整流滤波稳压电源

1、交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压稳压电路的工作原理稳压电路的工作原理稳压电源类型稳压电源类型: :以下主要讨论以下主要讨论线性稳压电路。线性稳压电路。稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳压电路( (小功率设备小功率设备) )电路最简单，但电路最简单，但是带负载能力差，是带负载能力差，一般只提供基准一般只提供基准电压，不作为电电压，不作为电源使用。源使用。效率较高，目效率较高，目前用的也比较前用的也比较多。多。1. 整流滤波电路 1.1 单相整流电路 1.

2、2 滤波电路 1.3 倍压电路 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成： 整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。 滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。 稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。 直流电源的方框图如图1 .01所示。1.1.1 单相桥式整流电路1.1.2 单相半波整流电路1.1.3 单相全波整流电路1.1 单相整流电路 1.1.1 单相桥式整流电路(1) (1) 工作原理工作原理 单相桥式整流电

3、路是最单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图的电路，其电路如图1.02（a）所示。）所示。（a）桥式整流电路 （b）波形图图1.02 单相桥式整流电路 在分析整流电路工作原理时，整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路 中的二极管是作为中的二极管是作为开关运用，具有单向导电开关运用，具有单向导电性。性。根据图根据图10.02(a)的电路图可知：的电路图可知： 当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。电阻上得到正弦波的正半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的在负载电阻上正负半周经过合成，得到的

4、是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图电路的波形图见图1.02(b)。 当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。电阻上得到正弦波的负半周。（动画10-1） （动画10-2） 根据图根据图1.02（b）可知，输出电压是单相脉动电压。）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压为为（2）参数计算2202LO9 . 022dsin21VVttVVV 流过负载的平均电流为L2L2L9 . 022RVRVIL2L2LD4

5、5. 022RVRVII流过二极管的平均电流为2Rmax2VV二极管所承受的最大反向电压 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波最低次谐波的幅值与平均值的比值称为的幅值与平均值的比值称为脉动系数脉动系数S。)4cos1542cos342(22OttVv67. 0322232422VVS（3）单相桥式整流电路的负载特性曲线 单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间

6、的关系曲线出电压与负载电流之间的关系曲线)(OOIfV 该曲线如图1.03所示。曲线的斜率代表 了整流电路的内 阻。图1.03 单相桥式整流电路 的负载特性曲线1.1.21.1.2单相半波整流电路单相半波整流电路 单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。单相半波整流电路如图1.04(a)所示，波形图如图1.04(b)所示。(a)电路图 (b)波形图 图1.04 单相半波整流电路 根据图1.04可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为2202LO45. 02)d(sin221VVttVVVL2L2LD45. 02RVRVI

7、I流过负载和二极管的平均电流为2Rmax2VV二极管所承受的最大反向电压 单相全波整流电路如单相全波整流电路如图图1.05(a)1.05(a)所示，波形图所示，波形图如图如图1.05(b)1.05(b)所示。所示。1.1.3 单相全波整流电路 (a)电路图 图1.05 单相全波整流电路 (b)波形图 根据图根据图1.05（b）可知，全波整流电）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压输出平均电压为为2202LO9 .022)d(sin21VVttVVVL2L2Lo9 . 022RVRVII流过负载的平均电流为2Rmax22VV 二极管

8、所承受的最大反向电压67. 0322232422VVS 单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）输入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值； 输出（交直流）输出（交直流）用平均值；用平均值； 整流管正向电流整流管正向电流用平均值；用平均值； 整流管反向电压整流管反向电压用最大值。用最大值。 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分流流过，

9、而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。之中。1.2 滤波电路1.2.1 电容滤波电路1.2.2 电感滤波电路1.2.3其他形式滤波电路1.2.1 1.2.1 电容滤波电路电容滤波电路 (1)(1)滤波的基本概念滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

10、电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 （2 2）电容滤波电路）电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图1.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。图1.06电容滤波电路 当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。( 3 )( 3 )滤波原理滤波原理 若电路处于正半周，二极管D1、D3导

11、通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。 图1.07电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图10.07。 在刚过90时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。 需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移， t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角

12、增加。显然，当L很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图1.08滤波曲线中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。问题：有无L即空载，此时VC=VL=？图1.08 电容滤波的效果(动画10-3） (动画10-4）( 4 )( 4 )电容滤波的计算电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：)41 (2L2OLCRTVVV一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.

13、2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC610。） 因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐因为滤波的过程中含有正弦波、指数曲线及谐波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算，波成分，一般很难用精确的数学表达式进行计算，所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。所以一般使用中多采用近似估算来确定其参数。 输出电压可以近似看成输出电压可以近似看成锯齿波，如图所示。锯齿波，如图所示。 设设uc每次充电到峰值每次充电到峰值Uomax= U2后按后按RLC放电的放电的初始斜率线性下降，经过初始斜率线性下降，经过=RLC放电结束交于横轴；放电结束交于横轴；2 并令在并令在 （T

14、为正弦波周为正弦波周期）处为电容充放电转换时的电压值期）处为电容充放电转换时的电压值Uomin。2T则：则：2UUUOminOmax)AV(O CR2TUUULOmaxOminOmax 由相似三角形关系可得：由相似三角形关系可得：OmaxLOminOmaxUC4RT2UU 2UUUOminOmax)AV(O 则：则：2UUUOminOmaxOmax )C4RT1(ULOmax 即：即：)C4RT1(U2UL2O(AV) Io(AV)= Uo(AV)/RL脉动系数脉动系数S：采用近似波形计算。采用近似波形计算。以（以（UomaxUomin）为基波峰）为基波峰-峰值，则峰值，则OmaxLOminO

15、maxUC4RT2UU 1TC4R1TC4RT)C4RT1(UUC4RTSLLLOmaxOmaxL 实际实际uo的波动没有近似波形误差大，故实际的波动没有近似波形误差大，故实际S比比计算值要小。计算值要小。一般取一般取近似估算近似估算: Uo(AV)1.2U2(b) 流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大RLC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大(a) 输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC 有关有关RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平

16、均值)愈大愈大(c) 二极管承受的最高反向电压：二极管承受的最高反向电压：22UURMT)5 . 25 . 1(2T)53(CRL (d) 滤波电容应选用耐压滤波电容应选用耐压1.1 的电解电容。的电解电容。2U2 （ 5 5 ）外特性）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线如图1.09所示。 图1.09 整流滤波电路的外特性2OLd2O2OL1.22) 53(=0.9=, 02=,=VVTCRVVCVVRuou2uDioDRLTu1C t0 2 3 2U2Io Uo半波整流电容滤波半波整流电容滤波 电路的外特性电路的外特性2U20.9U20.45U2估算公式估

17、算公式: UO=1.0U2 2UDRM=2U2:UDRu20 *使用条件：2)53(LdTCR名 称VL(空载)VL(带载)二极管反向最大电压每管平均电流半波整流22V245. 0V22VIL全波整流电容滤波22V1.2V2*222V0.5IL桥式整流电容滤波22V1.2V2*22V0.5IL桥式整流电感滤波22V0.9V222V0.5IL整流滤波电路设计举例 例 设计一个桥式整流电容滤波电路，用 220V、50Hz交流供电，要求输出直流电压Uo45V，负载电流IL200mA。U2RLUo 45V220VCT桥式整流电容滤波电路解: （1） 电路的选择。 (2) 整流二极管的选择。 ID0.5

18、IL0.5200100mA Uo1.2 U2 所以 U2 每个二极管承受的最大反向电压vUUdr5 .525 .374 . 122maxVU5 .372 . 15 . 42 . 10 根据ID和Udrmax进行选管。可选用整流二极管2CP31B(最大整流电流为250mA, 最大反向工作电压为100V)。 (3) 滤波电容C的确定。一般应使放电时间常数RLC大于电容C的充电周期(35)倍。对桥式整流来说，C的充电周期等于交流电网周期的一半, 即2)53(TCRLTTCRL224 取 其中sfT02. 05011 所以uFc17822502. 02可选取200F 耐压50V的电容器1.2.2 1.

19、2.2 电感滤波电路电感滤波电路 利用储能元件电感器利用储能元件电感器的电流不能突变的电流不能突变的性质，把电感的性质，把电感与整流电路的负载与整流电路的负载L相相串联，也可以起到滤波的作用。串联，也可以起到滤波的作用。 图1.10 电感滤波电路 图1.11 波形图 电感滤波电路如图10.10所示。电感滤波的波形图如图10.11所示。 当当v2正半周时，正半周时，D1、D3导电，导电，电感中的电流将滞后电感中的电流将滞后v2。当负半周时，。当负半周时，电感中的电流将经由电感中的电流将经由D2、D4提供。因提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管

20、连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、 D4的导通角都是的导通角都是180。（动画10-5）电感滤波原理电感滤波原理对谐波分量对谐波分量: f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。 因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo(AV)0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压: :u2u1RLLuo对直流分量对直流分量: XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上1.2.31.2.3其他形式的滤波电路其他形式的滤波电路改善滤波特性的方法：改善滤波特性的

21、方法：采取多级滤波。如：采取多级滤波。如：L-C 型滤波电路：型滤波电路：在电感滤波后面再接一电容。在电感滤波后面再接一电容。RC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后再接一级在电容滤波后再接一级RC滤滤波电路。波电路。 性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。性能及应用场合分别与电容滤波和电感滤波相似。LC 型滤波电路：型滤波电路：在电容滤波后面再接在电容滤波后面再接L-C 型型滤波电路。滤波电路。. . RC RC 型型滤波器滤波器改善滤波特性的方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1 RLRC 型型滤波器滤波器uoRu2u1C1C2uo1 RLu

22、o的交流分量的基波的幅值：的交流分量的基波的幅值：moCLCLmoUXRRXRU1221)j/()j/(moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：)/(12LRRCmoLLLmoURRCRRRU121)/(1moLLLmoUCRRCRRRU122221)1()/(1uo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系：的关系：SRRCUURRCUUSLomoLomo)/(1)/(12121、 L L- -C C 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoCRLuo1设设uo1的直流分量为的直流分量为U O，交流分量的

23、基波的幅，交流分量的基波的幅值为值为U O1m，：，：29 .0 UUUoo67. 0SmoCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(moCLLCLmoUXRXXRU11)j/(j)j/(通常选择滤波元件的参数使得：通常选择滤波元件的参数使得：LRC1momoCLCmoULCUXXXU121111jjjuo的脉动系数的脉动系数S与与uo1的脉动系数的脉动系数S 的关系：的关系：SLCUULCUUSomoomo21211111、LC LC 型滤波电路型滤波电路u2u1LuoC2RLuo1C1显然，显然， LC 型滤波电路输出电压的脉动系型滤波电路输出电压的脉动系数比只有数比只有LC滤波时

24、更小，滤波时更小，波形更加平滑波形更加平滑；由；由于在输入端接入了电容，因而较只有于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波滤波时，时，提高了输出电压提高了输出电压。请自行分析请自行分析LC 型滤波电路的输出型滤波电路的输出电压和脉动系数等基本参数。电压和脉动系数等基本参数。1.3 1.3 倍压整流电路倍压整流电路 利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极利用滤波电容的充放电作用，将多个电容和二极管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。管组合可获得倍数于变压器附边电压的输出电压。1.3.1 二倍压整流电路二倍压整流电路u2的正半周时：的正半周时：D1导通，导通，D2截止，理想情况下，电截止

25、，理想情况下，电容容C1的电压：的电压：21CU2U u2的负半周时：的负半周时：D2导通，导通，D1截止，理想情况下，电截止，理想情况下，电容容C2的电压：的电压：21C22CU22UUU 输出端的电压：输出端的电压：22COU22UU 即二倍压电压。即二倍压电压。+22U1.3.2 1.3.2 多倍压整流电路多倍压整流电路+222Uu2的第一个正半周：的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，构成回路，C1充充电到：电到：22Uu2的第一个负半周：的第一个负半周：u2、C2、D2 、C1构成回路，构成回路，C2充电到：充电到：222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6

26、+22U+222U+222U+222U+222U+222UC1u1u2D1D2D3D4D5D6C3C5C2C4C6u2的第二个正半周：的第二个正半周：u2、C1、C3 、D3 、C2构成回构成回路，路， C1补充电荷，补充电荷，C3充电到：充电到：222Uu2的第二个负半周：的第二个负半周： u2、C2、C4、D4、C3 、C1构构成回路，成回路， C2补充电荷，补充电荷， C4充电到：充电到：222U把电容接在相应电容组的两端，即把电容接在相应电容组的两端，即可获得所需的多倍压直流输出。可获得所需的多倍压直流输出。2.1 稳压电路概述2.2 硅稳压二极管稳压电路2.3 线性串联型稳压电源2.

27、1 2.1 稳压电路概述稳压电路概述2.1.1 引起输出电压不稳定的原因2.1.2 稳压电路的技术指标 引起输出电压变化的原因是引起输出电压变化的原因是负载电流的变化负载电流的变化和和输输入电压的变化，入电压的变化，参见参见图图1.121.12。2.1.1 2.1.1 引起输出电压不稳定的原因引起输出电压不稳定的原因负载电流的变化会负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。从而使输入电压发生变化。图图1.121.12稳压电源方框图稳压电源方框图),(=OIOIVfV即2.1.22.1.2稳压电路的技术指标稳压电路的技术指标 用稳压电路的

28、技术指标去衡量稳压电路性能用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。的高低。 VI和和 IO引起的引起的 VO可用下式表示可用下式表示 (1)(1)稳压系数稳压系数Sr0=IOIOrO=IVVVVS定义为定义为OoIrOOOIIOOIRVSIIVVVVV有时稳压系数也用下式定义0=IIOOrO/=IVVVVS当输出电流从零变化到最大额定值时，当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。输出电压的相对变化值。（4 4）电流调整率）电流调整率SI%100=0=OOIIVVVS (3)(3)输出电阻输出电阻Ro0=OOoI=VIVR%1001=0=IOOVOIVVVS (2)(2)电

29、压调整率电压调整率SV一般特指一般特指V Vi i/ /V Vi i= =10%10%时的时的Sr输入电压交流纹波峰峰值与输出电压输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。交流纹波峰峰值之比的分贝数。（6 6）输出电压的温度系数）输出电压的温度系数ST%1001=0=0,=OOTIOVITVVS 如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数),(=OIOTIVfV（5 5）纹波抑制比）纹波抑制比Srip p-opp-iprip20lg=VVS2.2 2.2 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路2.2.1 2.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理

30、硅稳压二极管稳压电路的原理2.2.2 2.2.2 稳压电阻的计算稳压电阻的计算2.2.3 2.2.3 基准源基准源2.2.1 2.2.1 硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的原理硅稳压二极管稳压电路的电路图如硅稳压二极管稳压电路的电路图如图图1.131.13所示。所示。 它是利用稳压二极它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性压的，由于反向特性陡直，较大的电流变陡直，较大的电流变化，只会引起较小的化，只会引起较小的电压变化。电压变化。图图1.13 1.13 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路(1) (1) 当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时

31、如何稳压根据电路图可知根据电路图可知ZLR+=IIIRIVVVVVRIRIZO= 输入电压输入电压VI的增加，必然引起的增加，必然引起VO的增加，即的增加，即VZ增增加，从而使加，从而使IZ增加，增加，IR增加，使增加，使VR增加，从而使输出增加，从而使输出电压电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：减小。这一稳压过程可概括如下： 这里这里VO减小应理解为，由于输入电压减小应理解为，由于输入电压VI的增加，的增加，在稳压二极管的调节下，使在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而的增加没有那么大而已。已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。VI

32、VOVZIZIRVRVO图图1.14 1.14 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路(2) (2) 当负载电流变化时如何稳压当负载电流变化时如何稳压 负载电流负载电流IL的增加，必然引起的增加，必然引起IR的增加，即的增加，即VR增增加，从而使加，从而使VZ=VO减小，减小，IZ减小。减小。IZ的减小必然使的减小必然使IR减减小，小，VR减小，从而使输出电压减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程增加。这一稳压过程可概括如下：可概括如下： ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO2.2.22.2.2稳压电阻的计算稳压电阻的计算 稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击稳压二极管稳压电路

33、的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大越大，稳压性能越好。稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，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，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流电阻。 显然显然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的变化就可引起足够大的的VR变化，就可达到足够的稳压效果。变化，就可达到足够的稳压效果。 但但R 的数值越大，就

34、需要较大的输入电压的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损值，损耗就要加大。耗就要加大。稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 当当输入电压最小，负载电流最大输入电压最小，负载电流最大时，流过稳时，流过稳压二极管的电流最小。此时压二极管的电流最小。此时I IZ Z不应小于不应小于I IZminZmin，由此可计算出由此可计算出稳压电阻的最大值稳压电阻的最大值，实际选用的，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即稳压电阻应小于最大值。即LmaxZminZIminmax=IIVVR 当当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。

35、此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由 此可计算出此可计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即LminZmaxZImaxmin=IIVVRmaxmin Iomax。（2）稳压管的选择）稳压管的选择UZ=UOIZMIZ Iomax IominIZM Iomax +IZ（3）限流电阻的选择）限流电阻的选择由由ORZZIRIIIRUUI 得得ZLminZZIminIRURUU LminZZZIminmax/RUIUUR ZMLmaxZZImaxIRURUU LmaxZZMZImaxmin/RUIUUR max2RmaxRRIP 限流电阻的功率：限流电阻的功率：（空载时）

36、（空载时） 【例】【例】为了保护稳压管，经常为了保护稳压管，经常在图在图1-14所示电路中加一限所示电路中加一限流电阻。假设稳压电路的输入电压为流电阻。假设稳压电路的输入电压为15V，稳压管的，稳压管的输出电输出电压为压为12V，稳压管的安全工作电流范围为，稳压管的安全工作电流范围为550mA，负载电，负载电流流为为400，求限流电阻的取值范围。，求限流电阻的取值范围。解解 : 依题意可知流过负载电阻的电流为依题意可知流过负载电阻的电流为ORLL1230400UImAR因此流过限流电阻的总电流变化范围为因此流过限流电阻的总电流变化范围为35mA80mAI总而限流电阻两端的电压为而限流电阻两端的

37、电压为3V，便可求得，便可求得R的范围为的范围为300030008035R37.585.7R2.3 2.3 线性串联型稳压电源线性串联型稳压电源 稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较和电子电路之中。线性串联型稳压

38、电源的缺点是损耗较大，效率低。大，效率低。2.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理2.3.2 稳压电路的保护环节2.3.3 三端集成稳压器2.3.1 2.3.1 线性串联型稳压电路的工作原理线性串联型稳压电路的工作原理（1 1） 基本调整管电路基本调整管电路 稳压管稳压电路中，负载电流最大变化范围等稳压管稳压电路中，负载电流最大变化范围等于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差，于稳压管的最大稳定电流和最小稳定电流之差，即即Izmax-Iz。扩大负载电流的最简单方法是。扩大负载电流的最简单方法是,利利用晶体管的电流放电作用。电路采用射极输出用晶体管的电流放电作用。电路采用射极输出形式，引入了电

39、压负反馈，可以稳定输出电压。形式，引入了电压负反馈，可以稳定输出电压。 ILmax = （1+)(Izmax - Iz) Uo = Uz Ube ，必须使调整管工作在放大状态。必须使调整管工作在放大状态。式式 Uo = Uz Ube 表明基本调整管稳压电路输出电压仍然不稳，因表明基本调整管稳压电路输出电压仍然不稳，因Ube的变化使的变化使 输出电压变化，稳定性较差。为了输出电压变化，稳定性较差。为了使输出电压可调，也为了加深电压负馈，引入放使输出电压可调，也为了加深电压负馈，引入放大环节。大环节。UBE2T2 UCE2R4RLUOUiIO比较比较放大放大调整调整元件元件UZR3DZT1UBE1

40、UCE1基准基准电压电压采样采样环节环节R1R2RPVB2RPRP若若Ui 变化使变化使UO增大时，自动调整过程如下：增大时，自动调整过程如下：UiUOVB2 UBE2IB2IC2UCE2 UO UCE1 IC1 IB1 UBE1 UZ不变不变UBE2T2 UCE2R4RLUOR1R2RPVB2IOT1UBE1UZR3DZUiUCE1RPRPIB1UO = (UBE2 + UZ)R1+ RP + R2R2+ RP UZR1+ RP + R2R2+ RP UZ ，R1+ RP + R2R2 UOmax UOmin UZR1+ RP + R2R2+ RP UBE2T2 UCE2R4RLUOR1R2

41、RPVB2IOT1UBE1UZR3DZUCE1UiRPRPIB1(2) (2) 使用运放的稳压电源的工作原理使用运放的稳压电源的工作原理 根据图根据图1.181.18分分两两种情况种情况来加以讨论。来加以讨论。1 1输入电压变化，输入电压变化，负载电流保持不变负载电流保持不变 输入电压输入电压VI的增加，必然会使输出电压的增加，必然会使输出电压VO有所增有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准与基准源电压源电压VREF比较，获得误差信号比较，获得误差信号V。误差信号经放。误差信号经放大后，用大后，用VO1去控制调整管的管压降去控制调整管的管压

42、降VCE增加，从而增加，从而抵消输入电压增加的影响。抵消输入电压增加的影响。 VIVOVfVO1VCEVO（动画16-2） 2 2负载电流变化，输入电压保持不变负载电流变化，输入电压保持不变 负载电流负载电流IL的增加，必然会使输入电压的增加，必然会使输入电压VI有所减有所减小，输出电压小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号一部分信号Vf与基准源电压与基准源电压VREF比较，获得的误差比较，获得的误差信号使信号使VO1增加，从而使调整管的管压降增加，从而使调整管的管压降VCE下降，下降，从而抵消因从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。增加，使

43、输入电压减小的影响。 ILVIVOVfVO1VCEVO3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算根据图根据图1.191.19可知可知VfVREFREF2321O1O)+(1=VRRRRVV调节调节R2显然可以改变输出电压。显然可以改变输出电压。（动画16-1） 复合管复合管RLUOUiIOT1UZR3DZN+T2运放运放利用三极管利用三极管 T1 和和 T2 构成复合管构成复合管扩大输出电流；扩大输出电流；利用运放利用运放 N 提高稳压电路灵敏度和温度稳定性。提高稳压电路灵敏度和温度稳定性。R1R2RPR3RPR2R4R5R6R7R8R9R1RT3T1T2DZ2Ui+E 辅助电源辅助

44、电源IOUO+-+-UR9+-UR7+-IRDZ1UBE3虚线框内为截流型保护电路虚线框内为截流型保护电路: 当当 IO过载或过载或RL短路时短路时, T3导通导通, 可使可使 IO , 从而保护从而保护 T1不被烧毁。不被烧毁。RL2.3.2 2.3.2 稳压电路的保护环节稳压电路的保护环节 串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短

45、路进行保护。耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。过载也会造成损坏。 保护的方法保护的方法反馈保护型反馈保护型温度保护型温度保护型截流型截流型限流型限流型利用集成电路制造工艺，利用集成电路制造工艺，在调整管旁制作在调整管旁制作PN结温度传感器。结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，当温度超标时，启动保护电路工作，工作原理与反馈保护型相同。工作原理与反馈保护型相同。限流型过流保护限流型过流保护 过流时使调整管发射极电流限制在某一数值的过流时使调整管发射极电流限制在某一数值的电路，称电路，称为限流型保护为限流型保护。 Iomax = Ube2 / R 特点特点

46、限流型保护电路虽然组成简单，但在保护电路起作用后，调整管的Uce值最大，工作电流Ic也是最大，因而就有较大的功耗，所以不适用于大功率电路。截流型过流保护 凡是在过流时使调整管发射极电流迅速凡是在过流时使调整管发射极电流迅速减小到较小数值的电路，称为减小到较小数值的电路，称为截流型保截流型保护电路护电路。 图图1.191.19截流型特性截流型特性保护原理保护原理 因过流使T2 导通，导致U+电压上升， U+- UB1 - UC1（=Uo) - R3 -UB2 - IC2 - U+ - Uo . 最终导致Uo 接近于零，实现截流作用。2.3.3 2.3.3 三端集成稳压器三端集成稳压器( 1 )

47、( 1 ) 概述概述 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。稳压器。它的电路符号见图它的电路符号见图1.211.21，外形如图，外形如图1.221.22所示。所示。 图图1.211.21集成稳压器符号集成稳压器符号要特别注意，不同型号，要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不它们三个电极的位置是不同的

48、，要查手册确定。同的，要查手册确定。图图1.22 1.22 外形图外形图 照片 线性三端集成稳压器的分类线性三端集成稳压器的分类三端集成稳压器有如下几种：三端集成稳压器有如下几种：1.三端固定正输出集成稳压器，三端固定正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW78-/CW78M-/CW78L-2.三端固定负输出集成稳压器，三端固定负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW79-/CW79M-/CW79L-3.三端可调正输出集成稳压器，三端可调正输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW117-/CW117M-/CW117L- CW217-/CW217M-/CW217L- CW317-/CW317

49、M-/CW317L-4.三端可调负输出集成稳压器，三端可调负输出集成稳压器，国标型号国标型号为为CW137-/CW137M-/CW137L- CW237-/CW237M-CW237L- CW337-/CW337M-/CW337L-5.三端低压差集成稳压器三端低压差集成稳压器6. 大电流三端集成稳压器大电流三端集成稳压器 以上以上 1-为军品级为军品级；2-为工业品级为工业品级；3-为民品级为民品级。 军品级军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55150； 工业品级工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25150；

50、民品级民品级多为塑料封装，工作温度范围多为塑料封装，工作温度范围0125。( 2 ) ( 2 ) 三端固定集成稳压器三端固定集成稳压器CW7800 系列系列( (正电源正电源) )CW7900 系列系列( (负电源负电源) )5 V/ 6 V/ 9 V/ 12 V/ 15 V/ 18 V/ 24 V1、78、79 系列的型号命名系列的型号命名输出电流输出电流78L / 79L 输出电流输出电流 100 mA78M / 9M 输出电流输出电流 500 mA78 / 79 输出电流输出电流 1.5 A输出电压输出电压例如：例如：CW7805 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 1.5 ACW78

51、M05 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 0.5 ACW78L05 输出输出 5 V，最大电流，最大电流 0.1 A注意点注意点 输入电压输入电压Ui 一般应比输出电压端一般应比输出电压端Uo高高3V以上。以上。 7805-7815 Ui35V 7815-7824 Ui40V 78xx 的静态电流约的静态电流约5-8mA, 79xx的静态电流约的静态电流约3mA 关于稳压值关于稳压值以以7805为例为例 7VUi25V 5.0mA Io1000mAPo 15W 时时Vo = 4.755.25V，典型值，典型值Vo=5.0VT17T16T15T13T10T5T6T2T3T4T8T9输入端输入

52、端输出端输出端公共端公共端T11T12T14T1T7T9DZ1DZ2C123R4R18R8R5R6R9R1R7R13R17R12R11R19R20R14R10R3R2R15R16T9T9取样电阻取样电阻R19,R20R19,R20过流过流DZ2,T15DZ2,T15启动电压启动电压Dz1,T12,T13Dz1,T12,T13比较放大比较放大T2T2，T3,T4,T6T3,T4,T6电流源电流源T8,T9T8,T9基准电压基准电压T3T3，T4T4，T5T5，T6T62 2、CW7800 CW7800 的内部结构和基本应用电路的内部结构和基本应用电路内部内部结构结构+UI 取样电路调整电路保护电

53、路电路基准电压比较放大启动电路+UO 基本应用电路基本应用电路提高输出电提高输出电压电路压电路W78132 Ci C2+UO +UI +U R1R2IQI1I2静态电流静态电流5 8 mA要求要求Q115IRUI 2Q1O)(RIIUU 2Q1)(RIRUU URR)1(12输出电压输出电压 UO U 提高输出电压提高输出电压输出电压可输出电压可调稳压电路调稳压电路W78 C1 C2+UI + U +UO R1R2R3R48 UU( (虚短虚短) )O211433URRRURRR URRRRRU43312O)1(可产生可产生小于小于 U 的的输出电压输出电压 UO输出正、负输出正、负电压的电路

54、电压的电路24V24V220VW7815W79151 000 F 220 F 0.33 F0.33 F0.1 F+1 000 F 0.1 F220 F 恒流源电路恒流源电路+UI = 10V W7805+UO RRLIQIO0.1 F0.33 F10 Q23OIRUI A5 . 0 输出正、负电压的稳压电路 注意：注意：输入电压输入电压Ui一般应比输出电压端一般应比输出电压端Uo高高3V以上。以上。7805-7815 Ui35V7815-7824 Ui40V78xx 的静态电流约的静态电流约5-8mA, 79xx的静态电流约的静态电流约3mACW7800123UiUOCiCORLTIoICI2

55、当负载电流当负载电流 Io 小于稳压器电流小于稳压器电流 I2 = 1 5 时时，三极管三极管 T 截止截止 当负载电流当负载电流 Io I2 时时, , T 导通导通, , R则有则有( 3 ) ( 3 ) 三端可调输出集成稳压器三端可调输出集成稳压器1 1、典型产品型号命名、典型产品型号命名CW117/217/317系列系列( (正电源正电源) )CW137/237/337系列系列( (负电源负电源) )工作温度工作温度CW117( (137) ) - -55 150 CCW217( (237) ) - -25 150 CCW317( (337) ) 0 125 C基准电压基准电压1.25

56、 V输出电流输出电流L 型型 输出电流输出电流 100 mAM 型型 输出电流输出电流 500 mA2 2、CW117 CW117 内部结构和基本应用电路内部结构和基本应用电路内部内部结构结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路电路保护电路电路IREFUIUOADJLM317/337外形引脚外形引脚CW3371 2 3UIUOADJCW1371 2 3UIUOADJ 50 ACW1171 2 3UIUOADJ基本应用电路基本应用电路Uo CW3173C2+UiC1C30.1 F10 F33 FR1R2C4I REF0.1 FV1V2V1 防止输入端短路时防止输入端短路时C4 反向放电损坏稳

57、压器反向放电损坏稳压器V2 防止输出端短路时防止输出端短路时C2 通通过调整端放电损坏稳压器过调整端放电损坏稳压器UREF = 1.25 V使使 UREF 很稳定很稳定2REF211REFO)(RIRRRUU )/1(25. 112RR R1 = UREF/ IQ = 125 静态电流静态电流 IQ( (约约10 mA) )从输出端流出，从输出端流出，RL 开路时流过开路时流过 R1R2 = 0 2.2 k 时，时，I REF 50 AUO = 1.25 24 V0 30 V 连续可调电路连续可调电路Uo CW3173+UiC10.33 F10 FR1R2C31 FVC2R3+ 3 k 120

58、 680 +32 V10 VAUA = 1.25 V当当 R2 = 0 时，时，UO= 0 VLM337 LM337 构成稳压电源构成稳压电源例例 已知Uomax =25V,R1=240,允许加在Uin和Uo之间的电压为340V。 问（1）输出电压的最小值？ （2）R2的取值范围？ （3）若Ui变化10，为保证Uomax=25V,Ui 至少应取多少？为保证LM317安全，Ui最大值为多少？ 解 （1）Uo=1.25（1+R2/R1),当R2=0时，Uo =1.25V （2） Uo=1.25（1+R2/R1)=25， R1=240 R2 = 4560(3) Ui(1-10) 25+3 输入最小输

59、入最小,输出最大输出最大 Ui(1+10) 1.25+40 输入最大输入最大,输出最小输出最小 31.1V Ui 37.5V如果 Ui(1+10) -Uomax + 最大差压则Ui(1+10) 25+40-Ui 59.1V,此时如果Uo=1.25V,压差=59.1-1.25 40VLM317/337LM317/337构成正负电源构成正负电源LM338LM338大电流可调集成稳压器大电流可调集成稳压器 LM338可调三端稳压器提供5A的平均输出电流，输出电压范围为1.2V至32V连续可调。 LM338内置过载保护电路，自动限制功耗。此保护电路允许瞬态负载强电流通过，12A以内的瞬态电流不会实施保

60、护，以利于某些设备的顺利启动。 最高输入输出压差：35V 线路调整率：0.005% 负载调整率：0.1% 工作温度：0125基本应用电路基本应用电路基准电压源基准电压源 介绍介绍TL431TL431、MC1403MC1403、LM399LM399、Max872/874Max872/874等常等常用基准电压源用基准电压源 稳压管稳压管稳压值在6V以下具有负温度系数、温度升高时稳压值减小。击穿电压越低则负温度系数越大，例如3V稳压管的温度系数约为-1.5mV/；6V以上为正温度系数、温度升高时稳压值增大，击穿电压越高的温度系数越大，例如30V稳压管的温度系数约为33mV/；而6V左右稳压管的温度系