第十八章 直流稳压电源

1. u u u u u t t t t t 第十八章 直流稳压电源 电源是生产和实验中的重要能源，许多大功率场合下需要交流电，但电解、电镀及直流电动机需要直流电。而在电子线路和自动控制装置中还需要电压非常稳定的直流电。为了得到直流电，除直流发电机外，更广泛采用的就是半导体直流电源。 变压 整流 滤波 稳压 负载 交流电源 半导体直流电源的原理方框图

2. 本章内容： §18–1 整流电路 §18–2 滤波器 §18–3 稳压管稳压电路 §18–4 串联型稳压电路 §18–5 集成稳压电源

3. 本章要求 • 理解单相、桥式整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算; • 2. 理解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理; • 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。

4. D a Tr u ~ uo R + b u t io uo t §18–1 整流电路 整流电路: 将交流电压变换为单向脉动电压的电路。整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。 一、单相半波整流电路 i D 电路如图：设变压器副边电压为 根据二极管的单向导电性，在二极管加正向电压时导通，负载两端有输出电压；而在加反向电压时二极管截止，负载得不到输出电压。负载的电压波形及电流波形见右下曲线图。

5. u Uo t 0 T 整流电压的平均值 二极管只在半个周期能够导电，而负载上得到的电压是单一方向，大小随时间而变的(单向脉动电压)。 对这种整流的输出电压，常用一个周期的平均值来表示它的大小。其平均值为 如果电路负载已知，则整流输出电流的平均值为

6. i D a D uo Tr b u ~ R 二极管所承受的最大反向电压： 有一单相整流电路,负载电阻为 750,变压器副边电压为20V， 例 试求Uo，Io及UDRM,并选用二极管。 解 查二极管参数，选用2AP4(16mA,50V)。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。

7. a Tr u u ~ uo ~ uo RL RL b u ~ uo ~ uo RL RL 二、单相桥式整流电路 单相半波整流电路只利用了电源的半个周期，并且整流电压的脉动较大。为此常采用全波整流电路，最常见的就是单相桥式整流电路。

8. 桥式整流电路的工作情况 a Tr D1 D4 u ~ uo RL u D3 D2 b a Tr t D4 0 u T ~ uo RL D2 Uo b 在变压器副边电压u为正半周时，二极管D1、D3导通，而二极管D2、D4截止； 当副边电压u为负半周时，二极管D2、D4导通，而二极管D1、D3截止。

9. 单相桥式整流电路的输出电压： 负载电阻中通过的输出电流： 每只二极管中通过的电流仅为输出电流一半： 每只二极管承受的最高反向电压：

10. 常见的几种整流电路 Io Io U Io U U Uo Uo Uo U uo uo uo t 0 t t 0 0 电 路 整流电压波形 整流电压平均值 二极管平均电流 二极管反向电压 副边电流有效值

11. §18–2 滤波器 D a Tr ~ C RL uC =uo b 整流电路仅将交流电转换成单向脉动的直流电压。这种电压对许多电子设备远达不到要求，往往再加接滤波器以改善电压的脉动程度。 u 一、电容滤波器(C滤波器) t 0 D导通 D截止 D导通 u t 0 D截止 D导通 电容滤波器的作用

12. Uo 1.4U 电容滤波 无电容滤波 0.45U Io 0 电容滤波器输出电压的脉动程度有所改善，但带负载能力较差。 在负载不同的情况下，取用输出电流Io愈大输出平均电压Uo愈小。其外特性曲线如右图： 采用电容滤波时，输出电压 的脉动程与电容器的放电时间常数RLC有关，其值愈大则脉动程度就愈小。一般认为 或 即可达到要求，此时输出电压Uo由下式估算： (半波) (全波)

13. 电容滤波电路中元件的选择： 由于二极管的导通时间较短，因此通过二极管的的电流峰值较大，应避免电流冲击损坏二极管； 由于滤波电容保持有电压输出，应注意二极管截止时所承受的最高反向电压URM有所不同，带电容滤波的半波整流电路 带电容滤波的桥式整流电路URM不变； 适用于输出电压较高，负载电流较小并且变化也较小的场合。

14. L Tr ~ u C RL 二、电感电容滤波器(LC滤波器) 要进一步减小输出电压的脉动程度，可在滤波电容之前串入铁心电感线圈L——即LC滤波器。 由于电感线圈对整流电流的交流分量具有阻抗，L比RL大得愈多则滤波效果就愈好。 电感电容滤波电路 一般需要线圈的电感量较大，但其直流电阻也较大，因而会造成输出电压的下降。 LC滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适合高频滤波。

15. L u C2 C1 RL R u C2 C1 RL 三、形滤波器 如果需要输出电压的脉动更小，可以再加一个滤波电容。 形LC滤波器的效果跟好，但整流二极管的冲击电流较大。 形LC滤波电路 由于线圈体大且重，有些情况可用电阻代替电感线圈以构成 形RC滤波器。R愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。 形RC滤波电路

16. §18–3 稳压管稳压电路 Io IZ R ~ DZ Ui Uo C RL 经整流和滤波后，虽脉动程度有了最大改善，但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。 稳压管稳压电路 最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。 如图采用桥式整流和电容滤波，得到直流电压Ui，再经过限流电阻R和稳压管DZ ，使负载得到一个比较稳定的直流电压。

17. Io IZ R ~ DZ Ui Uo C RL 电压的稳定过程 当电源电压升高时 u↑→ Ui↑→ Uo ↑ → IZ ↑ → UR ↑ →保持负载电压Uo近似不变。 稳压管稳压电路 当负载增加时 Io↑→ UR↑→ Uo ↓ → IZ ↓ → UR ↓ →保持负载电压Uo近似不变。 选择稳压管一般规律： UZ=Uo IZmax=(1~5)Iomax Ui=(2~3)Uo

18. + + +U RF +U RF   – UZ UZ R1 + + R R + R1 – – R2   – – + UO + RL DZ UO + DZ RL R2 – 恒压源 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。 反相输入恒压源 同相输入恒压源 改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。

19. T R1 + R3  + – + + Ui RL UO + + + – UB Uf R2 UZ DZ – – – – §18–4 串联型稳压电路 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。 1. 电路结构 取样电路 调整元件 比较放大 基准电压

20. T R1 + R3  + – + + UI RL UO + + + – UB Uf R2 UZ DZ – – – – 由电路图可知 2. 稳压过程 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： UO Uf  IC  UB  UCE  UO 由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。

21. T R1 + R3  + – + + Ui RL UO + + + – UB Uf R2 UZ DZ – – – – 3. 输出电压及调节范围 输出电压

22. 输出正电压 78XX 输出固定电压 三端稳压器 输出负电压 79XX 输出可调电压 单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。 §18–5 集成稳压电源 1.分类 XX两位数字为输出电压值 （1. 25 ~ 37 V 连续可调）

23. 79xx 78xx 2 —输出端 2 —输出端 3—输入端 3 —公共端 1 —公共端 1—输入端 塑料封装 2. 外形及引脚功能 W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形

24. 输出电流超过 1. 5 A（加散热器） 不需要外接元件 内部有过热保护 内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为 4% 3.性能特点（7800、7900系列） 输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。

25. 1 2 + _ + _ W7805 3 Ui Ci CO UO 4. 三端固定输出集成稳压器的应用 (1)输出为固定电压的电路 输出为固定正电压时的接法如图所示。 输入与输出之间的电压不得低于3V！ 0.1~1F 1F 为了瞬时增减负载电流 时，不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。 用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。

26. 1 2 W7815 +15V CO + 3 Ci 24V C 1F 0.33F 1000F 220V Ci + CO C 24V 1 0.33F 1F 1000F W7915 – 15V 3 2 (2)同时输出正、负电压的电路

27. + + 1 2 IC W78 R I2 R IB Ci 3 U + + W78 Uo Ui Co UZ IR I1 Ui DZ Uo Ci Co – – （4）提高输出电流的电路 （3）提高输出电压的电路 提高输出电压的应用电路 扩大输出电流的电路 输出电压为 一般I3很小，则

28. 作业p173 18.1.6 p173 18.2.2 p176 18.3.4