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1、一、直流稳压电源的组成和功能二、单相整流电路三、滤波电路四、稳压电路五、集成稳压电源,第十章 直流稳压电源,电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路:将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路:清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,直流稳压电源的组成和功能,整 流 电 路,滤 波 电 路,稳 压 电 路,10.1 整流与滤波电路,1.半波整流电路,二极管导通，忽略二极管正向压降，uo=u2,为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。,二极管截止,
2、uo=0,u2 0 时:,u20时:,一.单相整流电路,单相半波整流电压波形,输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：,Io=Uo/RL=0.45 U2/RL,二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：,2.全波整流电路,原理：,变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2,当u2正半周时，D1导通，D2截止。,当u2负半周时，D2导通，D1截止。,单相全波整流电压波形,+,忽略二极管正向压降,输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io)：,Io=Uo/RL=0.9 U2/RL,二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：,二极管上的平均电流：,二极管承受的最高反向电压：,3.桥式整流电路
3、,组成：由四个二极管组成桥路,u2正半周时电流通路,D1、D4导通，D2、D3截止,u2负半周时电流通路,D2、D3 导通，D1、D4截止,u20 时,D1,D4导通D2,D3截止电流通路:a D1RLD4b,u20 时,D2,D3导通D1,D4截止电流通路:b D2RLD4a,单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,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,集成硅整流桥：,4.整流电路的主要参数,负载电压 Uo的平均值为:,负载上的(平均)电流:,(1)整流输出电压的平均值,S定义：整流输出电压的基波峰值U
4、o1M与Uo平均值之比。S越小越好。,（2）脉动系数,用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得:,平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主要依据。,例如：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。,二极管截止时两端承受的最大反向电压：,(3)二极管平均电流与反向峰值电压,（选购时：二极管额定电流 2ID),（选购时：最大反向电压 2URM),二、滤波电路,滤波电路的结构特点:电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流电压,脉动直流电压,直流电压,1.工作原理,u uC时，二极管导通，电源在给负载RL
5、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。,=uC,2.工作波形,（半波、全波）,（桥式）,1.电容滤波电路,(1)电容滤波原理,电容滤波电路的特点:,(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 U(桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）,当负载RL 开路时，UO,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,结论,采用电容滤波时，输出电压受负载
6、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。,另：以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,RL未接入时(忽略整流电路内阻),充电结束,没有电容时的输出波形,a,uc,RL接入（且RLC较大）时(忽略整流电路内阻),无滤波电容时的波形,加入滤波电容时的波形,u2上升，u2大于电容上的电压uc，u2对电容充电，uo=uc u2,u2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。
7、电容C通过RL放电，uc按指数规律下降，时间常数=RL C,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,电容充电时，电容电压滞后于u2。,RLC越小，输出电压越低。,RL接入（且RLC较大）时(考虑整流电路内阻),近似估算:Uo=1.2U2 Io=Uo/RL,(b)流过二极管瞬时电流很大,RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大;整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大,(2)电容滤波电路的特点,(a)输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关,RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大,(c)二极管承受的最高反向电压,当RL开路时：,2
8、.电感滤波电路,电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。,电感滤波原理,对谐波分量:f 越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。,对直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上,3.RC 型滤波器,改善滤波特性的方法：采取多级滤波,RC 型滤波器,将RC 型滤波器中的电阻换为电感，变为LC 型滤波器,10.2 串联式稳压电路,稳压电路的作用:,稳压电源类型:,以下主要讨论线性稳压电路。,电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。,效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。,一.稳压电路
9、的主要性能指标,输出电压变化量,稳压系数,输出电阻,温度系数,二.硅稳压二极管稳压电路,利用稳压二极管的反向击穿特性。由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。,硅稳压二极管稳压电路,1.稳压原理,(1)当输入电压变化时如何稳压,根据电路图可知,输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：,这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。,VIVOVZIZIRVRVO,(2)当负载电流变化时如何
10、稳压,负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：,ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO,2.稳压电阻的计算,稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。,稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。,稳压电阻R 的作用,将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。,显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。,但R 的数值越大，就需
11、要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。,稳压电阻的计算如下,当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即,当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即,(1),(2),稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！,三.串联型稳压电源,1.串联型稳压电源的构成,VO=VI-VR，当VIR VR在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流ILRVR在一定程度上抵消了因IL
12、增加，对输出电压减小的影响。,在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。,串联型稳压电路方框图,串联型稳压电源的构成：调整管、放大环节、比较环节、基准电压源,2.工作原理,输入电压不变时，由于某种原因使VO，则会有如下调节过程：,VI（不变）VOVfVO1VCEVO,实质：电压负反馈,3.输出电压调节范围的计算,可见，调节R2可以改变输出电压。,根据“虚短”,VfVREF,3.分立元件组成的串联式稳压电源,稳压原理,当 UI 一定 时，由于某种原因使Uo升高时：,(3)输出电压的确定和调节范围,例：UI=18V，UZ=4V
13、，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。,10.3 三端集成稳压器,一.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压 78、负电压 79）,常用的集成三端稳压器的类型,类型：W7800系列 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V,1端:输入端2端:公共端3端:输出端,W7800系列稳压器外形及典型接线图,+10V,+5V,注意：输入与输出端 之间的电压不 得低于3V！,1端:公共端2端:输入端
14、3端:输出端,W7900系列稳压器外形及典型接线图,-10V,-5V,输出正、负电压的稳压电路,IQ,R1,R2,输出电压可调的稳压电路,I1,I2,作恒流源使用,本章小结,1在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等环节来实现。对直流电源的要求是：输出电压尽量不受电网电压波动、输出负载变化和温度变化的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换效率高。2利用二极管的单向导电性可以构成整流电路，将交流电变为脉动直流电。在整流电路的输出端接上各种滤波电路，可以大大减小输出电压中的脉动成分。滤波电路有电容滤波和电感滤波两大类。使用较多的是电容滤波电路。3为了保证直流电源的输出电压不发生波动，需要在整流滤波电路的后面再接上稳压电路。最常用的稳压电路是串联式稳压电路。串联式稳压电路是一种带有负反馈的闭环调节系统。它的调整管工作在线性放大状态，通过控制调整管的压降来调整输出电压的大小。串联式稳压电路早已实现了集成化。输出电压固定和输出电压可调的集成串联式稳压器已经大量使用。4开关式稳压电源是一种转换效率高的稳压电路。其调整管工作在开关状态，通过控制调整管导通和截止的占空比来稳定输出电压。,作业：,
