān)系式為：U30晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路[例7.2.2]串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.2.4所示，其中UZ=2V，R1＝R2＝2kΩ，RP＝10kΩ。試求：（1）輸出電壓的最大值、最小值為多少？（2）如果把接到Ui上的V2管集電極電阻R4改接到較穩(wěn)定的輸出電壓上，電路能否正常工作？為什么？晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路[例7.2.2]串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.31晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路解：當(dāng)RP調(diào)到最上端時(shí)，此時(shí)Uo取最小值:晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路解：當(dāng)RP調(diào)到最上端時(shí)，此時(shí)Uo取最小值32晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路當(dāng)RP調(diào)到最下端時(shí)，這時(shí)Uo取最大值:

輸出電壓可調(diào)范圍:電路輸出可穩(wěn)定在2.4V～14V之間的任一值。（2）如果將R4的上端A點(diǎn)移至B點(diǎn)，串聯(lián)型穩(wěn)壓電源不能正常工作。晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路當(dāng)RP調(diào)到最下端時(shí)，337.3三端集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器是指將調(diào)整管、取樣放大、基準(zhǔn)電壓、啟動和保護(hù)電路等全部集成在一塊導(dǎo)體芯片上而形成的一種穩(wěn)壓集成塊。圖7.3.1CW78××系列集成穩(wěn)壓器內(nèi)部功能框圖

7.3三端集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器是指將調(diào)整管、取樣347.3三端集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和可調(diào)式兩大類。三端是指電壓輸入、電壓輸出、公共接地三端。

CW7800系列輸出固定正電源和CW7900系列輸出固定負(fù)電源。輸出電壓由具體型號的后兩位數(shù)字代表，有5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V等。額定輸出電流以78(79)后面的字母來區(qū)分。L表示0.1A，M表示0.5A，無字母表示1.5A。如CW7812表示穩(wěn)壓輸出+12V電壓，額定輸出電流為1.5A。

7.3三端集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和357.3三端集成穩(wěn)壓電路圖7.3.3輸出固定電壓的穩(wěn)壓電路

圖7.3.3是用CW7812組成的輸出12V固定電壓的穩(wěn)壓電路。其中電容Ci是在輸入引線較長時(shí)抵消電感效應(yīng)，防止自激。電容Co是用來減小脈動電壓，改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。

7.3三端集成穩(wěn)壓電路圖7.3.3輸出固定電壓的穩(wěn)壓電367.3三端集成穩(wěn)壓電路

同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的雙向直流穩(wěn)壓電源:

CW7815和CW7915系列集成穩(wěn)壓器具有共同的公共端，可以同時(shí)輸出正、負(fù)兩種電壓。圖7.3.4同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路

集成穩(wěn)壓器功能全，指標(biāo)高，體積小，重量輕，應(yīng)用靈活，工作可靠且安裝調(diào)試簡便，在各類穩(wěn)壓設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。7.3三端集成穩(wěn)壓電路同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的雙向直流377.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管總是工作在放大狀態(tài)，始終有電流流過，所以調(diào)整管的功耗較大，并需要散熱，因而這種電路對調(diào)整管的要求較高。電路的效率不高，一般只能達(dá)到30%~50%。

在開關(guān)型穩(wěn)壓電路中，調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子交替地工作在飽和導(dǎo)通與截止兩種狀態(tài)。管子本身的功耗很小，有時(shí)甚至不用散熱器，故可做得體積小、質(zhì)量輕，電路的效率可以達(dá)到80%以上。易于實(shí)現(xiàn)自動保護(hù)，所以在可靠性要求較高的電視機(jī)、計(jì)算機(jī)、航天電子等設(shè)備中，開關(guān)型穩(wěn)壓電路得到了廣泛的應(yīng)用。7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介串聯(lián)型穩(wěn)壓電路中的調(diào)整管總387.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介圖7.7.1串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)方框圖

7.7.1電路的組成采樣電路、比較放大器、基準(zhǔn)電壓、開關(guān)脈沖發(fā)生器、開關(guān)調(diào)整管和儲能濾波電路。7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介圖7.7.1串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路的397.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介

電路的組成:采樣電路、比較放大器和基準(zhǔn)電壓三部分與前述基本相同。

（1）開關(guān)脈沖發(fā)生器。由多諧振蕩器組成，產(chǎn)生控制調(diào)整管的開關(guān)脈沖。輸出電壓Uo升高時(shí)，比較放大器的輸出電壓降低，使開關(guān)脈沖的寬度變窄；反之，開關(guān)脈沖增寬。

（2）開關(guān)調(diào)整管。由功率管組成，在開關(guān)脈沖的作用下它工作在開關(guān)狀態(tài)，飽和導(dǎo)通或截止，輸出斷續(xù)的脈沖電壓，整流濾波后的直流電壓變成脈沖電壓。

（3）儲能濾波電路。由電感L、電容C和二極管V組成。在開關(guān)接通時(shí)電感L將能量儲存起來，在開關(guān)斷開時(shí)，儲存在電感L中的能量通過二極管V釋放給負(fù)載，把調(diào)整管輸出的斷續(xù)脈沖電壓，變成連續(xù)的平滑直流電壓。7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介電路的組成:采樣電路、比較放大407.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介

T為開關(guān)脈沖的周期，td為調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間。

歸納：調(diào)整管中的斷續(xù)脈沖電流，通過儲能濾波電路可以輸出連續(xù)的、波動不大的直流電壓。通過控制調(diào)整管導(dǎo)通時(shí)間的長短，可以調(diào)整輸出電壓的大小。

電感L起著儲存和釋放能量的作用；電容C除有儲能作用外，還起著平滑濾波的作用；二極管V為電感釋放能量提供通路，稱其為續(xù)流二極管。7.7.2．串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路工作原理調(diào)整管以一定的頻率導(dǎo)通和關(guān)斷，并在負(fù)載上輸出脈沖電壓。輸出電壓的數(shù)值等于輸入電壓Ui的平均值：

7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介7.7.2．串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路工417.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介

舉例：圖7.7.2是一個(gè)簡單的串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路。V1和V2組成復(fù)合管起開關(guān)調(diào)整管的作用。電感L、二極管V5和電容C2組成儲能濾波電路。三極管V4、穩(wěn)壓管V6和電阻R3、R4、R5、R6組成比較放大器、基準(zhǔn)電壓和采樣電路。開關(guān)脈沖發(fā)生器由三極管V3和復(fù)合管V1、V2以及相關(guān)元件相成。圖7.7.2串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路

7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介舉例：圖7.7.2是一個(gè)簡42寫在最后成功的基礎(chǔ)在于好的學(xué)習(xí)習(xí)慣Thefoundationofsuccessliesingoodhabits43寫在最后成功的基礎(chǔ)在于好的學(xué)習(xí)習(xí)慣43謝謝聆聽·學(xué)習(xí)就是為了達(dá)到一定目的而努力去干,是為一個(gè)目標(biāo)去戰(zhàn)勝各種困難的過程,這個(gè)過程會充滿壓力、痛苦和挫折LearningIsToAchieveACertainGoalAndWorkHard,IsAProcessToOvercomeVariousDifficultiesForAGoal謝謝聆聽LearningIsToAchieveAC44第七章直流穩(wěn)壓電源7.1二極管整流濾波電路7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路7.3三端集成穩(wěn)壓電路7.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介第七章直流穩(wěn)壓電源7.1二極管整流濾波電路45

(1)電源變壓器：將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗枰碾妷褐怠?2)整流電路：將交流電壓變?yōu)槊}動的直流電壓。(3)濾波電路：濾除脈動成分，得到平滑的直流電壓。(4)穩(wěn)壓電路：在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時(shí)，使輸出直流電壓穩(wěn)定。圖7.1交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺^程直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流、濾波、穩(wěn)壓電路組成。圖7.1交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娺^程直流穩(wěn)壓467.1二極管整流濾波電路7.1.1整流電路二極管整流就是利用二極管的單向?qū)щ娦园央娋W(wǎng)供給的大小、方向都隨時(shí)間變化的交流電變換成大小隨時(shí)間變化而方向不變的脈動直流電。分為半波、全波、橋式等類型。1．單相半波整流電路組成：整流變壓器T，整流元件二極管V及負(fù)載電阻RL組成。圖7.1.1單相半波整流電路

7.1二極管整流濾波電路7.1.1整流電路圖7.1.1477.1二極管整流濾波電路工作原理

u2正半周：V導(dǎo)通→io→uo=u2；

u2負(fù)半周：V截止→uV=u2，io=0→uo=0圖7.1.2單相半波整流電路電壓和電流的波形

7.1二極管整流濾波電路工作原理圖7.1.2單相半487.1二極管整流濾波電路半波整流電路輸出電壓的平均值Uo為流過負(fù)載和二極管的平均電流為

二極管承受的反向峰值電壓URM為電壓的脈動系數(shù)S定義為輸出電壓基波的最大值與其平均值的比值。

歸納：單相半波整流電路雖然結(jié)構(gòu)簡單，元件少，但輸出電壓脈動大，整流效果差，只適用于要求不高的場合。

7.1二極管整流濾波電路半波整流電路輸出電壓的平均值Uo497.1二極管整流濾波電路[例7.1.1]某一直流負(fù)載，電阻為1kΩ，要求工作電流為15mA，如果采用半波整流電路，試求變壓器二次側(cè)的電壓值，并選擇合適的整流二極管。解：流過二極管的平均電流為：

二極管承受的反向電壓為：

查晶體管手冊，選用一只額定整流電流為100mA，最高反向電壓為50V的2CZ82B型整流二極管。

7.1二極管整流濾波電路[例7.1.1]某一直流負(fù)載，507.1二極管整流濾波電路2．單相橋式整流電路

單相橋式整流電路由四個(gè)整流二極管接成橋型。接線規(guī)律是同極性端接負(fù)載，異極性端接電源。

工作原理：u2正半周電流i1通路：a點(diǎn)→V1→RL→V3→b點(diǎn)；u2負(fù)半周電流i2通路：b點(diǎn)→V2→RL→V4→a點(diǎn)圖4.1.3單相橋式整流電路

圖7.1.4單相橋式整流電路波形

ab7.1二極管整流濾波電路2．單相橋式整流電路圖4.1.517.1二極管整流濾波電路輸出的電壓平均值通過負(fù)載的電流的平均值為

二極管的電流平均值

二極管截止時(shí)，承受的最高反向工作電壓為脈動系數(shù)S為

7.1二極管整流濾波電路輸出的電壓平均值通過負(fù)載的電流527.1二極管整流濾波電路

[例7.1.2]如圖橋式整流電路，其負(fù)載要求電壓Uo=36V，電流為Io=10A，當(dāng)采用單相橋式整流電路，試求：（1）整流元件所通過的電流和能承受的最大反向工作電壓。（2）若V2因故損壞開路，Uo和Io為多少？（3）若V2短路，會出現(xiàn)什么情況？變壓器副邊電壓有效值為

整流元件所承受的最大反向工作電壓為

解：（1）整流元件通過的電流為7.1二極管整流濾波電路[例7.1.2]如圖橋式537.1二極管整流濾波電路（2）當(dāng)V2開路時(shí)，u2在正半周導(dǎo)通，在負(fù)半周因V2開路而截止，電路相當(dāng)于半波整流電路。電路正常工作時(shí)得到，負(fù)載電阻

V2開路

（3）當(dāng)V2短路時(shí)，在u2正半周電流將只通過二極管V1構(gòu)成回路，變壓器二次側(cè)短路，電流過大易燒毀變壓器和二極管。V2開路7.1二極管整流濾波電路（2）當(dāng)V2開路時(shí)，u2在正半周547.1二極管整流濾波電路3．三相橋式整流電路優(yōu)點(diǎn)：三相整流電路具有輸出電壓脈動小，輸出功率大，變壓器利用率高并能使三相電網(wǎng)的負(fù)荷平衡。電路組成：通常變壓器的初級繞組接成三角形，次級繞組接成星型。由六個(gè)二極管V1~V6組成橋式整流電路，共陰極連接二極管V1、V3、V5；共陽極連接二極管V2、V4、V6。

圖7.1.5三相橋式整流電路7.1二極管整流濾波電路3．三相橋式整流電路圖7.1.5557.1二極管整流濾波電路

分析方法：在每個(gè)六分之一周期時(shí)間內(nèi)，相電壓u2U、

u2V、u2W中總有一個(gè)是最大的，一個(gè)是最小的。

對于共陰極連接的二極管，哪一只的正極電位最高，則這只二極管就處于導(dǎo)通狀態(tài)；對于共陽極連接的二極管，哪一只的負(fù)極電位最低，則這只二極管就處于導(dǎo)通狀態(tài)。

7.1二極管整流濾波電路分析方法：567.1二極管整流濾波電路

在t1一t2時(shí)間內(nèi)：共陰極組中V1優(yōu)先導(dǎo)通，共陽極組中V4優(yōu)先導(dǎo)通。V1與V4串聯(lián)導(dǎo)通，電流通路為U→V1→RL→V4→V→N輸出電壓近似等于變壓器次級線電壓uUV。圖7.1.6三相橋式整流電路電壓波形7.1二極管整流濾波電路在t1一t2時(shí)間內(nèi)：圖57

在t2—t3時(shí)間內(nèi)：U相電壓仍然最高，而W相電壓變得最低，V1與V6串聯(lián)導(dǎo)通，其余二極管反偏截止，電流通路為U→V1→RL→V6→W→N。輸出電壓近似等于變壓器次級線電壓uUW。7.1二極管整流濾波電路圖7.1.6三相橋式整流電路電壓波形在t2—t3時(shí)間內(nèi)：7.1二極管整流濾波電路圖587.1二極管整流濾波電路

負(fù)載RL上的脈動直流電壓平均值Uo與變壓器二次側(cè)相電壓有效值U2的關(guān)系是整流輸出電流為整流二極管上承受的最大反向電壓是變壓器二次側(cè)線電壓的峰值

整流二極管流過的電流平均值為7.1二極管整流濾波電路負(fù)載RL上597.1二極管整流濾波電路[例7.1.3]一直流電源，采用三相橋式整流，負(fù)載電壓和電流分別為60V和450A，求整流二極管的實(shí)際工作電流和最高反向工作電壓各為多少？二極管承受的最高反向工作電壓為

解：整流二極管的工作電流為

7.1二極管整流濾波電路[例7.1.3]一直流電源，607.1二極管整流濾波電路7.1.2濾波電路濾波就是濾除整流輸出后直流電壓中的交流脈動成分，從而獲得平直的直流電壓和電流。常用電容和電感等儲能元件構(gòu)成濾波電路。1．電容濾波電路電路組成：濾波電容C接在橋式整流電路輸出端，并聯(lián)在負(fù)載電阻RL兩端構(gòu)成電容濾波器。

圖7.1.7具有電容濾波器的單相橋式整流電路

7.1二極管整流濾波電路7.1.2濾波電路圖7.1.617.1二極管整流濾波電路工作原理：u2>uC時(shí)，V1、V3或V2、V4導(dǎo)通，有io，同時(shí)C被充電，uo↑；

u2<uC時(shí),V截止,C通過RL放電，uo↓輸出電壓在工程上一般采用估算公式：

濾波電容C的容量應(yīng)足夠大，滿足

式中：T為交流電源電壓的周期。

電容濾波電路簡單，負(fù)載直流電壓較高，紋波也較小，缺點(diǎn)是輸出特性較差，所以適合于負(fù)載電壓較高，負(fù)載變動不大的場合。

圖7.1.8電容濾波電路波形圖Uo=(1.1~1.2)U27.1二極管整流濾波電路工作原理：濾波電容C的容量應(yīng)足夠627.1二極管整流濾波電路

[例7.1.4]單相橋式整流，加電容濾波電路如圖所示。已知220V交流電源頻率為f=50Hz，要求直流輸出電壓Uo=30V，負(fù)載電流Io=50mA。試求電源變壓器二次側(cè)電壓U2的有效值，選擇整流二極管及濾波電容器。

（2）流經(jīng)二極管的平均電流為

二極管承受的最大反向電壓為

可選擇2CZ51D整流二極管。其最大電流IF=50mA，最大反向電壓URM＝100V。

解：（1）變壓器二次側(cè)電壓有效值7.1二極管整流濾波電路[例7.1.4]單637.1二極管整流濾波電路（3）選擇濾波電容器和負(fù)載電阻取濾波電容

考慮到電網(wǎng)電壓波動，則電容器承受的最高電壓為

可選用標(biāo)稱值為的電容器。7.1二極管整流濾波電路（3）選擇濾波電容器和負(fù)載電阻647.1二極管整流濾波電路2．電感濾波電路電路組成：在整流輸出電路中串聯(lián)一帶鐵芯的電感線圈。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，當(dāng)電感線圈通過變化的電流時(shí)，它的兩端將產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的變化，使得整流電流變得平緩。

圖7.1.9電感濾波及波形（a）電路（b）濾波波形7.1二極管整流濾波電路2．電感濾波電路657.1二極管整流濾波電路電感的直流電阻很小，整流電路輸出的電壓中的直流分量幾乎全部加到了負(fù)載上，Uo=0.9U2。而電感線圈對交流的阻抗很大，所以交流分量大部分降落在線圈上。電感濾波的優(yōu)點(diǎn)是，峰值電流很小，輸出特性較平坦；其缺點(diǎn)是由于鐵心的存在，笨重，體積大，易引起電磁干擾。一般適合于大電流，低電壓的場合。7.1二極管整流濾波電路電感的直流電阻很小，整流電667.1二極管整流濾波電路（1）LC型濾波器。由電感和電容濾波組成。脈動成分經(jīng)雙重濾波作用，交流分量大部分被電感濾除，剩余部分再經(jīng)過電容濾波，使輸出電壓更加平緩。（a）LC型濾波電路

3．復(fù)式濾波電路將電容濾波、電感濾波及電阻組合而成，通常有LC型、型、型幾種。7.1二極管整流濾波電路（a）LC型濾波電路3．復(fù)式677.1二極管整流濾波電路（2）型濾波器。電容濾波和LC型濾波器組合而成。（3）型濾波器。當(dāng)負(fù)載上的電流很小，為降低成本可以用電阻R代替電感L。7.1二極管整流濾波電路（2）型濾波器。電容濾687.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1．穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管可長期工作在反向擊穿區(qū)，利用其反向電流可大范圍變化而反向電壓基本不變的特征來穩(wěn)壓。圖7.2.1穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路(a)電路(b)穩(wěn)壓管反向擊穿特性

(a)(b)穩(wěn)壓電路限流電阻7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路1．穩(wěn)壓管并聯(lián)型穩(wěn)壓電路圖7.2.1697.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成：限流電阻R和硅穩(wěn)壓二極管VZ構(gòu)成。

Uo＝Ui－IR=UZ，I=IZ+Io穩(wěn)壓原理：設(shè)負(fù)載電阻不變Ui↑→Uo↑→IZ↑→I↑→UR↑→Uo↓設(shè)輸入電壓Ui不變

RL↓→Io↑→I↑→UR↑→Uo↓→IZ↓→I↓

穩(wěn)壓管的電流調(diào)節(jié)作用是穩(wěn)壓的關(guān)鍵，并通過限流電阻的調(diào)壓作用達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

電路結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試方便，但穩(wěn)定性能較差，輸出電壓不易調(diào)整。一般適用于負(fù)載電流較小，穩(wěn)壓要求不高的場合。

VZ7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路組成：限流電阻R和硅穩(wěn)壓二極管707.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2．晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路原理：在負(fù)載電阻上串聯(lián)一個(gè)可調(diào)電壓的器件，當(dāng)負(fù)載變化和電源變化時(shí)，通過改變調(diào)整器件兩端電壓的大小，保證輸出電壓基本不變。晶體三極管作為電壓調(diào)整器件稱調(diào)整管，用它的集電極—發(fā)射極間的電壓UCE的變化來調(diào)整輸出電壓。

圖7.2.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路UiUo7.2穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路2．晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

圖7.2.71晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

分為四部分：取樣環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)電壓、比較放大、調(diào)整環(huán)節(jié)。圖7.2.3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路方框圖UOUi調(diào)整環(huán)節(jié)放大環(huán)節(jié)基準(zhǔn)電壓取樣環(huán)節(jié)晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路分為四部分：取樣環(huán)節(jié)72晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（2）基準(zhǔn)電壓：由R3和穩(wěn)壓管VZ組成，使V1管的發(fā)射極電位是穩(wěn)定的穩(wěn)壓管電壓UZ。

（3）比較放大環(huán)節(jié)：主要由V1管構(gòu)成。UBE1=UB1-UZ。

（4）調(diào)整環(huán)節(jié)：由工作在放大區(qū)的三極管V2組成。調(diào)整管壓降UCE2與輸出電壓關(guān)系式為：Ui=UCE2+Uo

（1）取樣環(huán)節(jié)：由R1和R2組成分壓（取樣）電路，從UO中去出變化的信號電壓UiUo晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（1）取樣環(huán)節(jié)：由R1和R2組成分壓（73晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管壓降UCE2與輸出電壓關(guān)系式為：

Ui=UCE2+Uo

穩(wěn)壓過程

Ui↑→Uo↑→UB1↑→UBE1↑→IB1↑→IC1↑→UCE1↓→UB2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→Uo↓UiUo+－－+UCE2+－晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)整管壓降UCE2與輸出電壓關(guān)系式為：U74晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路[例7.2.2]串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.2.4所示，其中UZ=2V，R1＝R2＝2kΩ，RP＝10kΩ。試求：（1）輸出電壓的最大值、最小值為多少？（2）如果把接到Ui上的V2管集電極電阻R4改接到較穩(wěn)定的輸出電壓上，電路能否正常工作？為什么？晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路[例7.2.2]串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖7.75晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路解：當(dāng)RP調(diào)到最上端時(shí)，此時(shí)Uo取最小值:晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路解：當(dāng)RP調(diào)到最上端時(shí)，此時(shí)Uo取最小值76晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路當(dāng)RP調(diào)到最下端時(shí)，這時(shí)Uo取最大值:

輸出電壓可調(diào)范圍:電路輸出可穩(wěn)定在2.4V～14V之間的任一值。（2）如果將R4的上端A點(diǎn)移至B點(diǎn)，串聯(lián)型穩(wěn)壓電源不能正常工作。晶體管串聯(lián)型穩(wěn)壓電路當(dāng)RP調(diào)到最下端時(shí)，777.3三端集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器是指將調(diào)整管、取樣放大、基準(zhǔn)電壓、啟動和保護(hù)電路等全部集成在一塊導(dǎo)體芯片上而形成的一種穩(wěn)壓集成塊。圖7.3.1CW78××系列集成穩(wěn)壓器內(nèi)部功能框圖

7.3三端集成穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓器是指將調(diào)整管、取樣787.3三端集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和可調(diào)式兩大類。三端是指電壓輸入、電壓輸出、公共接地三端。

CW7800系列輸出固定正電源和CW7900系列輸出固定負(fù)電源。輸出電壓由具體型號的后兩位數(shù)字代表，有5V，6V，9V，12V，15V，18V，24V等。額定輸出電流以78(79)后面的字母來區(qū)分。L表示0.1A，M表示0.5A，無字母表示1.5A。如CW7812表示穩(wěn)壓輸出+12V電壓，額定輸出電流為1.5A。

7.3三端集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器可分為固定式和797.3三端集成穩(wěn)壓電路圖7.3.3輸出固定電壓的穩(wěn)壓電路

圖7.3.3是用CW7812組成的輸出12V固定電壓的穩(wěn)壓電路。其中電容Ci是在輸入引線較長時(shí)抵消電感效應(yīng)，防止自激。電容Co是用來減小脈動電壓，改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)。

7.3三端集成穩(wěn)壓電路圖7.3.3輸出固定電壓的穩(wěn)壓電807.3三端集成穩(wěn)壓電