电路与电子技术简明教程-直流稳压电源

1、6.直流稳压电源的基本概念直流稳压电源的组成6.1.1直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等部分组成，等部分组成， 其组成框图如图所示。各部分的作用如下：其组成框图如图所示。各部分的作用如下：电路与电子技术简明教程-直流稳压电源6.直流稳压电源的基本概念直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成6.1.1稳压电路： 交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，的直流电压， 但是当电网电压波动或负载变化时，但是当电网电压波动或负载变化时， 平均值也将平均值也将随之变化。随之变

2、化。整流电路： 把方向、大小都变化的正弦交流电把方向、大小都变化的正弦交流电u 变成单一方变成单一方向的脉动电压向的脉动电压u 。滤波电路： 为了减小电压为了减小电压u 的脉动，的脉动， 需通过低通滤波，需通过低通滤波， 使使输出电压平滑。输出电压平滑。稳压电路： 交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，的直流电压， 但是当电网电压波动或负载变化时，但是当电网电压波动或负载变化时， 平均值也将平均值也将随之变化。随之变化。第六章 直流稳压电源6.直流稳压电源的基本概念直流稳压电源的性能指标直流稳压电源的性能指标6.1.2） 输出电压输

3、出电压UO 和电压调节范围和电压调节范围） 保护特性保护特性） 效率效率） 过冲幅度过冲幅度第六章 直流稳压电源1.特性指标特性指标6.直流稳压电源的基本概念直流稳压电源的性能指标直流稳压电源的性能指标6.1.2第六章 直流稳压电源2.质量指标质量指标通常稳压电源的输出电压通常稳压电源的输出电压UO 的波动主要受输入电压的波动主要受输入电压UI 、负载电流、负载电流IO 和环和环境温度境温度T （ ） 这三个因素变化的影响，这三个因素变化的影响， 因此有因此有则输出电压的变化量的一般表达式可表示为则输出电压的变化量的一般表达式可表示为） 输入电压调整因素输入电压调整因素Su 和稳压系数和稳压系

4、数S） 输出电阻输出电阻Ro） 温度系数温度系数ST） 纹波电压纹波电压U第六章 直流稳压电源6.2 整流与滤波电路6.2 整流与滤波电路半波整流电路6.2.1第六章 直流稳压电源整流电路是利用二极管的单向导电性，整流电路是利用二极管的单向导电性， 将交流电变成单向脉动电压。在小将交流电变成单向脉动电压。在小功率直流电源中，功率直流电源中， 经常采用单相半波整流电路和桥式整流电路。半波整流经常采用单相半波整流电路和桥式整流电路。半波整流电路由电源变压器、整流二极管和用电负载组成，电路由电源变压器、整流二极管和用电负载组成， 半波整流电路如图（半波整流电路如图（a）所示。设变压器二次线圈的交流电

5、压为所示。设变压器二次线圈的交流电压为u ， uo 为脉动直流电压输出。为脉动直流电压输出。半波整流电路半波整流电路6.2.1第六章 直流稳压电源1.工作原理上图中上图中T 为电源变压器，为电源变压器， 它的作用是将交流电网电压它的作用是将交流电网电压u1 变成变成整流电路要求的交流电压整流电路要求的交流电压u2 ， RL 为负载电阻，为负载电阻， VD 为整流二为整流二极管，极管， 它是整流电路的关键器件，它是整流电路的关键器件， 主要是靠它的单向导电性主要是靠它的单向导电性完成整流任务。完成整流任务。在电压在电压u2 的正半周（设的正半周（设a端为正，端为正， b 端为负时是正半周）端为负

6、时是正半周） ， 二极管二极管VD 正向导通，输出电压正向导通，输出电压uo u2 ； 在电压在电压u2 的负半周的负半周（a 端为负，端为负， b 端为正时是负半周）端为正时是负半周） ， 二极管二极管VD反向截止，反向截止， 输出电压输出电压uo 。u 和和uo 的波形如图（的波形如图（b） 所示，所示， 显然，显然， 输入电压是双极性，输入电压是双极性， 而输出电压是单极性，而输出电压是单极性， 且是半波波形，且是半波波形， 输出电压与输入电压的幅值基本相等。输出电压与输入电压的幅值基本相等。6.2 整流与滤波电路半波整流电路6.2.1第六章 直流稳压电源2.主要参数计算在研究整流电路时

7、，在研究整流电路时， 主要考查整流电路输出电压平均值（即负主要考查整流电路输出电压平均值（即负载上的直流电压载上的直流电压Uo（AV） ） 和输出电流平均值（即负载上的直流和输出电流平均值（即负载上的直流电流电流IL（AV） ） 这两项指标。这两项指标。由理论分析可得，由理论分析可得， 输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为输出单向脉冲电压的平均值即直流分量为6.2 整流与滤波电路半波整流电路半波整流电路6.2.1第六章 直流稳压电源3.整流器件选择在整流电路中，在整流电路中， 一般应根据流过二极管电流的平均值和它所承一般应根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。受

8、的最大反向电压来选择二极管的型号。在单相半波整流电路中，在单相半波整流电路中， 二极管的正向平均电流等于负载电流二极管的正向平均电流等于负载电流平均值，平均值， 即即二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压，二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压， 即即6.2 整流与滤波电路单相桥式整流电路6.2.2第六章 直流稳压电源为了克服单相半波整流电路的缺点， 在实用电路中多采用单相全波整流电路， 最常用的是单相桥式整流电路。单相桥式整流电路如图（a） 所示， 图（b） 是它的简便画法。6.2 整流与滤波电路单相桥式整流电路6.2.1第六章 直流稳压电源1.工作原理设变压器二次电压设

9、变压器二次电压 ，其中，其中Um 为其幅为其幅值，值， U2为有效值。为有效值。在电压在电压u2 的正半周期（设的正半周期（设a 端为正、端为正、b 端为负时为正半周）端为负时为正半周） 时，时， 二极管二极管VD1 、VD 导通，导通， VD 、VD 截止；截止； 在电压在电压u 的负的负半周期时，半周期时， 二极管二极管VD 、VD 导通，导通， VD 、VD 截止。截止。u 和和uo 的波形如图所示，的波形如图所示， 显然，显然， 输入电压是双极性，输入电压是双极性， 而输出电而输出电压是单极性，压是单极性， 且是全波波形，且是全波波形， 输出电压与输入电压的幅值基本输出电压与输入电压的

10、幅值基本相等。相等。6.2 整流与滤波电路单相桥式整流电路6.2.2第六章 直流稳压电源2.主要参数计算设变压器二次电压设变压器二次电压 ， 其中其中Um 为其为其幅值，幅值， U 为有效值。由于桥式整流电路实现了全波整流，为有效值。由于桥式整流电路实现了全波整流， 它它将将u 的负半周也利用起来，的负半周也利用起来， 所以在变压器二次电压有效值相同所以在变压器二次电压有效值相同的情况下，的情况下， 负载上的直流电压是半波整流电路的两倍。负载上的直流电压是半波整流电路的两倍。由理论分析可得，由理论分析可得， 输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量输出全波单向脉冲电压的平均值即直流分量为为6.2

11、 整流与滤波电路单相桥式整流电路6.2.2第六章 直流稳压电源3.器件的选择在桥式整流电路中，在桥式整流电路中， 每个二极管在电源电压变化一周期内只有每个二极管在电源电压变化一周期内只有半个周期导通，半个周期导通， 所以流经每个二极管的平均电流为所以流经每个二极管的平均电流为（）（） 二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均二极管的最大整流电流必须大于实际流过二极管的平均电流。由于四个二极管是两两轮流导通的，电流。由于四个二极管是两两轮流导通的， 因此有因此有（ 2 ）二极管的最大反向工作电压）二极管的最大反向工作电压URM 必须大于二极管实际必须大于二极管实际所承受的最大反向峰值电压

12、所承受的最大反向峰值电压URmax ， 即即6.2 整流与滤波电路滤波电路6.2.3第六章 直流稳压电源整流电路的输出电压虽然是单一方向，整流电路的输出电压虽然是单一方向， 但是脉动较大，但是脉动较大， 含有较含有较大的交流成分，大的交流成分， 不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此，不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此， 一般在整流后，一般在整流后， 还需要利用滤波电路将脉冲的直流电压变为平还需要利用滤波电路将脉冲的直流电压变为平滑的直流电压。能够实现滤波的电路很多，滑的直流电压。能够实现滤波的电路很多， 常用的有电容滤波常用的有电容滤波电路、电感滤波电路、电路、电感滤波电路、LC滤波

13、电路。滤波电路。6.2 整流与滤波电路滤波电路滤波电路6.2.3第六章 直流稳压电源6.2 整流与滤波电路1.电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路是在负载的两端并联一个电容构成的。图（a） 所示为半波整流滤波电路， 图（b） 所示为桥式整流滤波电路。由于电容两端电压不会突变， 因而负载两端的电压也不会突变， 使输出电压得以平滑， 达到滤波的目的。滤波电路滤波电路6.2.3第六章 直流稳压电源6.2 整流与滤波电路2.电感滤波电路电感滤波电路电感滤波电路如图所示。电感滤波电路是利用电感的储能来减小输出电压纹波的。当电感中电流增大时， 自感电动势的方向与原电流方向相反， 自感电动势阻碍了电位的增加

14、同时也将能量储存起来， 使电流的变化减小； 反之当电感中电流减少时， 自感电动势的作用是阻碍电流的减少， 同时释放能量， 使电流变化减小， 因此， 电流的变化小， 电压的纹波得到抑制。关于电感滤波电路的几点结论：关于电感滤波电路的几点结论：（）（） L 越大、越大、RL 越小，越小， 输出电输出电压纹波越小。压纹波越小。（）（） 忽略电感内阻，忽略电感内阻， Uo（AV） .U2 （理论值）（理论值） 。（）（） 电感滤波适用于低电压、大电感滤波适用于低电压、大电流的场合。电流的场合。（）（） 工频电感体积大、重量大、工频电感体积大、重量大、价格高、损耗大、电磁辐射强，价格高、损耗大、电磁辐射

15、强， 因因此一般用得少。此一般用得少。由于市电交流电频率较低由于市电交流电频率较低（50Hz） ， 电路中电感电路中电感L 一般取一般取值较大，值较大， 约几亨以上。约几亨以上。滤波电路滤波电路6.2.3第六章 直流稳压电源6.2 整流与滤波电路3.其他滤波电路其他滤波电路为了进一步减小负载电压中的纹波，为了进一步减小负载电压中的纹波， 电感后面可再接一电容而电感后面可再接一电容而构成倒构成倒L 形滤波电路，形滤波电路， 如图所示。如图所示。第六章 直流稳压电源6.3 稳压电路第六章 直流稳压电源6.3 稳压电路整流滤波电路的输出电压并非是理想的直流电压，整流滤波电路的输出电压并非是理想的直流

16、电压， 它还会随电它还会随电网电压波动（一般有网电压波动（一般有 左右的波动）左右的波动） ， 以及负载和温以及负载和温度的变化而变化。为了获得更加稳定的直流电压，在整流、滤度的变化而变化。为了获得更加稳定的直流电压，在整流、滤波电路之后，波电路之后， 还需要稳压电路，还需要稳压电路， 以维持输出电压的稳定。以维持输出电压的稳定。常见的稳压电路有硅稳压管稳压电路、三极管串联型稳压电路、常见的稳压电路有硅稳压管稳压电路、三极管串联型稳压电路、三极管开关型稳压电路和集成稳压电路等。三极管开关型稳压电路和集成稳压电路等。稳压二极管及其稳压电路6.3.1第六章 直流稳压电源6.3 稳压电路它是一种大面

17、积结构的硅二极管，它是一种大面积结构的硅二极管， 由于在一定的条件下能起到稳定由于在一定的条件下能起到稳定电压的作用，电压的作用， 故称稳压管，故称稳压管， 图图形符号如图（形符号如图（a） 所示。稳压二所示。稳压二极管正常工作时，极管正常工作时， 处于反向击穿处于反向击穿区。区。稳压二极管的伏安特性与普通二稳压二极管的伏安特性与普通二极管相似，极管相似， 区别在于反向击穿区区别在于反向击穿区的曲线很陡，的曲线很陡， 几乎平行于纵轴，几乎平行于纵轴， 如图（如图（b） 所示。所示。1.稳压二极管稳压二极管稳压二极管及其稳压电路稳压二极管及其稳压电路6.3.1第六章 直流稳压电源6.3 稳压电路

18、稳压管稳压电路如图（稳压管稳压电路如图（c） 所示。一个稳压二极管所示。一个稳压二极管VZ 和一个限流电阻和一个限流电阻R 组成，组成，稳压管在电路中反接，稳压管在电路中反接， 与与负载电阻并联。稳压电路负载电阻并联。稳压电路是由稳压管是由稳压管VZ 的电流调节的电流调节作用和电阻作用和电阻R 的电压调节的电压调节作用互相配合来实现稳压作用互相配合来实现稳压的。的。2.稳压管稳压电路稳压管稳压电路串联型三极管稳压电路6.3.2第六章 直流稳压电源6.3 稳压电路串联型三极管稳压电路如串联型三极管稳压电路如图所示，图所示， 图中图中UI 是整流滤是整流滤波电路的输出电压，波电路的输出电压， VT为为调整管，调整管， A 为比较放大电为比较放大电路，路， UREF 为基准电压，为基准电压， 它由稳压管它由稳压管VZ 与限流电阻与限流电阻R 串联所构成的简单稳压串联所构成的简单稳压电路获得，电路获得， R 与与R 组成组成反馈网络是用来反映输出反馈网络是用来反映输出电压变化的取样环节。电压变化的取样环节。1.电路组成串联型三极管稳压电路6.3.2第六章 直流稳压电源6.3 稳压电路输出电压的变化量由反馈网络取样经过比较放大电路（输出电压的变化量由反馈网络取样经过比较放大电路（A） 放大后去控制调放大后去控制调整管整管VT 的的ce 极间电压降，极间电压降，