模拟电子技术基础第10章直流电源的概念与单相整流电路、滤波电路以及稳压电路

1、模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）第二十八讲 直流电源的组成一、直流电源的组成及各部分的作用二、单相整流电路三、滤波电路四、稳压电路模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）一、直流电源的组成及各部分的作用改变电压值改变电压值通常为降压通常为降压交流变脉交流变脉动的直流动的直流减小脉动减小脉动1) 负载变化输出电压负载变化输出电压基本不变；基本不变；2) 电网电压变化输出电网电压变化输出电压基本不变。电压基本不变。 直流电源是能量转换电路，将直流电源是能量转换电路，将220V（或（或380V）50Hz的的交流电转换为直流电。交流电转换为直流电。半波整流半波整流全波整

2、流全波整流 在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动压波动10，且负载有一定的变化范围。，且负载有一定的变化范围。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）二、单相整流电路对整流电路要研究清楚以下问题：对整流电路要研究清楚以下问题：1. 电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析2. 输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压3. 整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和最整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和最高

3、反向工作电压高反向工作电压 为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为内阻为0。整流二极管的伏安特性：整流二极管的伏安特性：实际特性实际特性理想化特性理想化特性正向导通电压为正向导通电压为0，正向电阻为正向电阻为0。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）1. 单相半波整流电单相半波整流电路路（1）工作原理）工作原理u2的正半周，的正半周，D导通，导通， ADRLB，uO= u2 。 2u2uu2的负半周，的负半周，D截止，承受反向电压，为截止，承受反向电压，为u2； uO=0。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（

4、第十章）（2）UO（AV）和和 IL（AV）的估算的估算 已知变压器副边电压有效值为已知变压器副边电压有效值为U2) (d sin2212 0 O(AV)ttUUL2LO(AV)L(AV)45. 0RURUIL2L(AV)D(AV)45. 0RUII2maxR2UU2RL2F21 . 1 45. 01 . 1 UURUI22O(AV)45. 02UUU 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满，二极管的极限参数应满足：足： （3）二极管的选择）二极管的选择模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）2. 单相桥式整流电路单相桥式整流电路u2的正半周的正

5、半周 AD1RLD3B，uO= u2u2的负半周的负半周 B D2RLD4 A，uO= -u2四只管子如何接？四只管子如何接？ 集成的桥式整流电集成的桥式整流电路称为整流堆。路称为整流堆。（1）工作原理）工作原理uOu2OO若接反了呢？若接反了呢？若断了呢？若断了呢？模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（2 2）估算）估算) (d sin21 0 2O(AV)ttUUL2LO(AV)L(AV)9 . 0RURUI22O(AV)9 . 022UUU模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（3 3）二极管的选择）二极管的选择2maxR2UUL2L(AV)D(AV)45.

6、 02RUII2RL2F21 . 1 45. 01 . 1 UURUI 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满，二极管的极限参数应满足：足： 模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）三、滤波电路（1）工作原理）工作原理非常小。非常小。，对电容充电，对电容充电，时，有一对二极管导通时，有一对二极管导通当当充电充电 2Cuu 。放电，放电，电容通过，电容通过时，所有二极管均截止时，所有二极管均截止当当放电放电CRRuuCLL2 1. 电容滤波电路电容滤波电路充电充电放电速度与正弦放电速度与正弦波下降速度相似波下降速度相似按指数规律下降按指数规律下降滤

7、波后，输出电压平均值增大，脉动变小。滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（2 2）二极管的导通角）二极管的导通角导通角导通角的峰值脉动放电DO(AV)LiURC 无滤波电容时无滤波电容时。 有滤波电容时有滤波电容时 ILmax ILmin（3）限流电阻的选择）限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。OIzrUURrSZLmaxZinImminDZIIRUUI电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。LmaxZZinImIIUUR电网电压最高且负载电流最小时，稳

8、压管的电流最大。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。ZMLminZaxImmaxDZIIRUUILminZMZaxImIIUUR为减小为减小Sr,取取值矛盾值矛盾!模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（二）串联型稳压电路（二）串联型稳压电路1. 基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳压原理：电路引入稳压原理：电路引入，稳定输出电压。，稳定输出电压。OL)1 (IIBEZOUUU模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）调整管的作用及如何提高稳压性能调整管的作

9、用及如何提高稳压性能 不管什么原因引起不管什么原因引起UO变化，都将通过变化，都将通过UCE的调节的调节使使UO稳定，故称晶体管为调整管。稳定，故称晶体管为调整管。 若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。馈，即提高放大电路的放大倍数。CEIOUUU模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）2. 具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路（1）稳压原理：若由于某种原因使）稳压原理：若由于某种原因使UO增大增大（2）输出电压的调节范围）输出电压的调节范围Z3321OZ32321URRRRUURRRR

10、R同相比例同相比例运算电路运算电路则则 UO UN UB UO模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（3 3）串联型稳压电路的基本组成及其作用）串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管调整管取样电阻取样电阻：是电路的核：是电路的核心，心，UCE随随UI和负载和负载产生变化以稳定产生变化以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压：是：是UO的的参考电压。参考电压。： 对对UO 的取样，与基准电压共同决定的取样，与基准电压共同决定UO 。：将：将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，决定的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。电路的稳压性能。模拟电子技术基础（第十章）模拟

11、电子技术基础（第十章）第二十八讲 直流电源的组成 单相整流滤波电路一、直流电源的组成及各部分的作用二、单相整流电路三、滤波电路模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）一、直流电源的组成及各部分的作用改变电压值改变电压值通常为降压通常为降压交流变脉交流变脉动的直流动的直流减小脉动减小脉动1) 负载变化输出电压负载变化输出电压基本不变；基本不变；2) 电网电压变化输出电网电压变化输出电压基本不变。电压基本不变。 直流电源是能量转换电路，将直流电源是能量转换电路，将220V（或（或380V）50Hz的的交流电转换为直流电。交流电转换为直流电。半波整流半波整流全波整流全波整流 在分析电源电

12、路时要特别考虑的两个问题：允许电网电在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动压波动10，且负载有一定的变化范围。，且负载有一定的变化范围。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）二、单相整流电路对整流电路要研究清楚以下问题：对整流电路要研究清楚以下问题：1. 电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析2. 输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压3. 整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和最整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压高反向工作电

13、压 为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为内阻为0。整流二极管的伏安特性：整流二极管的伏安特性：实际特性实际特性理想化特性理想化特性正向导通电压为正向导通电压为0，正向电阻为正向电阻为0。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）1. 单相半波整流电单相半波整流电路路（1）工作原理）工作原理u2的正半周，的正半周，D导通，导通， ADRLB，uO= u2 。 2u2uu2的负半周，的负半周，D截止，承受反向电压，为截止，承受反向电压，为u2； uO=0。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（2）UO（AV

14、）和和 IL（AV）的估算的估算 已知变压器副边电压有效值为已知变压器副边电压有效值为U2) (d sin2212 0 O(AV)ttUUL2LO(AV)L(AV)45. 0RURUIL2L(AV)D(AV)45. 0RUII2maxR2UU2RL2F21 . 1 45. 01 . 1 UURUI22O(AV)45. 02UUU 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满，二极管的极限参数应满足：足： （3）二极管的选择）二极管的选择模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）2. 单相桥式整流电路单相桥式整流电路u2的正半周的正半周 AD1RLD3B，

15、uO= u2u2的负半周的负半周 B D2RLD4 A，uO= -u2四只管子如何接？四只管子如何接？ 集成的桥式整流电集成的桥式整流电路称为整流堆。路称为整流堆。（1）工作原理）工作原理uOu2OO若接反了呢？若接反了呢？模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（2 2）估算）估算) (d sin21 0 2O(AV)ttUUL2LO(AV)L(AV)9 . 0RURUI22O(AV)9 . 022UUU模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（3 3）二极管的选择）二极管的选择2maxR2UUL2L(AV)D(AV)45. 02RUII2RL2F21 . 1 45.

16、 01 . 1 UURUI 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满，二极管的极限参数应满足：足： 模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）三、滤波电路（1）工作原理）工作原理非常小。，对电容充电，时，有一对二极管导通当充电 2Cuu。放电，电容通过时，所有二极管均截止当放电CRRuuCLL2 1. 电容滤波电路电容滤波电路充电充电放电速度与正弦放电速度与正弦波下降速度相似波下降速度相似按指数规律下降按指数规律下降滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（1）工

17、作原理：考虑变压器和整流电路的内阻）工作原理：考虑变压器和整流电路的内阻 C 越大，越大， RL越大，越大， 放电放电将越大，曲线越平滑，脉动越小。将越大，曲线越平滑，脉动越小。内阻使内阻使2Ouu 模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（2 2）二极管的导通角）二极管的导通角导通角导通角的峰值脉动放电DO(AV)LiURC 无滤波电容时无滤波电容时。 有滤波电容时有滤波电容时 ILmax ILmin（3）限流电阻的选择）限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。OIzrUURrS ZMmaxDZminDZZIIII且ZLmaxZinImminDZIIR

18、UUI电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。LmaxZZinImIIUUR电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。ZMLminZaxImmaxDZIIRUUILminZMZaxImIIUUR为减小为减小Sr,取取值矛盾值矛盾!若求得若求得RminRmax，怎么办？，怎么办？模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）讨论一讨论一：稳压管稳压电路的设计稳压管稳压电路的设计依次选择稳压管、依次选择稳压管、 UI、 R、 C、U2、二极管、二极管1. 输出电压、负载电流输出电压、

19、负载电流稳压管稳压管2. 输出电压输出电压UI3. 输出电压、负载电流、稳压管电流、输出电压、负载电流、稳压管电流、 UI R4. UI 、 R 滤波电路的等效负载电阻滤波电路的等效负载电阻C5. UI U26. U2、 R中电流中电流整流二极管整流二极管 已知输出电压为已知输出电压为6V，负载电流为，负载电流为030mA。试求图示电。试求图示电路的参数。路的参数。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）三、串联型稳压电路三、串联型稳压电路1. 基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳

20、压原理：电路引入稳压原理：电路引入，稳定输出电压。，稳定输出电压。OL)1 (IIBEZOUUU模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）调整管的作用及如何提高稳压性能调整管的作用及如何提高稳压性能 不管什么原因引起不管什么原因引起UO变化，都将通过变化，都将通过UCE的调节的调节使使UO稳定，故称晶体管为调整管。稳定，故称晶体管为调整管。 若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。馈，即提高放大电路的放大倍数。CEIOUUU模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）2. 具有放大环节的串联型稳压电路具

21、有放大环节的串联型稳压电路（1）稳压原理：若由于某种原因使）稳压原理：若由于某种原因使UO增大增大（2）输出电压的调节范围）输出电压的调节范围Z3321OZ32321URRRRUURRRRR同相比例同相比例运算电路运算电路则则 UO UN UB UO模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（3 3）串联型稳压电路的基本组成及其作用）串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管调整管取样电阻取样电阻：是电路的核：是电路的核心，心，UCE随随UI和负载和负载产生变化以稳定产生变化以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压：是：是UO的的参考电压。参考电压。： 对对UO 的取样，与基准电压共

22、同决定的取样，与基准电压共同决定UO 。：将：将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，决定的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。电路的稳压性能。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（4 4）串联型稳压电源中调整管的选择）串联型稳压电源中调整管的选择IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEmax PCM根据极限参数根据极限参数ICM、 U(BR)CEO、PCM 选择调整管！选择调整管！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！模拟电子技术基础（

23、第十章）模拟电子技术基础（第十章）讨论二：讨论二：对于基本串联型稳压电源的讨论对于基本串联型稳压电源的讨论3. 若电网电压波动若电网电压波动10， UI为为28V ， UO为为10V20V ；晶体管的电流放大系数为晶体管的电流放大系数为50，PCM5W，ICM1A；集成；集成运放最大输出电流为运放最大输出电流为10mA，则最大负载电流约为多少？，则最大负载电流约为多少？1. 若若UO为为10V20V，R1R31k，则，则R3和和UZ各为多各为多少？少？2. 若电网电压波动若电网电压波动10， UO为为10V20V，UCES3V，UI至少选取多少伏？至少选取多少伏？模拟电子技术基础（第十章）模拟

24、电子技术基础（第十章）讨论三讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论：关于实用串联型稳压电源的讨论0BEmaxERUI1. 标出集成运放的同相输入端和反相输入端；标出集成运放的同相输入端和反相输入端；2. 电路由哪些部分组成？电路由哪些部分组成？3. UI21V，R1 R2 R3300，UZ6V， UCES3V， UO？4. 如何选取如何选取R和和R？限流型过流限流型过流保护电路保护电路输出电流输出电流取样电阻取样电阻模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）讨论三讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论：关于实用串联型稳压电源的讨论5. 取样电阻的取值应大些还是小些，为什么？它们有上限值吗

25、？取样电阻的取值应大些还是小些，为什么？它们有上限值吗？6. 若电路输出纹波电压很大，则其原因最大的可能性是什么？若电路输出纹波电压很大，则其原因最大的可能性是什么？7. 根据图中过流保护电路的原理组成一种限流型过流保护电路。根据图中过流保护电路的原理组成一种限流型过流保护电路。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）四、集成稳压器（三端稳压器）（三端稳压器）输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：输出电流：1.5A（W7800）、）、0.5A （W78M00）、）、0.1A（W78L00）1. W7800系列系列（1）简介）简介模拟电子技术基

26、础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（2）基本应用）基本应用消除高频噪声消除高频噪声使使Co不通过不通过稳压器放电稳压器放电抵销长线电感效应，抵销长线电感效应，消除自激振荡消除自激振荡 将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串类型稳压电路。载电阻，构成串类型稳压电路。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（3）输出电流扩展电路）输出电流扩展电路 为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用射极输出器进行电流放大。用射极输出器进行电流放大。)(1 (ROLIII很小很小BEDOOU

27、UUU三端稳压器的输出电压三端稳压器的输出电压若若UBE= UD，则，则OOUU二极管的作用：消除二极管的作用：消除UBE对对UO的影响。的影响。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）（4）输出电压扩展电路）输出电压扩展电路2WO12O)1 (RIURRUIW为几为几mA，UO与三端与三端稳压器参数有关。稳压器参数有关。隔离作用隔离作用O1321OO21321URRRRUURRRRR基准电压基准电压电路复杂电路复杂模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）2. 基准电压源三端稳压器基准电压源三端稳压器 W117 W117 输出电压输出电压UREF1.25V，调整端电流只

28、有几微安。，调整端电流只有几微安。REF12O)1 (URRU减小纹波电压减小纹波电压保护保护稳压器稳压器模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）讨论四：讨论四：W117的应用的应用A5 . 1mA3V40V3OOIIUU 1. R1的上限值为多少？的上限值为多少？2. UO可能的最大值为多少？可能的最大值为多少？3. 输出电压最小值为多少？输出电压最小值为多少？4. UOmax30V，选取，选取R1、 R2；5. 已知电网电压波动已知电网电压波动10，输出电压最大值为，输出电压最大值为30V， UI至少取多少伏？至少取多少伏？决定于决定于IOmin两种情况：两种情况：1.已知已知

29、UI 2.自己选取自己选取UI决定于决定于W117的输出的输出输入电压最低、输出电压最高时，输入电压最低、输出电压最高时，UIUO3V。根据输出电压表达式根据输出电压表达式模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）讨论五：集成稳压器的应用：集成稳压器的应用 UO=? W7900与与W7800不同不同之处是输出为负电压。之处是输出为负电压。1. 基准电压为多少？基准电压为多少？2. UO的表达式？的表达式？3. 为使为使W7812不因输入不因输入端和输出端之间电压太端和输出端之间电压太大而损坏，可采用什么大而损坏，可采用什么方法？方法？模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章

30、）五、开关型稳压电路 1. 开关型稳压电源的特点开关型稳压电源的特点 线性稳压电源：线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，稳定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（因而功耗大，效率低（2049）；需加散热器，因而）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。设备体积大，笨重，成本高。 若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效率，开关型稳压电源的效率可达效率，开关型稳压电源的效率可达7095。体积小，。体积小，重量轻。适于固定的大

31、负载电流、输出电压小范围调节的重量轻。适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。场合。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）构成开关型稳压电源的基本思路构成开关型稳压电源的基本思路 将交流电经变压器、整流滤波将交流电经变压器、整流滤波 得到直流电压得到直流电压 控制调整管按一定频率开关，得到矩形波控制调整管按一定频率开关，得到矩形波 滤波，得到直流电压滤波，得到直流电压引入负反馈，控制占空比，使输出电压稳定。引入负反馈，控制占空比，使输出电压稳定。模拟电子技术基础（第十章）模拟电子技术基础（第十章）2. 串联开关型稳压电路串联开关型稳压电路 （1）基本电路）基本电路 电路组成及工作原理电路组成及工作原理 T截止，截止， D导通，导通， uE UD ；L 释放能量，释放能量，C 放电。放电。调整管二极管续流 滤波电路T、D 均工作在开关状态。均工作在开关状态。 T饱和导通，饱和导通， D截止，截止，uE U