第7章-直流电源

第七章电子技术1第四节、集成稳压电源第三节、稳压电路第二节、滤波电路第一节、整流电路第七章直流电源2在电子线路和自动控制装置中需要电压非常稳定的直流电源。广泛采用半导体直流电源，将电网提供的交流电转换为直流电。第一节、整流电路1、将市电220V转变为直流电。

2、当电网电压变化或负载变化时，保证输出直流电压稳定。功能：3第一节、整流电路变压整流滤波稳压交流220V50HZ交流电压脉动直流电压有波纹的脉动直流电压直流电压半导体直流电源原理方框图原理方框图：4

电源变压器：将电网220V或380V的工频交流电压变换为符合整流需要的电压值。第一节、整流电路

整流电路：利用二极管的单向导电性将交流电压变成脉动的直流电压。

滤波电路：利用电容、电感等电路元件的储能特性，将脉动直流电压变成较恒定的直流电压。

稳压电路：当电网电压波动或负载变化时，稳压电路自动维持直流输出电压稳定。

各环节作用：5第一节整流电路一、单相桥式整流电路二、三相桥式整流电路6第一节、整流电路整流电路单相三相单相半波整流电路单相桥式整流电路单相全波整流电路三相半波整流电路三相全波整流电路三相桥式整流电路7一、单相桥式整流电路

第一节、整流电路（一）电路组成D1D2D4D3RLu2+-uO+-

习惯画法RLD1~D2+-220V50Hz8(二)工作原理

1、u2正半周时：D1、D3导通,D2、D4截止，负载RL上得到一个半波电压；D2、D4承受反向电压。

2、在u2的负半周：D2、D4导通，D1、D3截止，负载RL上也得到一个半波电压；D1、D3承受反向电压。结论：尽管u2方向是交变的，但通过RL的电流、电压方向不变，在负载上得到了大小变化而方向不变的脉动直流电流和电压。第一节、整流电路u2+-uO+-+-220V50HzD1D2D4D3RL9第一节、整流电路iD1iD3iD2iD4uD1uD3uD2uD4uo,iooωtiDoωtuDoωtu2,i2oωtπ2π3π

D1D2通D3D4通变压器次级电压u2、i2二极管承受的电压uD二极管电流iD

输出uo、io10（三）定量分析1、脉动直流电压的平均值2、负载电流的平均值≈0.9U2第一节、整流电路I2＝（1.1～1.3）IO

3、变压器副边电流有效值11（四）二极管的选择1、流过二极管平均电流是负载RL上电流Io的一半2、二极管截止时承受的最高反压

就是变压器副边交流电压u2的最大值U2m。

第一节、整流电路

设二极管为理想化，D1

、D3导通时，视为短路则截止管D3、D4与RL、U2并联关系。D3和D4分别承受反压为U2的振幅值。u1+-uO+-u2+-RLD1D2D4D312

[例7-1-1]有一额定电压为110V、阻值为80Ω的直流负载。如采用单相桥式整流电源供电，交流电压为220V。（1）如何选用整流二极管？（2）求整流变压器的变压比及容量。

第一节、整流电路解：（1）变压器副边电压的有效值为UO＝0.9U2

流过每个二极管的平均电流为：每个二极管承受的最大反向电压：

查表可知，选用4个整流二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。13第一节、整流电路

（2）考虑到变压器副绕组及管子上的压降，变压器的副边电压大约应高于上面计算值的10%，即：变压器的变压比:每变压器电流的有效值为:变压器的容量为:14二、三相桥式整流电路第一节、整流电路（一）电路组成

D1RLuoD6

D3D5D4D2io

Cbau++––

o共阳极组共阴极组三相变压器

三相变压器：原绕组接成三角形，副绕组接成星形。15第一节、整流电路–++–+BAC–三相电源的三角形联结三相负载的星形联结

NRARCRBABNC复习16第一节、整流电路复习相量图波形图相量表示EBEA..120°120°120°EC.三相电动势瞬时表示式e0eAeBeC2

120°240°360°三相电路17（二）工作原理第一节、整流电路在t1~

t2

期间共阴极组中：a点电位最高，D1导通。

共阳极组中：b点电位最低，D4导通。负载两端的电压为线电压uab

D1RLuoD6

D3D5D4D2io

Cbau++––

o负载电压变压器副边电压uouaubuC2

uoot1t2t3t4t5t6t7t8t918t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo结论：

在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120°）。

D1RLuoD6

D3D5D4D2io

cbau++––

o变压器副边电压负载电压uouaubuC2

第一节、整流电路19

因D1、D3、D5三个二极管的阴极接在一起，其阴极电位相同，所以阳极电位最高者导通；

D2、D4、D6三个二极管阳极接在一起，其阳极电位相同，所以阴极电位最低者导通。第一节、整流电路t1t2t3t4t5t6t7t8t9uoo负载电压uouaubuC2

20第一节、整流电路

在t1~

t2期间，a点电位最高，D1导通，D3、D5承受反向电压而截止；b点电位最低，D4导通，并使D2、D6承受反向电压而截止。

在t2~

t3期间，a点电位最高，c点电位最低，

D1、D6导通，其余四个二极管都截止。

结论：每组二极管每隔5/6周期轮流导通，而每个二极管导通1/3周期，任何时刻负载上的电压均为变压器副边的线电压，其大小等于变压器副边三相相电压的上下包格线间的垂直距离所对应的电压值。21第一节、整流电路负载上的电压（脉动电压）平均值：（三）定量关系负载中的电流平均值：

每个二极管流过的平均电流：每个二极管承受的最高反向电压（变压器副边电压的幅值）：22第二节滤波电路23整流滤波1、滤波电路的功能：减小整流电压的脉动程度。交流电压脉动直流电压有波纹的直流电压第二节、滤波电路2、常用滤波元件：电容、电感。

3、分类：电容滤波、电感滤波、复式滤波（有Γ型滤波、π型滤波、RC滤波）。24RL滤波电路的分类Ui+_Uo+_电容滤波RL电感滤波CUi+_Uo+_复式滤波CΓ型滤波π型滤波RC滤波CCRCCC第二节、滤波电路25第二节、滤波电路+C（一）电路组成一、单相桥式整流电容滤波电路与负载并联一个电容量较大的电容器C。利用C的充放电作用。二极管导通时电容器C充电，二极管截止时电容器C对负载电阻RL放电，从而使负载电压和电流趋于平滑。u1+-uO+-u2+-RLD1D2D4D3（二）滤波原理26关键看D两端电位大小时间域分析法D1左端为u2,右端为uC=uO当u2>uC时:D1导通,u2给C充电,uC↑→uO↑当u2<uC时:D1截止,C向RL放电,uC↓→

uO↓交流u2一个周期内充放电2次分析要点+Cu1+-uO+-u2+-RLD1D2D4D3第二节、滤波电路27第二节、滤波电路T2TD1、D3导通D2、D4导通时间域分析法tOu2

uO=uCu2uC=uO+CuO+-u1+-u2+-RLD1D2D4D3关键看D两端电位大小u'O+-28第二节、滤波电路未整流的正弦波形未加滤波电容前的波形加滤波电容后的波形

短时间内为C充电，流过二极管的瞬时电流很大。u2ωt0uOωt0u'Oωt0iDωt029（三）电容滤波整流电路的特点

1、二极管导电角＜π。只有︱u2︱＞uC时，才有一对二极管导通。所以通过二极管的电流iD是周期性的脉冲电流。通常C愈大，冲击电流也愈大。选择二极管时，其整流电流值应选得大一些，以保证安全。

2、负载上直流电压平均值及其平滑程度与放电时间常数τ＝RLC有关，τ愈大放电愈慢，输出电压平均值愈大波形愈平滑。第二节、滤波电路适用于要求输出电压较高、负载电流较小、且负载基本不变的场合。30三、复合式滤波电路第二节、滤波电路Ru2RLuo++––~+C2+C1为减小输出电压的脉动程度，用电容和电阻组成复合式滤波电路。工作原理：C1、C2对高频分量有分流作用，频率愈高，RL//XC2的阻抗值越小，输出电压的高频分量大部分降在R上，使负载电压中的高频分量减小，波形平滑。

形RC复式滤波电路R>>RL//XC231第二节、滤波电路Lu2RLuo++––~+C2+C1电感线圈的直流电阻小而交流感抗大，其滤波效果好于RC-

型滤波电路。但电感线圈体积大、成本高，所以只适用于负载电流大、对滤波要求较高的场合。

R太大直流压降增大，只适用于负载电流较小的场合。可用电感线圈L代替R。

形LC复式滤波电路32第二节、滤波电路[例7-2-1]有一直流负载，要求UO＝24V，IO＝300mA的直流电源。拟采用桥式整流电容滤波电路。试选择各元件。解：（1）选择整流二极管桥式整流电容滤波电路UO＝1.2U2，所以变压器副边电压有效值是:整流二极管承受的最高反向电压：通过二极管的平均电流：查表，可选2CP21整流二极管。33第二节、滤波电路（2）选择滤波电容根据τ＝RLC，，取RLC＝4×T/2＝2T工频交流电T＝0.02s,又因所以，RLC＝2T＝0.04s可求得：选用500μF、50V的电解电容器。34第二节、滤波电路（3）选择整流变压器已算得U2＝20V，若考虑二极管正向压降及导线电阻压降，所需U2还应高一些，可利用变压器抽头进行调整。变压器副边电流有效值：在电容滤波整流电路中，变压器副边通过脉冲电流为非正弦电流，其有效值大于负载平均电流值IO，一般取I2＝（1.1～1.3）IO。现取：I2＝2IO＝2×300mA＝600mA35EDA实验链接EDA14实验目的：了解全波整流和电容滤波。实验步骤：1、断开开关，用双踪示波器观察输出电压波形。

2、闭合开关，观察输出电压波形。实验十四、整流滤波电路建立电路：1、建立桥式整流电路。

2、加电容滤波由开关控制。36整流滤波电路EDA实验37EDA实验

结论:

利用二极管实现了全波整流，利用电容实现了滤波功能。实验数据：全波整流电容滤波输入波形输出波形输入波形输出波形38第三节一、稳压管稳压电路二、串联型稳压电路393、稳压电路种类:并联稳压电路（稳压二极管组成）串联型稳压电路

1、直流输出电压不稳定因素:

（1）交流电网电压波动。（2）负载电流变化。（3)温度变化。

概述第三节、稳压电路

2、稳压电路的作用：当交流电源电压波动、负载或温度变化时，维持输出电压稳定。40第三节、稳压电路一、稳压管稳压电路

（一）组成：稳压电路接在整流滤波电路之后，整流滤波电路的直流输出电压是稳压电路的输入电压U1，稳压后的电压为UO。+C+-UOUI+-IZIOIRDZ电压关系式：UI=UR+UO

IR=IZ+IO限流作用调节作用RRRL41第三节、稳压电路复习稳压二极管

稳压作用

反向击穿区域。

∆i大变化,∆u基本不变。＋－阳极阴极UZ

iuiOIZMIZ

u＋－Dz42第三节、稳压电路（二）工作原理当交流电源电压波动引起U1升高时，

同样，当负载电流变化引起输出电压UO变化时，稳压电路也能起到稳压作用，使UO基本不变。电网电压UIUZIZURUOUOIR+C+-UOUI+-IZIOIRDZ电压关系式：UI=UR+UO

IR=IZ+IORRLUO基本上保持不变。43第三节、稳压电路

可见：在稳压电路中，起自动调节作用的主要是稳压管DZ，当输出电压UO有较小变化时，将引起稳压管电流IZ较大的变化，通过R起到补偿作用，从而保持输出电压UO基本不变。

优点：元件少，电路简单。

缺点：①一是受稳压管最大稳定电流的限制，负载取用电流不能太大；②二是输出电压不可调节，并且电压的稳定度也不够高。适用于负载电流较小，稳定度要求不高的场合。44（一）电路组成第三节、稳压电路二、串联型稳压电路以集成运放为放大环节的串联型稳压电路TR"1R2R'1RLR3R1DZ++-∞+-UZ+UF-UI+-+UO-调整管比较放大取样电路基准电压组成框图串联型稳压电路——调整管的c-e与RL串联45第三节、稳压电路由取样、基准、放大和调整4部分组成，一般还设有保护电路。

取样电路——R1和R2,把UO的变化量取样（即UF）

。

基准电路——R3、DZ，获得稳定的基准电压UZ

。输入电压——UI整流、滤波环节后的输出电压。

输出电压——UO为稳压后的直流电压。46第三节、稳压电路（二）工作原理+-UZ+UF-UI+-+UO-IO-UCE+UB+-UBE+-TR"1R2R'1RLR3R1DZ++-∞当UO变化时，取样电路把UO的变化取样加到运放的反相输入端，由于同相输入端接稳定的基准电压UZ，故运放输出端电压的变化只反映取样电压UF的变化。输出电压加到调整管T的基极，使T的管压降变化，以补偿UO的变化，维持UO基本不变。47第三节、稳压电路IO+-UZ-UCE++UF-UI+-+UO-UB+-UBE+-TR"1R2R'1RLR3R1DZ++-∞电网电压UIUFICUOUBUCEUO如果需要改变输出电压，可调节电位器R1。当R1滑动端向上移动时，UO减小；反之，UO增加。48第三节、稳压电路由于运算放大器调节方便，电压放大倍数很高，输出阻抗较低，因而可以获得极其优良的稳压特性。（三）用途：可获得稳定性很高的输出电压，并且输出电压可以调节，又可以输出较大的电流，应用很广泛。49第四节50第四节、集成稳压电路

也称集成稳压器，即把稳压电路中的大部分元件或全部元件制作在一片硅片上而成为集成稳压块，一块就是一个完整的稳压电路。大多数集成稳压电路均采用串联型稳压电路。特点：体积小，重量轻、可靠性高，使用灵活，价格低廉。一、组成51第四节、集成稳压电路启动电路：为保证各环节在开机时能正常工作的电路。

保护电路：为在过载时（如输出电流过大、工作电压过高）免于损坏的电路。集成稳压电路框图调整管比较放大取样电路启动电路基准电路保护电路52第四节、集成稳压电路二、分类集成稳压电路按工作方式分按输出电压方式分按结构分线性串联型开关串联型固定式可调式三端式多端式W7800系列（输出正电压）W7900系列（输出负电压）☓☓为输出电压值53第四节、集成稳压电路W7800系列稳压器外形1—输入端3—公共端2—输出端78xxW7900系列稳压器外形1—

公共端3—输入端2—输出端79xx塑料封装（一）外形、结构和符号三、应用举例54第四节、集成稳压电路外形和符号55第四节、集成稳压电路W7800123COCiUO+-UI+-3个引出端输入端－1公共端－3输出端－2接线图

三端集成稳压器——具有UI、UO和公共端三个引出端。56第四节、集成稳压电路引出端的排列方式W7800和W7900系列引出端排列方式表金属封装塑料封装输入公共输出输入公共输出W7800和W7800M132123W7800L132321W7900系列31221357第四节、集成稳压电路使用时，只需分别在其输入端、输出端与公共端之间各并联一个电容即可。W7805123COCiUO+-UI+-抵消输入端接线较长时的电感效应，防止自激振荡，改善波形为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压较大的波动。改善负载的瞬态响应58第四节、集成稳压电路（二）性能参数XWY005系列WB824系列W7800系列输出电压UO12V、15V、18V、20V、24V5V、12V、15V、18V、24V5V、8V、12V、15V、18V、24V26最高输入电压UImax26V～36V（分档）20V～36V（分档）35V最大输出电流IOmax0.5～1A（分档）0.2～2A（分档）2.2A最小输入输出电压差≤4.5V4.5V2～3V输出阻抗r00.05～0.5Ω0.03～0.15Ω电压调整率sr0.04%～0.16%0.04%～0.16%0.1%～0.2%最大功率无散热片1W，有散热片6～12W（分档）无散热片1.5W,有散热片3～25W（分档）三端集成稳压器性能参数表59第四节、集成稳压电路（三）应用电路1、提高输出电压的电路可使输出电压高于稳压器输出电压。U╳╳

+-UZ+-UI+-UO+-（a）基本电路UO=U╳╳+UZRDZ123COCiW78╳╳60第四节、集成稳压电路（b）含有放大环节的电路UI+-UO+-R1123W78╳╳++-∞COCiR2R3R'2电压跟随器升压调压取样电路输出电压:(R＝R1＋R2＋R3)调节电位器R2可使输出电压改变，但R值不可过小，以免影响