电路与电子技术基础 课件 第6章 直流稳压电路

第6章直流稳压电源教学目标与要求理解整流电路、滤波电路的主要参数选择与计算理解直流稳压电源的组成及各部分的功能；掌握串联型稳压电源电路的组成结构与工作原理；掌握集成三端稳压器的应用；了解开关电源的工作原理。1

第6章直流稳压电源6.1概述

在生产、科研和日常生活中，除了广泛使用交流电外，在某些场合，例如手机、蓄电池充电、直流电动机供电、同步电机励磁等，都需要直流电源。为了获得直流电，在大多数情况下，广泛采用各种半导体直流电源。

一般小功率半导体直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，其原理框图及各部分输出波形如图6-1所示。23概述

6.2单相桥式整流电路46.2.1单向半波整流电路1.半波整流电路组成

电源变压器、整流二极管、负载u2>0时:

二极管导通，uL=u2u2<0时:

二极管截止,uL=0+–iL+–u2uL

t

2340

可见，交流电变化一周，有半周二极管导通，而另外半周截止，负载RL上输出的电压波形为方向不随时间变化，大小随时间变化的脉动直流电。因为输入电压变化一周而负载上仅有半周输出，故称为半波整流。52.主要参数IL=UL/RL=0.45u2

/RL

uL

20t（2）输出电流平均值Io：IL

（1）输出电压平均值UL：66.2.2单向全波整流电路+–+–+–+–当u2正半周时，D1导通，D2截止。当u2负半周时，D2导通，D1截止。电路组成：电源变压器次级、两只整流二极管、负载。变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2。7全波整流电压波形u2uLuD1

t

2340uD28uL

20tIL=UL/RL=0.9u2

/RL

主要参数：（2）输出电流平均值IL：（1）输出电压平均值UL：ILUL=0.9u2（3）二极管承受的最高反向电压：96.2.3桥式整流电路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u2uL10-+u2负半周时：D2、D4

导通，D1

、D3截止u2uL11输出电压平均值：UL=0.9U2输出电流平均值:IL=UL/RL=0.9U2/RL

流过二极管的平均电流：ID=IL/2u2uL3.主要参数：二极管承受的最大反向电压：URM=22U

负载上得到的脉动直流电压，常用一个周期的平均值来说明它的大小。12例6-1：某电阻性负载，它需要一个直流电压为110V，直流电流为3A的供电电源，现采用桥式整流电路，试求变压器次级电压的有效值U2，并根据计算结果选择整流二极管型号。解：由公式可知，变压器次级电压的有效值为流过每一只整流二极管的平均电流为：每一只整流二极管承受的最高反向电压为：

13集成硅整流桥：u2uL+

–

~+~-

+–1415

6.3滤波电路166.3.1电容滤波电路1、电路组成及工作原理+-（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≥T/2）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=uL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)u2tiDtuc=uL纯电阻负载时，I2=1.52IL例6-2：单相桥式整流电容滤波电路如上图所示，已知输出电压U0=15V，RL=100Ω

，电源频率f=50Hz。试计算：1、变压器次级电压的有效值U2；2、滤波电容C的耐压值和电容量。解：（1）桥式整流电容滤波电路的输出电压为U0=1.2U2

则U2=12.5V（2）当负载空载时，电容器承受最大电压，所以电容器的耐压值为：可选取470/25V的电解电容。2、电容滤波电路的特点①电容滤波电路放电时间常数（τ=RLC）愈大，放电过程愈慢，输出中脉动成分愈小，输出电压愈高，滤波效果愈好。②滤波电容的选取实验证明，为了获得较好的滤波效果，一般按下式选择滤波电容

（8-7）

③输出电压的平均值在整流电路的内阻不太大（几欧姆）和放电时间常数满足式（8-7）时，单相桥式整流电容滤波电路输出电压的平均值约为UO≈1.2U2（8-8）④整流二极管的选取应选取较大容量的二极管，要求它承受正向电流的能力应大于输出平均电流的2～3倍。⑤电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小而且变化不大的场合。226.3.2电感滤波电路

滤波原理：对直流分量(f=0):XL=0相当于短路，电压大部分降在RL上。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。当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：

U0=0.9U2特点：L愈大，RL愈小，滤波效果愈好，电感滤波适用于电压较低、负载电流比较大的场合。缺点是电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。236.3.3复式滤波电路

无论是电容滤波电路还是电感滤波电路，它们都有各自的优点及不足。为了提高滤波效果，进一步减小输出电压中的脉动成分，可用电容和电感组成复合式滤波电路。

表6-1示出了几种复式滤波电路的形式、性能特点及适用场合，可供选用时参考。24【例6-3】单相桥式整流电容滤波电路如图6-5所示，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=200Ω，要求直流输出电压UO=30V，试选择整流二极管和滤波电容器。图6-5【例6-3】的图【解】①选择整流二极管流过二极管的电流为根据公式取UO=1.2U2，可求得变压器副边电压的有效值为二极管承受的最大反向电压为:因此可选用二极管2CP11，其最大整流电流为100mA，最高反向工作电压为50V。25②选择滤波电容根据公式，取则电容的耐压值应大于所以，选用容量为250μF，耐压为50V的电解电容器。26

6.4串联反馈式稳压电路27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(小功率设备)以下主要讨论线性稳压电路。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，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。

常用的串联反馈式稳压电路286.4.1稳压二极管稳压电路图6-6稳压二极管稳压电路

稳压管的电流调节作用是图6-6所示电路能够稳压的关键。它利用稳压管电压的微小变化，引起电流的较大变化，通过电阻R实现电压的调整作用，从而保证输出电压基本恒定。29选择稳压管时，一般取

UZ=UOIZM=(1.5～3)IOMUI=(2～3)UO

硅稳压管稳压电路的优点是结构简单，缺点是负载电流变化范围小，输出电压不能调节，且电压稳定性不够高，因此，仅适用于输出电压固定且要求不高的场合。301.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。31稳压原理：(1)当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ由图知：32(2)当负载电流变化时稳压过程：

ILUoURUoIZIR332、限流电阻的计算（1）当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值。即34

（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电阻的最小值。即

所以：356.4.2串联反馈式稳压电路36图8-7串联反馈式稳压电路

图6-7引入的是电压串联负反馈。由于负载与调整管串联，故该电路称为串联反馈式稳压电路。37

根据同相比例运算电路［见式（7-4）］的输入输出关系可得（8-10）

上式中，R’1R’2分别是将RP分为二部分时的等效值。

可见调节电位器RP，便可调节输出电压UO：

当Rp的滑动端移到最上端时，输出电压最小；当RP移到最下端时，输出电压最大。386.4.3线性集成稳压电路39（a）78××系列b）79××系列c)大功率、小功率稳压管

图6-8三端固定式稳压器的外形及引线排列404142图6.9三端固定式稳压器的典型应用电路43图6-9三端固定式稳压器的典型应用电路

图（c）是一种扩展稳压器输出电流的电路。当直流电源要求的输出电流超过稳压器的额定输出电流时，可采用外接功率管T的方法来扩大输出电流。图中，I2为稳压器的输出电流，IC为功率管的集电极电流，IR是电阻R上的电流，一般I3很小，可忽略不计，则I1≈I2，因而得出IC=βIB=β(I1－IR)≈β(I2－IR)44可见，用可调电阻来调整R2与R1的比值，便可调节输出电压UO的大小。图（d）是一种输出电压可调的电路。图中，U－≈U+，于是由KVL定律可得：45图6-9三端固定式稳压器的典型应用电路

图（e）是利用W78××与W79××相配合，得到正、负输出电压的稳压电路，其中，W78××与W79××的使用方法相同，只是要特别注意输入与输出电压的极性以及外引线的正确连接。462、三端可调式稳压器图6-10三端可调式稳压器的外形及引线排列

正常工作时，三端可调式稳压器输出端与调整端之间的电压为基准电压UREF，其典型值为1.25V。流过调整端的电流的典型值Iadj=50μA。三端可调式稳压器的基本应用电路如图6-11所示。4748调节电位器RW可改变R2的大小，从而调节输出电压UO的大小。49图6-11典型应用电路505152536.4.4开关型稳压电路由于串联型线性稳压电路中的调整管工作在放大区