第15章 二极管整流及直流稳压电源

第15章直流稳压电源15.1单相整流电路

15.1.1单相半波整流电路

15.1.2单相全波整流电路15.2滤波电路

15.2.1电容滤波器

15.2.2电感滤波器

15.2.3型滤波器15.3稳压电源

15.3.1串联型稳压电源

15.3.2开关电源15.4集成稳压器

第21讲电源变压器:将交流电网电压u1变为幅度合适的交流电压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。前言：直流稳压电源的组成和功能整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo负载单相三相本课主要介绍：（1）单相半波整流（2）单相全波整流（3）单相桥式整流把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路分类：整流电路的任务：二极管可控硅桥式倍压整流半波全波15.1整流电路15.1.1单相半波整流电路二极管导通，uo=u2

把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通压降为0，反向电阻为无穷大。二极管截止,

uo=0+–+–u2>0

时:u2<0时:iou2uouDt2340u1u2T+RLuo+++uD利用二极管的单向导电性输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io

)：uo20t输出电压平均值输出电流平均值u1u2T+RLuo+++uDio二极管上的平均电流及承受的最高反向电压二极管承受的最大反向电压二极管上的平均电流＝负载的平均电流：二极管所承受的最大反向电压＝u2的峰值电压:u1u2T+RLuo+++uDiouD20t二极管参数选择二极管最大整流电流IF:

IF>ID(AV)二极管反向峰值电压URM：

URM>2UDRMuD1uD2u1u2T+RLuo+io+D2+u2D1++15.1.2单相全波整流电路原理：+–+–

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。在负载电阻RL两端产生直流电压uo。+–+–U2m2U2m1.用中心抽头变压器的单相全波整流电路u2uouD1t2340uD2tttD1导通D2导通输出电压平均值（Uo(AV)）,输出电流平均值（Io

(AV))uD1uD2u1u2T+RLuo+io+D2+u2D1++uo20t输出电压平均值输出电流平均值二极管的平均电流及承受的最大反向电压uD1uD2u1u2T+RLuo+io+D2+u2D1++uD120t二极管上的平均电流＝负载平均电流的一半：二极管所承受的最大反向电压＝u2峰值电压的2倍:2U2m2.单相桥式整流电路组成：由四个二极管组成桥路u1u2TD3D2D1D4RLuoRLD1D3D2D4u2uou2uo+–+–单相桥式整流电路原理当u2正半周时：

D1、D3导通，D2、D4截止。当u2负半周时：

D1、D3截止，D2、D4导通。u2D3D2D1D4RLuou2uouD1t2340uD2tttuD3uD4D1D3导通D2D4导通D1D3导通时，D2D4承受反向电压D2D4导通时，D1D3承受反向电压单相桥式整流电路的计算u2uouD1t2340uD2tttuD3uD4输出电压平均值:输出电流平均值:二极管平均电流：二极管最大反向电压：集成硅整流桥~+~-

+–u2uo+

–

+–u2D3D2D1D4RLuo14集成硅整流桥：u2uo+

–

~+~-

+–整流电路的主要参数(1)整流输出电压的平均值UO(AV)及负载上的平均电流IO(AV)(2)脉动系数S

S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与uo平均值之比。S越小越好。uo20t

用傅氏级数对全波整流的输出uo分解后可得:基波（3）二极管最大整流电流IF与反向峰值电压URM二极管参数选择二极管最大整流电流IF：IF>ID(AV)二极管反向峰值电压URM：URM>2UDRMID(AV)整流电路中二极管的平均电流UDRM整流电路中二极管的最大反向电压15.2滤波电路滤波电路的结构:

RC或RL无源低通滤波器整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo负载脉动直流电压平滑直流电压RLCu4u3电容与负载RL并联电感与负载RL串联LRLu4u315.2.1电容滤波电路（1）电容滤波原理CuCu1u2TD3D2D1D4RLuouotuC滤波原理用电容充放电的原理说明。(a)整流电路内阻ro<<RL时(b)整流电路内阻ro较大时uotuC无电容时的输出波形充电放电充电放电uotuC放电充电CuCu1u2TD3D2D1D4RLuo

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。二极管中的电流波形iD2,iD4iD1,iD3iD1,iD3iD2iD4iD3iD1负载电流的平均值越大，整流管导电时间越短，二极管的峰值电流越大。（2）电容滤波电路的近似计算输出电压平均值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

二极管承受的最高反向电压(T:交流电压的周期)一般取输出直流电压平均值负载电流平均值

二极管平均电流选择二极管参数：反向峰值电压URM>2UDRM整流电流IF＝（2～3）ID(AV)uo（3）电容滤波原理的低通滤波器用傅氏级数对全波整流的输出

u3

分解后可得:

频率越高，电容的容抗越小，所以

u3的高频分量通过电容滤掉，只有直流分量全部保留和一些低频分量保留，为输出uo。+ro整流电路RLCuou3+内阻u3uo15.2.2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(带铁心的电感线圈）就构成了电感滤波电路。u1u2TD3D2D1D4RLuoLu3电感滤波原理(低通滤波器解释）：

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，电感相当于短路,电压大部分降在RL上。当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：uou315.2.3型滤波器改善滤波特性的方法：采取多阶滤波（1）

RC–型滤波器（2）

LC–型滤波器RC1C2u1u2RLuoLC1C2u1u2RLuo15.3稳压电路稳压电路的作用整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo负载脉动直流电压平滑直流电压稳定直流电压稳压电路的类型稳压管稳压电路开关型稳压电路线性稳压电路常用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，目前使用较普遍。以下主要讨论线性稳压电路。稳压电路的主要性能指标(a)稳压系数S（越小越好）

稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。(b)输出电阻Ro

（越小越好）

输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。15.3.1串联型稳压电路(a)电路框图（四部分组成：调整管，基准电压，采样电路，比较放大器）输入直流电压（不稳定）输出直流电压（稳定）VB1URFUO调整管T1UI+RLUO比较放大采样电路基准电压调整管T1URFUO+UI+RLUO比较放大采样电路基准电压VB1

电路形式：因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度电压串联负反馈，故称之为：串联反馈式稳压电路。

稳压原理：若因输入电压变化或负载变化而使UO加大,比较放大电路使VB1变小,从而使UO降低。比较放大采样电路基准电压调整管(b)串联型稳压电路+CI+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+u2CORW调整管T1URFUO+UI+RLUO比较放大采样电路基准电压VB1原理框图(c)稳压原理Uo

某种原因（输入电压UI

增加或输出电流减小)使Uo升高时，有以下自动调节过程：+CI+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+u2CORWVC2VB1VB2VB2UoVC2（VB1）（分压器）（反相放大）（射极跟随）所以此电路有自动稳压作用。(d)输出电压的确定和调节范围+CI+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCu1+u2CORWRW2VB2RW1因为：所以：忽略UBE2例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。+++UZDZUOUIT1T2R1R2RZRLRCCORWRW2RW1时输出最大：时输出最小：输出电压的调节范围为：6V～12V。照片15.4集成稳压器将上述电路集成化：集成稳压器（三端稳压器）W7805123电路符号示意图W78051输入2地3输出特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：W7800系列——稳定正电压

W7805输出+5VW7809输出+9VW7812输出+12VW7815输出+15VW7900系列——稳定负电压

W7905输出-5VW7909输出-9VW7912输出-12VW7915输出-15VW7800系列稳压器外形及应用举例1端:输入端2端:公共端3端:输出端123

注意：要求输入与输出端之间的电压不得低于2V！W7805+_UO132CI0.1~1FCo1µFC+u1+u2500FU1=220VUC=1.2U2=9.6VU2=8VUO=+5V滤波电容消振电容滤波电容例如W7900系列稳压器外形及接线图123W7900系列1端:公共端