第7章 直流稳压电源-lm

第7章直流稳压电源12电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo整流电路滤波电路稳压电路整流电路: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u0的稳定。直流稳压电源的组成和功能3稳压电源的质量指标输出电压范围：输出电压连续可调的范围额定负载电流：长时间工作允许输出的最大电流稳定程度：抗电网不稳定度Sr，表明稳压电源抗拒电网电压变化的能力电源内阻：衡量直流电源适应负载电流变化能力的指标，内阻越小，输出电压愈稳定纹波电压：输出的直流电压中所含的交流成分，通常以有效值或峰峰值表示4整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。整流滤波电路常见的小功率整流电路，有单相半波、全波、桥式和倍压整流等。为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。单相整流电路567.1.1单相半波整流电路u2>0:导通i0u1u2aTbDRLu0忽略二极管正向压降：u0=u2uiuoi0=u0/RL7u2<0时，二极管截止,输出电流为0。截止u0=0u1u2aTbDRLu0i0uiuoi0=08vo(4)输出电压平均值（Vo）：(1)输出电压波形：v1v2aTbDRLvoiL(3)二极管上承受的最高电压：(2)二极管上的平均电流：ID=ILuD

20tUDRM97.1.2

单向全波整流电路+–+–+–+–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。10全波整流电压波形u2uLuD1

t

2340uD211uL

20tIL=UL/RL=0.9U2

/RL

（2）输出电流平均值IL：（1）输出电压平均值UL：IL12uD

20t（3）流过二极管的平均电流：ID

=IL/2（4）二极管承受的最高反向电压：137.1.3单相桥式整流电路桥式整流电路+-v2正半周时电流通路v1v2TD4D2D1D3RLvo1.工作原理14桥式整流电路-+v0v1v2TD4D2D1D3RLv2负半周时电流通路15v2>0时D1,D3导通D2,D4截止电流通路:A

D1

RL

D3

Bv2<0时D2,D4导通D1,D3截止电流通路:B

D2

RL

D4

A输出是脉动的直流电压！v2桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形vD4,vD2vD3,vD1vov2D4D2D1D3RLvoAB16几种常见的硅整流桥外形：+AC-~+~-~+-~u2uL+

–

17负载电压U0的平均值:负载上的(平均)电流:每个二极管只有半周导通。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：uo(io)18电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo整流电路滤波电路稳压电路整流电路: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u0的稳定。直流稳压电源的组成和功能197.2滤波电路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。20电容器电容器，顾名思义，是‘装电的容器’21u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL未接入时u2t设t1时刻接通电源t1充电结束忽略整流电路内阻u0t没有电容时的输出波形1.电容滤波(以单向桥式整流电容滤波为例进行分析)22v2tvot只有整流电路输出电压大于vo时，才有充电电流iD

。因此整流电路的输出电流是脉冲波。整流电路的输出电流iDav1v2v1bD4D2D1D3RLvoSC+–iD可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。23u1u2u1abD4D2D1D3RLu0SCRL接入（且RLC较大）时u2tuot电容通过RL放电，在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止，整流电路不为电容充电，uo会逐渐下降。24近似估算:UL=1.2U2(b)流过二极管瞬时电流很大整流管导电时间越短

iD的峰值电流越大电容滤波电路的特点：(a)UL与RLC的

关系：RLC愈大

C放电愈慢

UL(平均值)愈大RLC较大一般取：(T:电源电压的周期)u2tuc=uL结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。251)电感滤波电路结构:

在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。电感滤波电路v2v1RLLvo26电感器(Inductor)是能够把电能转化为磁能而存储起来的元件。电感器，它只阻止电流的变化。如果电感器在没有电流通过的状态下，有电流通过，则它阻止电流流过它；如果电感器在有电流通过的状态下，电路断开，则它将试图维持电流不变。272.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。

UL=0.9U2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。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：28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。u2u1RLLuo293.其它滤波电路为进一步改善滤波特性，采取多级滤波。LC滤波电路RCπ型滤波电路307.3直流稳压电源稳压电路的作用:交流电压脉动直流电压整流滤波有波纹的直流电压稳压直流电压317.3.1稳压管稳压电路稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性。

由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。++++UDziLRz-oU-++RUIZILI32(1)当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ++++UDziLRz-oU-++RUIZILI33(2)当负载电压变化时稳压过程：

++++UDziLRz-oU-++RUIZILI

IL↑→I↑→UR↑→UZ↓（UO↓）→IZ↓→I↓→UR↓→UO↑34稳压电阻的计算稳压性能与动态电阻、稳压电阻R有关稳压管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。稳压电阻R

的作用电压调节、限流35稳压电阻的计算如下：

Izmin：当输入电压最小，负载电流最大时

Izmax：当输入电压最大，负载电流最小时(1)(2)VoIZDZRILRLIR+-VR+-+-VI36稳压管稳压电路优点 电路结构简单使用方便缺点 输出电压不可调稳压精度低37§7.4

串联型稳压电路

38串联式稳压电源稳压管稳压电路的缺点：（1）带负载能力差（2）输出电压不可调改进：（1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器UO=UZ-0.7V负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+

）倍。39改进：（2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈的放大器。调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。

40串联式稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。T+_VIVO比较放大基

准取

样VRFVO+_C2RL调整元件+–+–2.具有放大环节的串联型稳压电路41T+_VIVO比较放大基

准取

样VRFVO+_C2RL调整元件+–+–调整元件T：与负载串联，通过全部负载电流。可以是单个功率管，复合管或用几个功率管并联。比较放大器：可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。基准电压：可由稳压管稳压电路组成。取样电路:取出输出电压VO的一部分和基准电压相比较。42典型实际电路——电压负反馈

串联型稳压电路方框图A-+43由四部分组成：基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。1.串联型稳压电源的构成442.工作原理（1）输入电压变化时实质：电压负反馈UiUfUoUoUo1UCE45（2）负载电流变化时ILUo1UoUCEUoUf463、输出电压的确定和调节范围R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB2()22221BEZWWOVVRRRRRV++++=()2221maxBEZWOVVRRRRV+++=()2221minBEZWWOVVRRRRRV++++=47四

、影响稳压特性的主要因素

2.流过稳压管的电压随

VI波动，使VZ不稳定，降低了稳压精度。1.电路对电网电压的波动抑制能力较差。R3T1T2VZRRW1RW2R1RWR2RLVO+_+_VIVB23.温度变化时，T2组成的放大电路产生零点漂移，时输出电压的稳定度变差。48§7.4

集成稳压电源随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。本节主要介绍常用的W7800系列三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。491端:输入端2端:公共端3端:输出端W7800系列稳压器外形1231端:公共端2端:输入端3端:输出端W7900系列稳压器外形12350注：型号后XX两位数字代表输出电压值输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、

24V等

。三端集成稳压器固定式可调式正稳压W78XX负稳压W79XX1)集成稳压电源的分类511.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78

、负电压79

）恒流源基准电压电路调整电路比较放大减流保护过热保护启动电路取样电路52

一、输出为固定电压的电路2)应用电路输出为固定正压时的接法如图所示。注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！+_W7800系列稳压器

基本接线图CoW7800CIVI+_Vo1320.1~1

F1µF53输出负电压的稳压电路54二

、输出正负电压的电路正负电压同时输出电路W78XXCIVI+_VO132+_CIW79XX13COCO2VO55COW78XXCIVI+_+_VO132VXXVZRDZVXX:为W78XX固定输出电压

VO=VXX+VZ三、提高输出电压的电路56四、输出电压可调式电路用三端稳压器也可以实现输出电压可调，下图是用W7805组成的7－30V可调式稳压电源。W7805132R1CICoVI76234VoR2F0070.33

33V10k0.1µA+-57(VXX=5V)运算放大器作为电压跟随器使用,它的电源就借助于稳压器的输入直流电压。由于运放的输入阻抗很高,输出阻抗很低，可以克服稳压器受输出电流变化的影响。Vo1ooVRRRVVV2121+===+-XXooVVV+=1)1(12RRVVXXo+×=W7805132R1CICoVI76234VoR2F0070.33

33V10k0.1µA+-58三端可调式集成稳压器图8.10三端可调式集成稳压器591．整流电路（利用二极管的单向导电性）