1、,10 直流稳压电源,重点难点,重点：串联型稳压电路。 难点：电容滤波电路的工作原理并联型稳压电路的工作原理,10.1 小功率整流电路 10.2 小功率滤波电路,10.3 并联式稳压电路10.4 串联反馈式稳压电路,10 直流稳压电源,10.0 引言,引言,直流稳压电源的作用,将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。,组成,各部分功能,变压器：,整流：,滤波：,稳压：,降压,滤除脉动,交流变脉动直流,进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力,10.1 小功率整流电路,10.1.1 单相桥式整流电路,10.1.2 单相半波整流电路 10.1.3 单相全波整流电路,10.1.1
2、 单相桥式整流电路,(1) 工作原理单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图10.02（a）所示。,（a）桥式整流电路 （b）波形图,图10.02 单相桥式整流电路,在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图10.02(a)的电路图可知：,当正半周时二极管D1、D3导通，在负载 电阻上得到正弦波的正半周。,在负载电阻上正负半周经过合成，得到的 是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流 电路的波形图见图10.02(b)。,当负半周时二极管D2、D4导通，在负载 电阻上得到正弦波的负半周。,根据图10.02（b）可知，输出电压是单相脉动电
3、压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为,（2）参数计算,流过负载的平均电流为,流过二极管的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数S。,10.1.2单相半波整流电路,单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。单相半波整流电路如图10.04(a)所示，波形图如图10.04(b)所示。,(a)电路图 (b)波形图图10.04 单相半波整流电路,根据图10.04可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半
4、个正弦波。负载上输出平均电压为,流过负载和二极管的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,2018/9/30,单相全波整流电路如图10.05(a)所示，波形图如图10.05(b)所示。,10.1.3 单相全波整流电路,(a)电路图 图10.05 单相全波整流电路 (b)波形图,根据图10.05（b）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为,流过负载的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。,注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）用有效值或最大值；输出（交直流）
5、用平均值；整流管正向电流用平均值；整流管反向电压用最大值。,单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。,几种滤波电路,10. 2 滤波电路,（a）电容滤波电路,（b）电感电容滤波电路（倒L型）,（c）型滤波电路,10.2.1 电容滤波电路,(1)滤波的基本概念滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交
6、流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。,（2）电容滤波电路现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图10.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。,图10.06电容滤波电路,当v2到达90时，v2开始下 降。先假设二极管关断，电容C 就要以指数规律向负载L放电。 指数放电起始点的放电速率很大。,(3)滤波原理,若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。,图10.07电容
7、滤波波形图,所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图10.07。,在刚过90时，正弦曲线下降的 速率很慢。所以刚过90时二极管仍然 导通。在超过90后的某个点，正弦曲线 下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线 起始放电速率时，二极管关断。,需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断时间加长， 导通角减小，见曲线3； 反之，RLC减少时，导通 角增加。显然，当L很 小，即IL很大时，电容滤 波的效果不好，见图 10.08滤波曲线中的2。反
8、之， 当L很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。,问题：有无L即空载，此时VC=VL=？,图10.08 电容滤波的效果,(4)电容滤波的计算,电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：,一种是用锯齿波近似表示，即,另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC610。）,（5）外特性整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线如图10.09所
9、示。,图10.09 整流滤波电路的外特性,*使用条件：,10.3 并联式稳压电路,10.3.1 硅稳压二极管稳压电路的原理,10.3.2 稳压电阻的计算,10.3.3 基准源,10.3.1 硅稳压二极管稳压电路的原理,硅稳压二极管稳压电路的电路图如图10.02所示。,它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，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。,图10.02 硅稳压二极管稳压电路,(1) 当输入电压变化时如何稳压,根据电路图可知,输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：,这里V
10、O减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。,VIVOVZIZIRVRVO,图10.02 硅稳压二极管稳压电路,(2) 当负载电流变化时如何稳压,负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过程可概括如下：,ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO,10.3.2稳压电阻的计算,稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击 穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。,稳压二极管的动态电阻越小，稳
11、压电阻R越大， 稳压性能越好。,稳压电阻R 的作用,将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化， 从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。,显然R 的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。,但R 的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。,稳压电阻的计算如下,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，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即,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,(1),(2),稳压二极
12、管在使用时 一定要串入限流电阻，不 能使它的功耗超过规定值， 否则会造成损坏！,10.3.3 基准源,基准源,一般是指击穿电压十分稳定，电压 温度系数经过补偿了的稳压二极管。,也称为参考源,这种稳压二极管采用一种埋层工艺，稳压性能优良，有的 还加有温度控制电路，使其温度系数可小到几个10-6/。,型号 稳定电压(V) 工作电流(mA) 电压温度系数(10 -6/ ) MC1403 2.51 1.2 10100 . LM136/236/336 2.5 10 305.0 10 30 . TL431 2.536 0.4100 50 . LM3999 6.955 10 5 . AD2710K/L 10
13、.0001mV 10 2/1 . MAX676 4.0960.01 5 1677 5.0000.01 5 1678 10.0000.01 5 1 .,典型的基准源,10.4 线性串联型稳压电源,稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大，效率低。,10.4.1 线性串联型稳压电路的工作原理,10.4.2 稳压电路的保护环节,10.4.3 三端集成稳压器,10.4.1 线性串联型稳压电路的工作原理,(1
14、) 线性串联型稳压电源的构成,线性串联稳压电源的工作原理可用图10.03来说明。,显然，VO =VI-VR，当VI增加时，R 受控制而增加，使VR增加，从而在一定程度上抵消了VI增加对输出电压的影响。若负载电流IL增加，R受控制而减小，使VR减小，从而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI减小，对输出电压减小的影响。,在实际电路中，可变电阻R是用一个三极管来替代的，控制基极电位，从而就控制了三极管的管压降VCE，VCE相当于VR。要想输出电压稳定，必须按电压负反馈电路的模式来构成串联型稳压电路。典型的串联型稳压电路如图10.04所示。它由调整管、比较放大环节、取样环节、基准电压源几个部分组成。,
15、图10.04 串联型稳压电路方框图,(2) 线性串联型稳压电源的工作原理,根据图10.04分两种情况来加以讨论。,1输入电压变化， 负载电流保持不变,输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得误差信号V。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。VIVOVfVO1VCEVO,2负载电流变化，输入电压保持不变,负载电流IL的增加，使输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵
16、消因IL增加，使输入电压减小的影响。ILVOVfVO1VCEVO,3.输出电压调节范围的计算,根据图10.04可知,VfVREF,调节R2显然可以改变输出电压。,串联型稳压电路的方框图(四个基本组成部分）,练习：电路如下图所示，已知稳压管的稳定电压UZ6V， 晶体管的UBE0.7V，R1R2R3300，UI24V。判断 出现下列现象时，分别因为电路产生什么故障（即哪个元 件开路或短路）。（1）UO24V； （2）UO23.3V； （3）UO6V且不可调； （4）UO可调范围变为612V。 （5） UO12V且不可调；,解：（1）T1的c、e短路； （2）Rc短路； （3）T2的b、c短路； （4）R1短路。（5）R2短路；,练习2：直流稳压电源如下图所示。 （1）说明电路的整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电 路、比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成。 （2）标出集成运放的同相输入端和反相输入端。 （3） 写出输出电压的表达式。,解：（1）整流电路：D1D4；滤波电路：C1；调整管：T1、 T2；基准电压电路：、R、DZ；比较放大电路：A；取样电路： R1、R2、R3。（2）为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端上为“” 下为“”。（3）输出电压的表达式为,
