直流电源供给的功率

山西财贸职业技术学院应用电子系第11章功率电子电路第11章功率电子电路低频功率放大电路11.1直流稳压电源11.2功率半导体器件11.3变流电路11.4第一节低频功率放大电路1、低频功率放大电路的特点2、低频功率放大电路的类型及分析功率电子电路我们熟悉的扩音机，最后总要与扬声器（喇叭）相接，使其发出宏亮的声音。在电视机中，最后总要与偏转线圈相接，使荧光屏上的光点随信号偏移。在实用多级放大电路的末级（即输出级）,通常总是要求既能输出较高的电压，又能输出较大的电流。因为电压放大电路的输出电压大而输出电流并不大，即输出功率比较小。不能很好的驱动负载。总之，是以输出较大功率为主要指标，所以通常将这一级的电路称为功率放大电路，简称功放。低频功率放大电路

要求输出功率尽可能的大

要求效率要高

非线性失真要小

晶体管的安全工作区图11-1晶体管的安全工作区功率放大电路特点

功放管的散热要好

采用图解分析方法

功率放大电路的分类及分析

功率放大电路分类按照工作频率的不同分为低频功率放大电路和高频功率放大电路两种。我们学习低频功率放大电路。按照放大电路与负载之间的耦合方式，常将乙类功率放大电路分为变压器耦合式、单电源无变压器耦合方式（OTL）和双电源无输出电容直接耦合方式（OCL）三种。按晶体管工作状态（导通时间）的不同放大电路有甲类、甲乙类和乙类三种类型。首先介绍应用最广泛的乙类功率放大电路。

甲类

Q点较高，选在线性放大区的位置。

电路的特点是：静态电流较大，在输入信号的整个周期内晶体管均导通（即导通角θ=360º）均有集电极电流。放大电路输出信号波形与输出信号波形相似不会产生失真电路图如图11-2（a）所示。

甲乙类

Q点较低，选在靠近截止区的位置。

电路的特点是：静态电流较小，晶体管的导通时间大于半个周期且小于一个周期（即θ=180º～360º之间），输出只有半个波形与输入波形相似，另半个波形有严重的截止失真。电路图如图11-2（b）所示。乙类

Q点低，选在截止区的位置。

电路的特点是：静态电流为零，晶体管只有半个周期导通，另半个周期截止（即导通角θ=180º）输出波形只保持半个周期，产生了严重的失真。

电路图如图11-2（c）所示。图11-2Q点下移对放大电路工作状态的影响

乙类互补对称功率放大电路

（OCL电路）电路组成及工作原理

乙类互补对称功率放大电路如图11-3所示。其中(a)为输入电压波形，(b)为原理电路，©为输出电压波形。图11-3

双电源OCL电路

T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管其它特性接近，两管的基极和发射极分别连接在一起，信号从基极输入、发射极输出，RL为负载电阻，正、负电源对称。当ui=0时，静态电流为零，故工作在乙类。在有信号输入时,T1和T2轮流导通，犹如一推一拉的工作，故称推挽式电路。由于两个管子互补对方不足，工作特性对称，所以这种电路通常称为互补对称推挽电路（OCL电路）。动态分析计算如图11-4（a）所示，表示在图11-3电路中ui为正半周时T1的工作情况。图中假定，只要uBE>0，T1就开始导通，在一周期内T1导通时间约为半周期。T2的工作情况和T1相似，只是在信号的负半周导通。为了便于分析，将T2的特性曲线画在T1特性曲线的右下方，并令二者在Q点，即uCE=VCC处重合，形成T1和T2的所谓合成曲线，如图11-4（b）所示。这时负载线通过VCC点形成一条斜线，其斜率为。显然，允许的iC的最大变化范围为2Icm，uCE的变化范围为2（VCC－VCES）=2Ucem=2IcmRC。如果忽略管子的饱和压降UCES，则Ucem=IcmRC≈VCC。图11-4双电源OCL电路图解分析

根据以上分析，不难求出工作在乙类的互补对称电路的输出功率、电源供给的功率、管耗和效率

输出功率PO

输出功率是输出电压有效值UO和输出电流有效值IO的乘积。设输出电压的幅值为UOm，输出电流的幅值为IOm，输出功率为：

由于图11-3中的

T1、

T2工作在射极输出状态，所以Au≈1。当输入信号足够大，使Uim=Uom≈Ucem=VCC-UCES≈VCC时，负载可以获得最大输出功率。即：

直流电源供给的功率PV如输入信号为正弦波，则

在一个周期内电源供给的功率为：

PV与iC峰值Icm成正比。这说明信号越强，电源供给功率PV越大。集电极耗散功率（功耗）PT

电源供给的功率一部分转换为有用功率PO输出，另一部分则以发热的形式消耗在晶体管上，因此，电源供给的功率PV与输出功率PO之差，可认为是集电极耗散功率PT。两个管子的总的耗散率为PT≈PV-PO

。

当输入电压为零时，集电极电流iC很小，管子的损耗很小；当输入电压最大时，管压降uCE很小，管子的损耗也很小。可见，最大管耗不会发生在输入电压最小时，也不会发生在输入最大时。下面是晶体管集电极管耗PT与输出电流峰值Icm的关系式，然后对Icm求导，令一阶导数为零，得出结果就是PT最大的条件。

求，并令，可以求出：相应的输出电压为：上式表明，当输出电压等于64%的电源电压时，集电极耗散功率最大。集电极最大功耗为：（两管）

每只管子的最大集电极功耗为：（单管）

Pomax与PTmax之间的关系为：（单管）

因为效率η输出功率PO与电源供给的功率PV的比值称为晶体管集电极的转换效率，用η表示

可见，输入信号越强，Ucem越大，则效率就愈高。当晶体管输出最大功率时，由于Ucem≈VCC，所以这时的转换效率也最高。即：

实际上，在考虑饱和压降与穿透电流因素后，晶体管的转换效率会有所降低。【例11-1】在图11-3所示的电路中，已知VCC=15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降|UCES|=3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL=4Ω。求解（1）负载上可能获得的最大功率和效率；（2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少？解（1）

（2）因为UO≈Ui，所以UO≈8V。

最大输出功率为：

通过分析可知，功率放大电路的最大输出功率除了取决于功放自身的参数外，还与输入电压是否足够大有关。

【例11-2】功放电路如图11-3(b)所示，设VCC=12V，RL=8Ω，晶体管的极限参数为ICM=2A，|U(BR)CEO|=30V，PCM=5W。试求（1）最大输出功率POmax值。（2）放大电路在η=0.6时的输出功率PO值。解

（1）最大输出功率POmax（2）η=0.6时输出电压的幅值所以η=0.6时输出功率

单电源互补对称功率放大电路图11-5单电源OTL电路这种电路的输出通过电容C与负载RL耦合，而不用变压器，所以简称为OTL电路。图中T1为NPN型管，T2为PNP型管，它们的特性一致，即互补对称。静态时，前级电路应使各基极电位VCC/2

，由于T1和T2特性对称，发射极电位也为VCC/2，故电容上的电压VCC/2

，极性如图11-5所标注,这样用单电源和大电容C就起到双电源的作用。

动态时，设电容C容量足够大，对交流信号可视为短路，晶体管b-e间的开启电压可以忽略不计，输入电压为正弦波。当ui>0时，T1管道通，T2管截止，电流如图11-5实线所示，由于T1和RL组成的电路为射极输出形式，uO≈ui；当ui<0时，T2管导通，T1管截止，电流如图11-5虚线所示，由T2和RL组成的电路也是射极输出形式，uo≈ui；故电路输出电压跟随输入电压。甲乙类互补对称功率放大电路

前面讨论了由两个射极输出器组成的乙类互补对称电路，实际上这种电路并不能使输出波形很好的反映输入的变化，由于没有直流偏置，管子的iB必须在|uBE|大于某一个数值（即开启电压）时才有显著变化。当输入信号uI低于开启电压时，T1和T2都截止，iC1和iC2基本为零，负载RL上无电流，输出电压为零，出现一段死区，如图11–6(b)所示。这种现象称为交越失真。图11–6工作在乙类的OCL电路甲乙类双电源互补对称电路图11–7利用二极管进行偏置的OCL电路

为了解决交越失真的问题，提出了甲乙类功率放大电路。两基极之间加入二极管（也可以是电阻，或二极管和电阻的组合）的甲乙类双电源互补对称功率放大电路如图11-7所示。

静态时在D1、D2上产生的压降为VT1和VT2提供一个适当的偏压，使之处于微导通（甲乙类）状态，由于电路对称，iC1=iC2，iL=0，uO=0。有信号输入时，由于电路工作在甲乙类，即使ui很小（VD1和VD2的交流电阻也小），基本上也可以线性地进行放大。

这种电路在静态时，虽然有一个很小的电流IBQ及ICQ，但由于通常ICQ比Icm小得多，故放大电路的工作与乙类状态差别不大。因此前面关于乙类互补对称功放的分析和计算公式仍可适用。

由图可知,T3组成前置放大级（注意，图中未画出T3的偏置电路），T1和T2组成互补对称输出级。甲乙类单电源互补对称电路图

11-8利用二极管进行偏置的OTL电路

采用一个电源的互补对称电路(利用二极管进行偏置的OTL电路)如图11-8所示

当有信号时，在信号ui的负半周，VT1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电；在信号ui的正半周，VT2导通，则以充电的电容C起着图11-7中电源-VCC的作用，通过负载RL放电。只要选择时间常数RLC足够大，就可以认为用电容C和一个电源VCC代替了原来的+VCC和-VCC两个电源的作用。图中由VT3组成前置放大级，VT1和VT2组成互补对称电路输出级。

在静态时，一般只要R1，R2有适当的数值，就可使IC3、UB2和UB1达到所需大小，给VT1和VT2提供一个合适的偏置，使其工作在甲乙类状态，从而使K点电位UK=VCC/2。集成功率放大器随着线性集成电路的发展，集成功率放大电路的应用也日益广泛。集成功率放大电路具有输出功率大，频率特性好，非线性失真小，外围连接元件少，使用方便等优点。因此，在收音机，电视机，收录机，开关功放电路中广泛采用各类专用集成功率放大电路。集成功放的原理和前述分立元件OTL、OCL电路基本相同，在实际应用中，应掌握其引出脚与外围元件的作用，信号流程及典型应用条件。集成功放的外形和符号可以从器件手册中查到。

集成功放LM386简介

LM386是目前应用较多的小功率音频集成功放。它的突出优点是自身功耗低，电压增益可调整，电源电压适用范围宽，总谐波失真小，外接元件少和使用方便。广泛应用于录音机和收音机之中。集成功放LM386为8脚双列直插塑料封装结构，其引脚图如图11-10所示。图11-10LM386引脚图

引脚2为反相输入端；3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10μF。其它参数使用时查手册。

LM386有两个信号输入端，当信号从2端输入时，构成反相放大电路，从3端输入时，构成同相放大电路。每个输入端对地的直流电位接近于零，即使与地短路，输出直流电流也不会产生的偏离。上述输入特性使LM386的使用非常方便。

集成功放LM386的应用如图11-11所示为LM386的一种基本用法，也是外接元件最少的一种用法，C1为输出耦合电容。由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB，即电压放大倍数Au=20。利用电位器RW可调节扬声器的音量。R和C2串联构成校正网络用来补偿扬声器音量电感产生的附加相移，防止电路自激。图11-11LM386的应用

第二节直流稳压电源1、二极管的整流电路2、滤波电路3、稳压电路4、串联型稳压电路5、集成稳压电路直流稳压电源概述

在电子电路及设备中，一般都需要稳定的直流电源供电。本章所介绍的直流电源为单相小功率电源，它能将频率为50Hz，有效值为220V的单相交流电压转换成为幅值稳定，输出电流为几十毫安以下的直流电压。其方框图及各部分的输出电压波形如图12-1所示。

图12-1直流稳压电源的组成方框图

电源变压器：把输入（ui）的有效值为220V，频率为50Hz的电网电压变换成所需要的电压u1。一般情况下，所需直流电压的数值和电网电压的有效值相差较大，因此需要通过电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。

滤波电路：为了减小电压u2的脉动，需通过低通滤波，使输出电压平滑。理想情况下，应将交流分量全部滤掉，使滤波电路的输出电压仅有直流电压。然而，由于滤波电路为无源电路，所以接入负载后势必影响其滤波效果。对电源电压稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压u3可以作为供电电源。

稳压电路：交流电压通过整流、滤波后虽然变为交流分量较小的直流电压，但是当电网电压波动或负载变化时，平均值也将随之变化。因此稳压电路的功能是：使输出直流电压u4基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响。从而获得足够高的稳定性。

整流电路：把正弦交流电u1变成单一方向的脉动电压u2。实用整流设备

ZQ系列牵引用硅整流设备

适用范围：供工矿电力机车、城市无轨电车、电气铁路、地铁等牵引变电所的直流电源。

性能特点：·

选择硅整流元件的电压、电流储备系数大，设备的过载能力强;·

ZQA系列采用空气自冷，运行无噪音。ZQF系列为强制风冷。设备结构紧凑简单。ZHS、KHS、KES系列电解.电冶炼用大功率整流电源KDF、KDS系列电镀用晶闸管整流设备ZQ系列牵引用硅整流设备KTF系列交流调压器,调功器KLF11、KLF12系列同步电动机励磁电源KSA、KSF系列直流电机调速电控设备GZDW系列微机控制的高频开关电源直流电源系统GKA（ZKA）系列合闸用硅整流电源KPS系列中频感应加热成套电源设备IPS超音频感应加热成套电源设备KRA、KRF系列交流电动机软启动电源设备数字变频调速或直流调速自动化生产线IGBT全控型高效节能电镀、电解电源

GBA系列硅整流器适用范围：GBA系列硅整流电源是一种将交流电源变换成直流电源的整流设备。一般作为工矿企业户内中小容量固定电压的直流电源设备。可以作为开关电力操作机构及一般用电设备的直流电源，低压规格可作启动或制动电源。

项目型号GBA系列备注交流输入电压3

380

10%V501HZ

额定直流输出电流Idn（A）30、50、80、100、200、300、400、500

额定直流输出电压Udma（V）36、60、72、110、115、165、220、230、440可按用户要求非标设计电联结型式三相桥式

负载等级I类（100%额定电流连续）

冷却方式空气自冷技术指标桥式整流器整流电路单相半波整流电路单相半波整流电路如图12-2所示。以此为例说明整流电路的分析方法。

图12-2单相半波整流电路

工作原理图12-2中Tr为电源变压器，它的作用是将交流电网电压u1变成整流电路要求的交流电压u2

，u2＝，RL是要求直流供电的负载电阻，VD为整流二极管，它是整流电路的关键器件，主要是靠它的单向导电性完成整流任务。在电压u2的正半周（设a端为正，b端为负时是正半周），二极管导通，电流通路如图12-2箭头所示。在电压u2的负半周（a端为负，b端为正时是负半周），二极管截止，uL＝0。流过负载RL的电流iL及负载两端电压uL的波形如图12-3所示。是单方向的半波脉动波形。

图12-3半波整流电路及波形图主要参数计算

在研究整流电路时，主要考查整流电路输出电压平均值（即负载上的直流电压UL）和输出电流平均值（即负载上的直流电流IL）这两项指标。

从图12-3（c）所示波形可知，当ωt=0～π时；当ωt=π～2π时，

。所以，求解0～2π

的平均值UL，就是将0～π的电压平均在0～2π间隔之中。如图12-4所示。

图12-4半波整流电路输出电压平均值

表达式为：

解得平均值为：

半波整流器件的选择

在整流电路中，一般应根据流过二极管电流的平均值和他所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。在单相半波整流电路中，二极管的正向平均电流等于负载电流平均值，即

二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压，即一般情况下，允许电网电压有±10％的波动，即电源变压器初级电压为198～242V，因此，在选用二极管时，对于最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应至少留有10%的余地，以保证二极管安全工作，即选取单相半波整流电路简单易行，所用二极管数量少。但是，由于它只利用了交流电压的半个周期，所以输出电压低，交流分量大（即脉动大），效率低。因此，这种电路仅适用于负载电流较小，对脉动要求不高的场合。单相桥式整流电路图12-5单相桥式整流电路为了克服单相半波整流电路的缺点，在实用电路中多采用单相全波整流电路，最常用的是单相桥式整流电路。单相桥式整流电路如图12-5（a）所示，图（b）是它的简便画法。

工作原理图12-5（a）中RL负载电阻，Tr为电源变压器，将220V交流电压变成整流电路要求的交流电压,＝，四只整流二级管VD1～VD4接成电桥的形式，故称桥式整流电路。在电压的正半周（设a端为正，b端为负时为正半周）电流通路如图12-5（a）中实线箭头所示；电压的负半周，电流通路如图12-5（a）中虚线箭头所示。通过RL的电流iL以及RL上的电压uL的波形如图12-6所示。iL、uL都是单方向的全波脉动波形。

一周分解图图12-6单相桥式整流电路波形图

一

周

波

形

图主要参数计算

通过分析可得，负载电阻RL上的直流电压、直流电流分别为：桥式整流器件的选择

在桥式整流电路中，二极管D1、D3和D2、D4是两两轮流导通的，所以流经每个二极管的平均电流为：

二极管在截止时管子两端承受的最大反向电压从图12-5（a）看出，在u2正半周时，D1、D3导通，D2、D4截止。此时D2、D4所承受的最大反向电压均为u2的最大值，即：

同理，在u2的负半周，D1、D3也承受同样大小的反向电压。考虑到电网电压允许波动±10%

，在实际选用二极管时，应至少有10%的余量，选择最大整流电流IF和最高反向工作电压UR分别为：

IF＞1.1ID

UR＞1.1URmax

桥式整流电路的优点是：输出电压高，脉动电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，与半波整流电路相同，同时，因电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到了充分利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流中得到了广泛的应用。

【例12-1】

在图12-2所示半波整流电路中，已知变压器副边电压有效值U2=20V，负载电阻RL=10Ω，试问：（1）负载电阻RL上的电压平均值和电流平均值各为多少？（2）电网电压允许波动±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）RL上电压平均值和流过RL的电流平均值分别为

（2）二极管承受的最大反向电压和流过二极管的平均电流分别为：

【例12-2】

在图12-5所示单相桥式整流电路中，已知变压器副边电压有效值U2=20V，负载电阻通领域RL=10Ω。试问：（1）负载电阻RL上的直流电压与直流电流各为多少？（2）电网电压允许波动范围为±10％，二极管的最大整流平均电流IF与最高反向工作电压UR至少应选取多少？解

（1）RL上电压平均值和流过RL的电流平均值分别为：（2）二极管的最大整流平均电流IF与最高反向工作电压UR至少应选取多少？三相桥式整流电路滤波电路整流电路的输出电压虽然是单一方向，但是脉动较大，含有较大的交流成分，不能适应大多数电子电路及设备的需要。因此，一般在整流后，还需要利用滤波电路将脉冲的直流电压变为平滑的直流电压。

滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容、电感组合而成的各种复式滤波电路。常用的滤波电路如图12-7所示。

图12-7滤波电路的基本形式

图(a)为电容滤波，图(b)称为倒L型（复式）滤波，图(c)称为

型（复式）滤波。

单相桥式电容滤波电路图12-8桥式整流电容滤波电路

设电容器两端初始电压为零，接入交流电源后，当u2为正半周时，u2通过VD1、VD3向电容C充电；u2为负半周时，u2通过VD2、VD4向电容器C充电，充电时间常数为，其中Ro包括变压器次级绕组的直流电阻和二极管VD的正向电阻，称整流电路内阻。Ro一般很小，电容器很快就能充电到交流电压u2的最大值，充电电压的极性如图12-8所示。

由于电容器无放电回路，故输出电压（即电容器C两端的电压UC）保持在不变，输出为一个恒定的直流电压。如图12-9(a)中ωt<0（即纵坐标左边部分虚线）所示。

未接入负载RL（开关S断开）时情况：设变压器次级电压u2从0开始上升（即正半周开始）时接入负载RL，由于电容器C在负载未接入前充满了电，故刚接入负载时u2<UC，二极管受反向电压作用截止，电容器C经RL放电，放电时间常数为：因τd一般较大，故电容两端电压UC按指数规律慢慢下降。其输出电压UL=UC，如图12-9(a)的ab段所示。

与此同时，交流电压u2按正弦上升。当u2>UC时，二极管VD1、VD3受正向电压作用而导通，此时u2经VD1、VD3一方面向RL提供电流，另一方面向C充电，电压UC如图12-9(a)的bc段所示，图中bc段上的阴影部分为整流内阻RO上产生的压降，UC随着u2升高到接近最大值。接入负载RL（开关S闭合）的情况：然后，u2又按正弦规律下降。当u2<UC时，二极管受反向电压作用而截止，电容器C又经RL放电，UC波形如图12-9(a)的cd段。电容器C如此周而复始地进行充放电，负载上便得到如图12-9(a)所示的一个近似锯齿波的电压UL=UC，使负载电压的波动大为减小。图12-9桥式整流电容滤波电路的波形电容滤波电路的特点二极管的导通角θ<π。在同样负载RL的情况下，滤波电容的容量越大，滤波效果越好，导通角θ将越小,这对二极管的寿命很不利。

负载平均电压UL升高，脉动（交流成分）减小，且RLC越大，电容放电速度越慢，则负载电压中的脉动成分越小，负载平均电压越高。为了得到平滑的负载电压，一般取

负载直流电压随负载电流增加而减小。UL随IL的变化关系称为输出特性或外特性，如图12-10所示。图12-10桥式整流电容滤波电路的输出特性当电容器C数值较大，RL=∞（即空载）时，

。当C=0（即无滤波电容）时，UL=0.9U2。在整流电路的内阻不太大（几欧姆）和放电时间常数满足式时，电容滤波电路的负载电压UL与U2的关系约为：

电容滤波的优点是：电路简单，负载直流电压UL较高，脉动小；它的缺点是：输出特性较差。所以电容滤波适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。

【例12-3】

在图12-8所示电路中，开关S合上，要求负载电阻RL上的直流电压UL=15V，负载电流IL=100mA。计算：（1）滤波电容C的大小；（2）考虑到电网电压的波动为±10％，滤波电容C的耐压值。解

（1）负载电阻

滤波电容C的容量为：C=(3～5)(3～5)=200～333μF

（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300μF，耐压为25V的电容做本电路的滤波电容。2．电感滤波电路在桥式整流电路和负载电阻RL之间串入一个电感器L，如图12-11所示。利用电感的储能作用可以减小输出电压的脉动，从而得到比较平滑的直流电压。当忽略电感L的电阻时，负载上输出的平均电压和纯电阻（不加电感）负载相同，即UL=0.9U2。

图12-11桥式整流电感滤波

电感滤波电路的特点是，整流管的导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦。其缺点是由于铁心存在，笨重，体积大，易引起电磁干扰。一般只适用低电压，大电流场合。从一个整流电路输出两种电压

要从一个整流电路或者从变压器的一个无抽头的二次绕组中输出两种电压是比较困难的，但在某些场合恰恰又需要这样做。下图所示电路可以输出两种电压。

一种电压是用整流二极管V1-V4组成的桥式整流电路，在电容器C1上输出电压U；另一种在电容器C3上输出倍于U的电压即2U。怎样才能在电容器C3上输出2U呢？

倍压整流过程是：在交流电的正半周，变压器次级绕组A端为正，B端为负，电流经整流二极管V5对电容C2充电；在负半周时，B端为正，A端为负，-U与U叠加后经整流二极管V6对电容器C3充电，通过公共接地端，二极管V1到A端构成闭合回路，周而复始这样就在电容C3上输出直流电压2U。稳压电路

虽然经整流、滤波已经将正弦交流电压变成较为平滑的直流电压，但是，当电网电压波动或负载变化时，负载上的电压将发生变化。例如，负载电阻减小，则负载电流增大，由于整流滤波电路内阻的压降增大，使负载上的电压相应减小；又如当电网电压升高时，则整流滤波后输出电压必然增大。为了获得稳定性好的直流电压，必须采取稳压措施。

稳压二极管稳压电路由稳压二极管DZ和限流电阻R所组成的稳定电路是一种最简单的直流稳定电路，如图12-12中虚线框内所示。稳压二极管的伏安特性如图12-13所示。

图12-12稳压二极管组成的稳压电路

图12-13稳压管的伏安特性

稳压原理在图12-12所示稳压管稳压电路中，当电网电压升高时，UI增大，U0也随之按比例增大，但是，因为U0=UZ，因而，根据稳压管的伏安特性，UZ的增大将使IZ急剧增大，因为，不难看出电压UO将减小。因此，只要参数选择合适，R上的电压增量就可以与UI的增量近似相等，从而使UO基本不变。可简单描述如下：电网电压↑

→

UI↑

→

UO(UZ)↑→

IZ↑→

IR↑→IRR↑U0当负载电阻RL减小（即IL增大）时，根据，会导致IR增加，UO（即UZ）下降，根据稳压管伏安特性，UZ的下降使ID急剧减小，从而使IR随之减小。如果参数选择恰当，则可以使ΔIZ≈-ΔIL，使IR基本不变，从而使UO基本不变。

综上所述，在稳压二极管组成的稳压电路中，是利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。

限流电阻的选择限流电阻

R的表达式当输入电压UI为最大，而负载电流最小（负载开路，即IL=0）时此时流过稳压管的电流最大，为不损坏管子，流过稳压管子的电流必须小于IZmax，因此限流电阻R应该足够大，即下限值为当输入电压UI为最小，而负载电流为最大时,流过稳压管的电流最小，为了保证稳压管工作在击穿区（即稳压区），IZ值不得小于IZmin，因此限流电阻R不得过大，即上限值为：

限流电阻R的取值范围应为：

式中【例12-4】稳压管稳压电路如图12-12所示。负载RL由开路变化到2kΩ，输入直流电压UI=30V，要求输出直流电压UL=12V，试选择稳压管DZ和限流电阻R。解（1）选择稳压管根据输出电压UL=12V的要求，负载电流最大值为查晶体管手册，可选稳压管2CW5，其主要指标为；VZ=11.5V～14V，IZmin=5mA，PZ=0.28W，所以通常为了留有余地，一般要求流过稳压管的最大稳压电流IZmax比最大负载电流ILmax大2倍以上，可见2CW5是满足要求的。（2）选择限流电阻R假定输入直流电压UI的变化范围是±10％，那么UImax=1.1UI=33V，UImin=0.9UI=27V当输入电压UI最高时，限流电阻的功耗最大为R可选1/2W，1.2KΩ的电阻。串联型稳压电路的工作原理图12-14串联稳压电路的结构

图12-14由基准环节、比较放大、调整和取样四部分组成。UI是整流滤波电路的输出电压，VT为调整管；A为比较放大电路；稳压管VDZ与限流电阻R串联所构成的稳压电路为基准环节，UREF为基准电压；R1、R2、RW组成反馈网络，为反映输出电压变化的取样环节。这种稳压电路的主要回路是起调整作用的晶体管VT与负载RL串联，故称为串联型稳压电路。输出电压的变化量由反馈网络取样经过比较放大电路（A）放大后去控制调整管VT的c-e极间电压降，从而达到稳定输出电压UO的目的

稳压原理可简述如下：当输入电压UI增加（或负载电流IO减小）时，导致输出电压UO增加，随之反馈电压也增加，（FU=为反馈系数）。UF与基准电压UREF相比较，其差值电压，经比较放大电路放大后使UB和IC减小，调整管T的c-e极间电压UCE增大，使UO减小，从而维持UO基本稳定。

同理，当输入电压UI减小（或负载电流IO增加）时，也能使出电压UO基本保持不变。

电路属于电压串联负反馈电路。调整管T连接成电压跟随器。因而可得：或在深度负反馈条件下，|1+AUFU|>>1时，可得：上式表明，输出电压UO与基准电压UREF近似成正比，与反馈系数FU成反比。当UREF及FU确定后，UO也就确定了，因此它是设计稳压电路的基本关系式。【例12-5】稳压电路如图12-14所示，稳压管的UZ=4V，R1=R2=200Ω，RW=600Ω，求输出电压UO的调节范围。解

当电位器滑至最高处时，,

当电位器滑至最低处时，

,

输出电压UO的调节范围是5V～20V。集成稳压电路随着半导体集成电路工艺的迅速发展，现在已能把串联反馈式稳压电路中的调整管、比较放大电路、基准电压源等集成在一块硅片内，构成线性集成稳压组件，它具有体积小，重量轻，使用方便可靠等一系列优点，因而得到广泛应用。下面主要介绍三端集成稳压器CW78××系列和CW79××系列。三端集成稳压器有三个端子，分别是输入端、输出端和接地端。

三端集成稳压器件的主要参数

最大输入电压UImax：保证稳压器安全工作时所允许的最大输入电压。

最小输入电压UImin：保证稳压器正常工作时所需要的最小输入电压。

输出电压UO。

最大输出电流IOmax：保证稳压器安全工作时所允许的最大输出电流。

电压调整率（%V）：它的含义为：，它反映了当输入电压UI每变化1V时，输出电压相对变化量ΔUO/Uo的百分数。此值越小，稳压性能越好。三端集成稳压器的应用

CW78××系列和CW79××系列是应用最广泛的三端稳压器件。C：表示国标产品；W：表示稳压器；78系列输出固定正电压、79系列输出固定负电压；××（两位数字）：表示输出电压值（例如CW7805是输出正5V的器件，CW7912是输出负12V的器件），可根据需要选用。基本应用电路基本应用电路如图12-15所示。图12-15(a)为CW78××系列作固定输出时的典型接线图。图12-15(b)为CW79××系列作固定输出时的典型接线图。电容C1是在输入线较长时抵消其电感效应，以防止产生自激震荡；C2是为了消除电路的高频噪声，改善负载的瞬态响应。

图12-15基本应用电路

输出电压可调的稳压电路如图12-16所示，为利用三端稳压器构成的输出电压可调的稳压电路。

图12-16输出电压可调的稳压电路

图12-16中的UXX是三端集成稳压器的标称电压；IW是它的静态电流，输出电压UO等于R1上电压与R2上电压之和，所以输出电压为：

改变R2滑动端位置，可调节UO的大小。

第三节功率半导体器件1、晶闸管单结构及工作原理2、晶闸管的主要参数一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。

体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。

特点晶闸管(可控硅SCR)应用领域：直流）交流）交流）直流）逆变整流（交流斩波（直流变频（交流（直流此外还可作无触点开关等A（阳极）四层半导体K（阴极）G（控制极）P1P2N1三个

PN结N2基本结构符号AKGGKP1P2N1N2APPNNNPAGK示意图工作原理APPNNNPGKi

gßi

gßßig工作原理分析KAGT1T2工作原理说明UAK

>0

、UGK>0时T1导通ib1

=i

giC1=

ig

=ib2ic2=ßib2=

ig=ib1T2导通形成正反馈晶闸管迅速导通；T1进一步导通晶闸管开始工作时，UAK加反向电压，或不加触发信号（即UGK=0）；晶闸管导通后，

UGK，去掉依靠正反馈，晶闸管仍维持导通状态；晶闸管截止的条件：晶闸管正向导通后，令其截止，必须减小UAK，或加大回路电阻，使晶