模拟电子技术基础：第10章 直流电源

1第十章直流电源210.1直流电源的组成及各部分的作用10.2整流电路

第10章直流电源10.3滤波电路10.4稳压二极管稳压电路10.5串联型稳压电路10.6开关型稳压电路310.1直流电源的组成及各部分的作用改变电压值通常为降压交流变脉动的直流减小脉动1)负载变化输出电压基本不变；2)电网电压变化输出电压基本不变。

直流电源是能量转换电路，将220V（或380V）50Hz的交流电转换为直流电。半波整流全波整流

在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电压波动±10％，且负载有一定的变化范围。410.2整流电路----单相整流电路对整流电路要研究清楚以下问题：1.电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析2.输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压3.整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压

为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为0。整流二极管的伏安特性：实际特性理想化特性正向导通电压为0，正向电阻为0。51、单相半波整流电路u1u2TrDRLu0Tr：整流变压器D：理想二极管UD>0，D导通；UD=0，I取决于外电路；UD

0，D截止；I=0，UD（负值）取决于外电路。RL：负载电阻U1，U2：正弦波6u1u2RLu0i0iDuDu2>0时，二极管导通，一、工作原理u2<0时，二极管截止，uoiotwu2twuDu0=u2，uD=0u0=

0

，uD=u2TrD7二、主要参数输出电压平均值：输出电流平均值：

2UOIO脉动系数：基波电压峰值整流输出电压的脉动系数S定义为整流输出电压的基波峰值UO1M与输出电压平均值UO(AV)之比。8二极管上承受的最高反向电压：二极管的平均电流：三、整流元件选择选择依据：二极管上承受的最高反向电压：URmax二极管上的平均电流：ID（AV）最大整流电流IFIF

1.1ID(AV)最大反向工作电压URUR

1.1URmax9［例]在图示整流电路中，已知变压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100

，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电流平均值DRL+-uO+-uD～220V50HzAB10整流桥一、电路2、单相桥式整流电路u1u2TrD4D2D1D3RLu0简化画法u1u2TrRLu011+-u2正半周时：二、工作原理Tru1u2D4D2D1D3RLu0u2>0，D1，D3通，

D2，D4止；u2<0，D2，D4通，

D1，D3止；u0=u2u0=-u2u2负半周时：-+uoiotwu2tw12u2uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLu013三、各电量计算输出电压平均值：输出电流平均值：uoiotw脉动系数：14二极管上承受的最高反向电压：二极管的平均电流：三、整流元件选择最大整流电流IFIF

1.1ID(AV)最大反向工作电压URUR

1.1URmax

集成的桥式整流电路称为整流堆。15变压器付边电流为正弦波！注意！16能够输出正、负电压的桥式整流电路ABu2正半周时（A+，B-）D1，D3通，

D2，D4止；D2，D4通，

D1，D3止；u2负半周时：（A-，B+）twu2twuo1uo217[例]在图中所示电路中，已知比压器副边电压有效值U2=30V，负载电阻RL=100

。试问：（1）输出电压与输出电流平均值各为多少？（2）当电网电压波动范围为±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.输出电压平均值输出电流平均值2.二极管的最大整流平均电流IF与最高反向工作电压UR分别应满足D1RL+-uOu2～220V50HzABD2D4D318u0u1u2u1abD4D2D1D3RLSu2uo电源短路例桥式整流电路中，若D3断开、短路，反向会出现什么现象？1910.3滤波电路滤波原理:交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成分又有交流成份。滤波电路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,将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)，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。低通滤波电容C:与负载并联电感L:与负载串联2010.3.1.电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1abVD4VD2VD1VD3RLu0C接在整流电路之后，与负载并联；一般选择极性电容器。滤波电容C21u2tu0t没有电容时的输出波形一、滤波原理0

/2t1t2C事先未充电0~

/2u2>

uo，D1、D3通，C充电

C放电，指数规律，快！u2>

uo，D1、D3仍导通uo正弦规律uo仍为正弦规律~t2t1C放电，

uo指数规律有电容时的输出波形~t1

/2u2正弦规律，慢！u1u2u1abD4D2D1D3RLu0C22u0tt1t2理想情况下桥式整流电容滤波电路输出波形：考虑变压器内阻和二极管管压降时，在二极管导通期间输出电压略有下降。输出波形：理想情况下半波整流电容滤波电路输出波形：u2tu0t有电容时的输出波形没有电容时的输出波形uO0

t

223u0tu2tu2<uo时，二极管截止，电容通过RL放电，u0逐渐下降。电容的放电电流填补了波形的部分空白，使输出电压的平均值增大。u0tu2t滤波电容在u2>

uo时充电，在u2<uo时放电。桥式整流电容滤波时，每个周期充、放电两次；半波整流电容滤波时，每个周期充、放电一次；24输出电压的平滑程度和平均值与电容的放电时间常数RLC有关。RLC越小，输出电压越低，输出电压中含纹波成分越大。RLC大RLC小UOUO若空载（RL开路），输出波形如何？25二、滤波电容的选择与输出电压的估算

C容量选择：T：交流电压的周期

C耐压选择：

输出电压的估算：RLC愈大

电容器放电愈慢

U0(平均值)愈大。26

输出电压的估算：桥式整流电容滤波:TRLCtw27若满足：则：半波整流电容滤波:同理，可得：28三、脉动系数基波峰-峰值基波峰值：脉动系数：TtwRLC29四、整流二极管导通角uO0

t

2i0

t2

iDiO

无滤波电容时θ＝π。

有滤波电容时θ<π，且二极管平均电流增大，故其峰值很大！导通角30五、电容滤波电路的输出特性和滤波特性输出特性(外特性):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。滤波特性:S0IO（AV）RLC减小0.9U20IO(AV)UO(AV)RLC减少31[例]在桥式整流电容滤波电路中，要求输出电压平均值

UO（AV）=15V，IO（AV）=100mA，UO（AV）=1.2U2。求：滤波电容的大小，考虑到电网电压波动

10%，滤波电容的耐压值。解：32一.电感滤波电路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。1）电路10.3.3其他形式的滤波电路u2u1RLLu033

当回路电流减小时，感生电动势的方向阻止电流的减小，从而增大二极管的导通角。电感对直流分量的电抗为线圈电阻，对交流分量的感抗为ωL。适于大电流负载！一.电感滤波电路10.3.3其他形式的滤波电路343）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。

电感铁芯笨重,体积大,易引起电磁干扰。351）LC

型滤波器LC

型滤波电路电路同电感滤波电路。二、复式滤波电路滤波原理及应用场合u2u1RLLu0C2C1为了改善滤波特性，可采取多级滤波的办法,如在电容滤波后再接一级（LC或RC）滤波电路，从而构成（LC或RC）

-

型滤波电路。362）RC-

滤波RC-

u0Ru2u1C1C2RL电路滤波原理桥式整流电路输出的直流脉动电压经C1滤波后，仍含有一定的纹波成分，再经R和C2使其中的交流分量较多地降在电阻两端（因为电容C2的交流阻抗很小），而较少地降在负载上，从而有较好的滤波效果。37为获得更好的滤波效果，可采用各种复式滤波电路。电感应与负载串联，电容应与负载并联。38特点

电阻上有直流压降损失；

适用于负载电流较小，又要求输出电压脉动很小的场合。

滤波效果好，脉动分量小；39讨论

已知变压器副边电压有效值为10V，电容足够大，判断下列情况下输出电压平均值UO（AV）≈？

1.正常工作；

2.C开路；

3.RL开路；

4.D1和C同时开路。40稳压电路一、稳压电路的性能指标二、稳压管稳压电路三、串联型稳压电路四、集成稳压器五、开关型稳压电路41一、稳压电路的性能指标1.输出电压2.输出电流3.稳压系数表明电网电压波动时电路的稳压性能。在负载电流不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。4.输出电阻表明负载电流变化时电路的稳压性能。在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。5.纹波电压测试出输出电压的交流分量。42稳定电压UZ：稳压管的击穿电压稳定电流IZ：使稳压管工作在稳压状态的最小电流最大耗散功率PZM：允许的最大功率，PZM=IZMUZ动态电阻rz：工作在稳压状态时，rz＝ΔU/ΔI1.稳压管的伏安特性和主要参数伏安特性符号等效电路10.4稳压管稳压电路4310.4.1电路组成稳压电路

R：调整电阻

DZ：稳压管与负载电阻RL并联u2u1RLuOCDZuZuIRuRiuOUZIZIZM10.4稳压管稳压电路4410.4.2稳压原理当电源电压波动引起输出变化时，调整过程如下：电网电压↑→UI↑→UO(UZ)↑→IDZ↑→IR↑→UR↑

UO↓RL+-uOR-DZCu2～220V50HzABUI+IRIDZIO+稳压电路当负载变化引起输出变化时，调整过程如下：RL↓→UO(UZ)↓→IDZ↓→

IDZ-

IL→IR→IR基本不变

→UO基本不变

4510.4.3稳压管稳压电路的性能指标（1）输出电压UO＝UZ（2）输出电流IZmax－IZmin≤IZM－IZ（3）稳压系数（4）输出电阻

简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。4.特点4610.4.4电路参数的选择1.稳压电路输入电压UI的选择2.稳压管选择iuOUZIZIZMRL+-uOR-DZCu2～220V50HzABUI+IRIDZIO+稳压电路47电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。3.限流电阻R的选择iuOUZIZIZMRL+-uOR-UI+IRIDZIO电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。48讨论一：稳压管稳压电路的设计依次选择稳压管、UI、R、C、U2、二极管1.输出电压、负载电流→稳压管2.输出电压→UI3.输出电压、负载电流、稳压管电流、UI→R4.UI

、R→滤波电路的等效负载电阻→C5.UI→U26.U2、R中电流→整流二极管

已知输出电压为6V，负载电流为0～30mA。试求图示电路的参数。49习题（写在作业本上）P569:10.5，10.7，10.8,10.12，思考题：P522,P529,P535,P557自测题：P5665010.5串联型稳压电路10.5.1串联型稳压电路的工作原理一、基本调整管电路RL+-R-DZUI+UOTRL+-R-DZUI+UOT调整管稳压原理：电网电压↑→UO↑→UE↑→UZ不变→UBE↓→IE↓→UO↓

UO

稳定负载变化511.稳压原理：若由于某种原因使UO增大2.输出电压的调节范围同相比例运算电路则UO↑→UN↑→UB↓→UO↓二、具有放大环节的串联型稳压电路52三.串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管取样电阻调整管：是电路的核心，UCE随UI和负载产生变化以稳定UO。比较放大基准电压基准电压：是UO的参考电压。取样电阻：对UO

的取样，与基准电压共同决定UO

。比较放大：将UO

的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。53四.串联型稳压电源中调整管的选择IEmax＝IR1＋ILmax≈ILmax<ICMUCEmax＝UImax－UOmin

<U(BR)CEO

PTmax＝IEmax

UCEmax

<PCM根据极限参数ICM、U(BR)CEO、PCM选择调整管！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！选择调整管T时，应保证54当负载电流最大时，流过T管发射极的电流最大忽略R1上的电流，当电网电压最高，即输入电压最高，同时输出电压又最低时，调整管承受的管压降最大

当晶体管的集电极电流最大，且管压降最大时，调整管的功率损耗最大55[例]电路如图所示，已知输入电压UI的波动范围为±10%，调整管的饱和压降UCES=2V，输出电压UO的调节范围为5~20V，R1=R3=200

。试问：（1）稳压管的稳定电压UZ和R2的取值各为多少？（2）为使调整管正常工作，在电网电压为220V时，UI的值至少应取多少？解：（1）输出电压最小值为：最大值为将UOmin=5V、UOmax=20V、R1=R3=200

代入上式，解二元方程，可得R2=600

，UZ=4V。RL+--DZUI+UOTR3R2R1A+-R基准电压电路调整管比较放大取样电路56解：（2）即得出UI>24.7V，故UI至少应取25V。RL+--DZUI+UOTR3R2R1A+-R基准电压电路调整管比较放大取样电路57讨论二：对于基本串联型稳压电源的讨论3.若电网电压波动±10％，UI为28V，

UO为10V～20V；晶体管的电流放大系数为50，PCM＝5W，ICM＝1A；集成运放最大输出电流为10mA，则最大负载电流约为多少？1.若UO为10V～20V，R1＝R3＝1kΩ，则R2和UZ各为多少？2.若电网电压波动±10％，UO为10V～20V，UCES＝3V，UI至少选取多少伏？58讨论三：关于实用串联型稳压电源的讨论1.标出集成运放的同相输入端和反相输入端；2.电路由哪些部分组成？3.UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？4.如何选取R’和R？限流型过流保护电路输出电流取样电阻5910.5.3集成稳压器电路一、W7800三端稳压器

常用的W7800和W7900系列三端集成稳压器（只有输入，输出和公共引出端）。W78系列(输出正电压)W79系列(输出负电压)输出电压额定电压值有:5V、9V、12V、18V、24V等。601.基本应用电路DW7800RL+-UOUI+-Ci0.33uFCo1uF输入与输出端之间的电压不得低于3V

UI：整流滤波后的直流电压；

CI：抵消输入线较长时引起的电感效应；

CO：消除输出中的高频噪声。

将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成串联型稳压电路。使Co不通过稳压器放电10.5.4三端稳压器的应用612.扩大输出电流的稳压电路W7800RL+-UOUI+-C1C2D10uF+RTIRIO623.输出电压可调的稳压电路W7800RL+-UOUI+-CiCoR1IR1IWR2IR263RL+--CiUI+UOR3R2R1A+-W7800Co+-U’O输出电压可调的实用稳压电路64W7800RL+UO+UICiCoW7900Ci’Co’-UI-UOD1D24.正、负输出稳压电路65R1+--UI+UOA+-基准电压电路保护电路R2+-UREFI1I2输入端输出端调整端二、W117三端稳压器1.原理框图2.主要参数66W117R+-UOUI+-CiCo三、W117的应用1.基准电源电压输出端调整端1.25V67W117RL+-UOUI+-CiCoR1IR1IWR2IR22.典型应用68W117RL+-UOUI+-CiCoR1R2C+10uFD2D1滤波电容69W117+-UOUI+-CiCoR1R2RD0RD1RD2RD3D0D1D2D33.程序控制稳压电路70讨论四：W117的应用1.R1的上限值为多少？2.UO可能的最大值为多少？3.输出电压最小值为多少？4.UOmax＝30V，选取R1、R2；5.已知电网电压波动±10％，输出电压最大值为30V，UI至少取多少伏？决定于IOmin两种情况：1.已知UI2.自己选取UI决定于W117的输出输入电压最低、输出电压最高时，UI－UO＞3V。根据输出电压表达式7110.6开关型稳压电路

1.开关型稳压电源的特点

线性稳压电源：结构简单，调节方便，输出电压稳定性强，纹波电压小。缺点是调整管工作在甲类状态，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散热器，因而设备体积大，笨重，成本高。

若调整管工作在开关状态，则势必大大减小功耗，提高效率，开关型稳压电源的效率可达70％～95％。体积小，重量轻。适于固定的大负载电流、输出电压小范围调节的场合。72构成开关型稳压电源的基本思路

将交流电经变压器、整流滤波得到直流电压↓控制调整管按一定频率开关，得到矩形波↓滤波，得到直流电压引入负反馈，控制占空比，使输出电压稳定。732.串联开关型稳压电路

（1）基本电路

①电路组成及工作原理

T截止，D导通，uE≈－UD；L

释放能量，C