模拟电子技术直流电源章节

第11章直流电源11.1概述11.2

整流电路小结11.3滤波电路11.4稳压电路11.5三端稳压电路11.6开关稳压电路本节重点：1直流电源的组成及每部分电路的作用。2、掌握桥式整流电路的组成及性能指标的计算。3、掌握桥式整流电路、电容滤波电路性能指标的计算。4、掌握串联型稳压电路的组成及输出电压调节范围的计算。11.1

概述滤波整流稳压变压交流电源负载组成框图电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压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。直流稳压电源的组成和功能整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo220V11.2

整流电路

11.2.1基本概念11.2.2单相半波整流电路11.2.3单相桥式整流电路11.2.4倍压整流电路

11.2.1基本概念整流电路的任务是利用二极管的单向导电性把正、负交变的电压变成单方向脉动的直流电压。

整流电路有单相整流，属于小功率整流（通常指由单相交流电源供电，功率在一千瓦以内），其中包括半波整流、全波整流、桥式整流、倍压整流等。另外还有三相整流（属于大功率整流）及多相整流（属于大功率整流）。11.2.2单相半波整流电路1、电路原理tO23u2tO23

uOtO23

iD=iOtO23

uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–2、主要参数1）、输出电压平均值2）、输出电流平均值3）、脉动系数

S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比。3、二极管极限参数选择1）、最大整流平均电流2）、最高反向工作电压tO23

uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–【例11-1】在单向半波整流电路中，已知变压器副边电压有效值=30V，负载电阻=100，试问:1、负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少?2、电网电压波动范围是±10%，二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值各为多少?解：1、负载电阻上电压平均值

≈0.45U2=0.45×30V=13.5V流过负载电阻的电流平均值2、二极管承受的最大反向电压

二极管流过的最大平均电流（1）组成：由四个二极管组成桥路u2正半周时:D1

、D3导通，D2、D4截止+–（2）工作原理：u2uL11.2.3、单相桥式整流电路-+u2负半周时：D2、D4

导通，D1

、D3截止u2uLu2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A

D1RLD3Bu2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:BD2RLD4A输出是脉动的直流电压！u2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoAB

波形tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iOu2D4D2D1D3RLuoAB1).整流输出电压平均值（Uo）全波整流时，负载电压Uo的平均值为:负载上的(平均)电流:整流输出电压的平均值Uo和输出电压的脉动系数S是衡量整流电路性能的两个主要指标。2.参数估算

S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1m与平均值Uo之比。2).脉动系数Ｓ用傅氏级数对全波整流的输出uo

分解后可得:平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择整流管的主要依据。例如：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流ID

是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：3.二极管极限参数选择4.简化画法+uoRLio~+u25.整流桥把四只二极管封装在一起称为整流桥~~【例11-3】某电子装置要求电压值为15V的直流电源，已知负载电阻等于100，试问：1、如果选用单相桥式整流电路，则变压器副边电压应为多大？整流二极管的正向平均电流最大反向峰值电压等于多少？输出电压的脉动系数S等于多少？2、如果改用单相半波整流电路，则，，和S各是多少？解：1、由电路条件可知：根据给定条件，可得输出直流电流为：由公式可得

此时脉动系数为：2、如改用单相半波整流电路，则

利用桥式整流电路实现正、负电源

11.3

滤波电路

11.3.1电容滤波11.3.2其他滤波电路滤波电路滤波电路的结构特点:电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。交流电压脉动直流电压整流滤波直流电压原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性,滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。io

+

uo=ucRLV1V4V3V2+u11.3.1电容滤波电路1.电路和工作原理Cio

+

uo=ucRLV1V4V3V2+uV导通时给C充电，V截止时C向RL

放电；滤波后uo

的波形变得平缓，平均值提高。电容充电电容放电C（1）空载（RL=∞）时：u2tuLtuc=uLu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。（2）接入RL（且RLC较大）时u2tiDtu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。二极管中的电流uc=uL2.波形及主要参数当RL=时：OtuO2当RL

为有限值时：通常取RLC越大UO

越大RL=为获得良好滤波效果，一般取：(T

为输入交流电压的周期)UO=1.2U2（1）输出电压平均值

【例11-6】在图11-10（a）所示电路中，要求输出电压平均值负载电流平均值。试问：

(1)滤波电容的大小；

(2)考虑到电网电压的波动范围为±10﹪，滤波电容的耐压值。解：(1)根据可知，C的取值满足的条件。电容的容量为(2)变压器副边电压有效值为电容的耐压值为实际可选取容量为300uF、耐压为25V的电容作本电路的滤波电容。[例11-7]

单相桥式电容滤波整流，交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=40，要求直流输出电压

UO=20V，选择整流二极管及滤波电容。[解]1.选二极管电流平均值：承受最高反压：选二极管应满足：IF(23)

ID可选：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或

1A、100V

整流桥2.选滤波电容可选：

1000F，耐压50V的电解电容。电路结构:

在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值:UL=0.9U2对谐波分量:

f

越高，XL越大,电压大部分降在电感上。

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：1.电感滤波电路二、电感滤波的特点整流管导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，适用于低电压大电流(RL较小)的场合。缺点是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。u2u1RLLuo11.3.2其他滤波器电路2.型滤波电路3.RC有源滤波电路

4.LC滤波器5.LC-П型滤波电路显然，LC–型滤波电路输出电压的脉动系数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波时，提高了输出电压。11.4

稳压电路11.4.1稳压电路的性能参数11.4.2稳压管稳压电路11.4.3串联型稳压电路11.4.1稳压电路的性能参数1.稳压系数2.输出电阻3.电压调整率定义为负载一定时稳压电路输出电压相对变化量与其输入电压相对变化量之比

表明电网电压波动的影响，其值愈小，电网电压变化时输出电压的变化愈小。式中为整流滤波后的直流电压。定义为稳压电路输入电压一定时输出电压变化量与输出电流变化量之比

定义为在额定负载且输入电压产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量

4.电流调整率

5.温度系数

6.纹波电压及纹波抑制比

定义为在输人电压一定且负载电流产生最大变化的条件下，输出电压产生的变化量输入电压和负载电流不变时，温度变化所引起的输出电压相对变化量与温度变化量之比。11.4.2稳压管稳压电路1.稳压管稳压电路的组成及原理2.稳压管稳压电路的性能指标(1)稳压系数(2)内阻（）3．电路参数的选择（1）稳压电路输入电压的选择UI=(2~3)UO（2）稳压管的选择（3）限流电阻及其选择

稳压管工作在稳压区所允许的电流变化范围应大于负载电流的变化范围UIUORRLIOIRIDZ稳压条件：当UI=UImax，IO=IOmin时，IDZ最大，则R值必须足够大，以满足IDZIZmax，即得UIUORRLIOIRIDZ得当UI=UImin，IO=IOmax时，IDZ最小，则R值必须足够小，以满足IDZIZmin，即因此，限流电阻R的选择必须满足：取中间值解：（1）由已知条件知可得

可取电阻R=200Ω（2）再由给定条件可求得则输出电阻为估算稳压系数时，取，则11.4.3串联型稳压电路1.串联型稳压电路的基本构成稳压管稳压电路的缺点：（1）带负载能力差（2）输出电压不可调2.工作原理稳压的实质：UCE

的自动调节使输出电压恒定

3.输出电压的调节范围【例11-8】在图11-24所示电路中，要求输出电压UO=10~15V,负载电流IL=0~100mA。已选定基准电压的稳压管参数为UZ=7V，IZ=5~33mA。（1）假设采样电阻的阻值选定为2KΩ，则R1，R2，R3三个电阻分别为多大？（2）估算电源变压器副边电压的有效值U2.

（3）估算基准稳压管的限流电阻R的阻值。

解：（1）由公式可知取由于取(电位器)。取（2）稳压电路的直流输入电压应为取,则变压器副边电压的有效值为（3）基准稳压管的限流电流应为故取

例：图示稳压电路1、指出电路的四个组成部分。2、求输出电压的调节范围。例：图示直流电源电路1、试说明电路四个组成部分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的作用。

2、说明稳压电路的类型，它由哪几部分组成，并指出每个组成部分对应的元器件。

3、求输出电压的调节范围。11.5

三端稳压电路11.5.2可调式三端稳压器11.5.1固定式三端稳压器CW7800

系列(正电源)CW7900系列(负电源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、78、79系列的型号命名输出电流78L

××/79L××—输出电流100mA78M××/9M××—输出电流500mA78××/79××—输出电流1.5A输出电压11.5.1固定式三端稳压器例如：CW7805

输出

5V，最大电流

1.5ACW78M05

输出

5V，最大电流

0.5ACW78L05

输出

5V，最大电流

0.1A封装CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符号CW7800++312CW790012_3_塑料封装金属封装二、CW7805的内部结构和基本应用电路内部结构+UI取样电路调整电路保护电路基准电压比较放大启动电路+UO1.基本使用方法+20V+15V注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。二.三端固定式集成稳压器的使用

C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。（1）基本应用电路Uo=12VW7812132C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止输入端短路时C3反向放电损坏稳压器抵消输入长接线的电感效应，防止自激改善负载的瞬态响应，消除高频噪声（2）输出正、负电压的电路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F（3）提高输出电压电路W78132

CiC2+UO+UI

+UR1R2IQI1I2静态电流58mA要求输出电压UO>U

公共端电流IQ较大，一般为几十微安至几百微安（4）输出电压可调稳压电路W78

C1C2+UI

+U+UOR1R2R3R48(虚短)可产生小于U

的输出电压UO（5）恒流源电路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F10一、典型产品型号命名CW117/217/317系列(正电源)CW137/237/337系列(负电源)工作温度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C11.5.2可调式三端稳压器基准电压1.25V输出电流L型—输出电流100mAM型—输出电流500mA二、CW117内部结构和基本应用电路内部结构调整电路基准电路误差放大启动电路偏置电路保护电路IREFUIUOADJ123外形引脚CW1171