第15章直流穩(wěn)壓電源15.3濾波電路15.4穩(wěn)壓電路15.2整流電路15.1直流穩(wěn)壓電源概述本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數(shù)的計(jì)算;2.了解穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理;3.了解集成穩(wěn)壓電路的性能及應(yīng)用。第15章直流穩(wěn)壓電源15.1直流穩(wěn)壓電源概述小功率直流穩(wěn)壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩(wěn)定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負(fù)載變壓整流濾波穩(wěn)壓15.2

整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓。

常見(jiàn)的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。分析時(shí)可把二極管當(dāng)作理想元件處理：

二極管的正向?qū)娮铻榱?，反向電阻為無(wú)窮大。整流原理：

利用二極管的單向?qū)щ娦評(píng)DO15.1.1單相半波整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管D導(dǎo)通；3.工作波形

u負(fù)半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結(jié)構(gòu)–++–aTrDuoubRLio動(dòng)畫(huà)u

tOuoO4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過(guò)每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM5.整流二極管的選擇

平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據(jù)。選管時(shí)應(yīng)滿足：

IOM

ID

，URWM

UDRM

【例1】在圖所示整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值U2=20V,負(fù)載電阻RL=100

，求：（1）負(fù)載電阻RL上的電壓平均值和電流平均值各為多少？（2）如果電網(wǎng)電壓有10%的波動(dòng)，則二極管承受的最大反向電壓和流過(guò)的最大電流平均值各為多少？【解】（1）負(fù)載電阻上電壓平均值流過(guò)負(fù)載電阻的電流平均值（2）二極管承受的最大反向電壓二極管流過(guò)的最大平均電流查二極管手冊(cè)，可選整流二極管2CZ52C(100mA，100V)。為了安全，二極管的反向工作峰值電壓URWM要比URmax大一倍左右?！纠?】在圖所示整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值U2=20V,負(fù)載電阻RL=100

，求：（1）負(fù)載電阻RL上的電壓平均值和電流平均值各為多少？（2）如果電網(wǎng)電壓有10%的波動(dòng)，則二極管承受的最大反向電壓和流過(guò)的最大電流平均值各為多少？【解】15.2.2單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管

D1、D3

導(dǎo)通，D2、D4

截止。3.工作波形uD2uD41.電路結(jié)構(gòu)

－uouDttRLuiouo1234ab+–+–

－動(dòng)畫(huà)u15.2.2單相橋式整流電路4.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過(guò)每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM【例2】

在圖所示電路中，已知變壓器副邊電壓有效值U2=20V，負(fù)載電阻RL=100

，求：（1）輸出電壓與輸出電流平均值？（2）當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10%，二極管的最大整流平均電流IF與最高反向工作電壓

UR。

【解】（1）輸出電壓平均值輸出電流平均值解：（2）二極管的最大整流平均電流

IF和最高反向工作電壓

UR應(yīng)滿足

【例2】

在圖所示電路中，已知變壓器副邊電壓有效值U2=20V，負(fù)載電阻RL=100

，求：（1）輸出電壓與輸出電流平均值？（2）當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)范圍為±10%，二極管的最大整流平均電流IF與最高反向工作電壓

UR。

例3：?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50

，負(fù)載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=21.11=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U

122V

可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。例4：

試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開(kāi)時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4D1D3解：當(dāng)D2或D4斷開(kāi)后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流過(guò)，負(fù)載電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無(wú)電流通過(guò)，負(fù)載兩端無(wú)電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

如果D2或D4接反則正半周時(shí)，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類(lèi)似，電源及D1或D3也將因電流過(guò)大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D315.2.3三相橋式整流電路2.工作原理在每一瞬間共陰極組中陽(yáng)極電位最高的二極管導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中陰極電位最低的二極管導(dǎo)通。1.電路D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––o

三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形共陽(yáng)極組共陰極組

在t1~

t2

期間共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中b點(diǎn)電位最低，D4導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uab。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓動(dòng)畫(huà)uouaubuC2

uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9

在t2~

t3

期間共陰極組中a點(diǎn)電位最高，D1導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，D6導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uaC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2

t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo

在t3~

t4

期間共陰極組中b點(diǎn)電位最高，D3導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中c點(diǎn)電位最低，D6導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓ubC。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2

t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo

在t4~

t5

期間共陰極組中b點(diǎn)電位最高，D3導(dǎo)通；共陽(yáng)極組中a點(diǎn)電位最低，D2導(dǎo)通。負(fù)載兩端的電壓為線電壓uba。D1RLuoD6D3D5D4D2io

Cbau++––

o負(fù)載電壓2.工作原理變壓器副邊電壓uouaubuC2

t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoot1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo2.工作原理結(jié)論：

在一個(gè)周期中，每個(gè)二極管只有三分之一的時(shí)間導(dǎo)通（導(dǎo)通角為120°）。D1RLuoD6D3D5D4D2iocbau++––

o變壓器副邊電壓負(fù)載電壓負(fù)載兩端的電壓為線電壓。uouaubuC2

3.參數(shù)計(jì)算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過(guò)每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM15.3

濾波電路

交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動(dòng)直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路利用儲(chǔ)能元件電容兩端的電壓(或通過(guò)電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達(dá)到平滑輸出電壓波形的目的。方法：將電容與負(fù)載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負(fù)載RL串聯(lián))。

15.3.1電容濾波電路

1.電路結(jié)構(gòu)2.工作原理

u>uC時(shí)，二極管導(dǎo)通，電源在給負(fù)載RL供電的同時(shí)也給電容充電，uC

增加，uo=uC

。

u<uC時(shí)，二極管截止，電容通過(guò)負(fù)載RL

放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，uo=uC

。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。動(dòng)畫(huà)uoutOtO4.電容濾波電路的特點(diǎn)(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動(dòng)程度與平均值Uo與放電時(shí)間常數(shù)RLC有關(guān)。

RLC

越大

電容器放電越慢

輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算取：

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U

（半波）當(dāng)負(fù)載RL開(kāi)路時(shí)，UO

為了得到比較平直的輸出電壓(2)外特性曲線有電容濾波1.4U

無(wú)電容濾波0.45UUooIO

結(jié)論

采用電容濾波時(shí)，輸出電壓受負(fù)載變化影響較大，即帶負(fù)載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。(3)流過(guò)二極管的瞬時(shí)電流很大選管時(shí)一般?。?/p>

IOM=2ID

RLC

越大

ＵO

越高，IO

越大

整流二極管導(dǎo)通時(shí)間越短

iD

的峰值電流越大。iDtuotOO例：

有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200

，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過(guò)二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CP11IOM=100mAUDRM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負(fù)載電阻RL=200

，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5

T/2已知RL=50

uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250

F，耐壓為50V的極性電容器15.3.2電感電容濾波器1.電路結(jié)構(gòu)L

uRLuo++––~+C2.濾波原理

對(duì)直流分量:XL=0，L相當(dāng)于短路,電壓大部分降在RL上。對(duì)諧波分量:f

越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。

當(dāng)流過(guò)電感的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中產(chǎn)生自感電勢(shì)阻礙電流的變化,使負(fù)載電流和電壓的脈動(dòng)減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合，用于高頻時(shí)更為合適。15.3.3

形濾波電路

形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。LuRLuo++––~+C2+C1

形RC濾波器RuRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動(dòng)很小的場(chǎng)合。15.4

穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負(fù)載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設(shè)備。

穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負(fù)載及環(huán)境溫度的變化無(wú)關(guān)。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實(shí)際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

穩(wěn)壓電路是整個(gè)電子系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，也可以是一個(gè)獨(dú)立的電子部件。15.4.1穩(wěn)壓二級(jí)管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR

設(shè)UI一定，負(fù)載RL變化UO

基本不變

IR

(IRR)基本不變

UO

(UZ

)

IZ

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調(diào)壓穩(wěn)壓電路15.4.1穩(wěn)壓二級(jí)管穩(wěn)壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUI

UZ

設(shè)負(fù)載RL一定，UI變化UO

基本不變

IRR

IZ

IR

1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.參數(shù)的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)ICM(3)UI

=(2~3)UO(4)為保證穩(wěn)壓管安全工作為保證穩(wěn)壓管正常工作

適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。

由穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和運(yùn)算放大器可組成恒壓源。UZRFR2R1+–++

–

RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++

–

+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調(diào)節(jié)恒壓源的輸出電壓。UiTR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R115.4.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路結(jié)構(gòu)

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準(zhǔn)電壓、比較放大、取樣電路和調(diào)整元件四部分組成。調(diào)整元件比較放大基準(zhǔn)電壓取樣電路

當(dāng)由于電源電壓或負(fù)載電阻的變化使輸出電壓UO

升高時(shí)，有如下穩(wěn)壓過(guò)程：2.穩(wěn)壓過(guò)程

由電路圖可知UO

Uf

UB

UO

IC

UCE

由于引入的是串聯(lián)電壓負(fù)反饋，故稱(chēng)串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。UITR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調(diào)節(jié)范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO

+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R115.4.3

集成穩(wěn)壓電路單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。最簡(jiǎn)單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱(chēng)之為三端集成穩(wěn)壓器。1.

分類(lèi)XX兩位數(shù)字為輸出電壓值三端穩(wěn)壓器輸出固定電壓輸出可調(diào)電壓輸出正電壓78XX輸出負(fù)電壓79XX（1.25~37V連續(xù)可調(diào)）2.外形及引腳功能W7800系列穩(wěn)壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩(wěn)壓器外形1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝3.

性能特點(diǎn)（7800、7900系列）輸出電流超過(guò)1.5A（加散熱器）不需要外接元件內(nèi)部有過(guò)熱保護(hù)內(nèi)部有過(guò)流保護(hù)調(diào)整管設(shè)有安全工作區(qū)保護(hù)輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。4.主要參數(shù)(1)電壓調(diào)整率SU(穩(wěn)壓系數(shù))

反映當(dāng)負(fù)載電流和環(huán)境溫度不變時(shí)，電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)穩(wěn)壓電路的影響。(2)電流調(diào)整率SI

反映當(dāng)輸入電壓和環(huán)境溫度不變時(shí)，輸出電流變化時(shí)輸出電壓保持穩(wěn)定的能力，即穩(wěn)壓電路的帶負(fù)載能力。0.005~0.02%0.1~1.0%(3)輸出電壓UO

(6)最大輸入電壓UiM

(7)最大功耗PM

(4)最大輸出電流IOM

(5)最小輸入、輸出電壓差(Ui-UO

)min

輸出為固定正電壓時(shí)的接法如圖所示。(1)

輸出為固定電壓的電路輸入與輸出之間的電壓不得低于3V