1、(9-1),10 直流稳压电源,10.1 小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路 10.3 开关式稳压电源,*,(9-2),将交流电网电压v1变为合适的交流电压v2.电源变压器,将交流电压v2变为脉动的直流电压v3.整流电路,将脉动直流电压v3变为平滑的直流电压v4.滤波电路,清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压vo的稳定,引言:直流稳压电源的组成环节及功能,稳压电路,(9-3),整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。,10.1 小功率整流滤波电路,一、 单相整流电路,(9-4),（一）、 单相半波整流电路,忽略二极管正向压降：vL=v2,当v1为负半周时， v20，
2、,vL=0,、工作原理,当v1为正半周时， v2 0 ，,二极管导通。,二极管截止,输出电流为0。,2、输入、输出电压波形,设：,(9-5),3、vL、iL中的直流成分电压VL、电流IL和交流成分电压vLr及波纹系数r的计算,用傅立叶级数对vL的波形进行分解可得：,（）直流电压VL：,（2）直流电流IL：,（3）波纹系数r,波纹系数r表征了信号的波动程度，其值越大，波动程度越大；反之，越小。,半波整流电路的电源利用很低。,(9-6),(2) 二极管上承受的最高电压：,(1) 二极管上的平均电流：,4、整流二极管的参数：,平均电流(ID)与反向峰值电压(RM)是选择整流二极管管的主要依据。,二极
3、管截止时两端承受的最大反向电压：,(9-7),（二）、 单相桥式整流电路,1、工作原理,当v1为负半周时， v20，,当v1为正半周时， v2 0 ，,D1和D3导通,D2和D4截止,电流通路:,vL=v2,D2和D4导通,D1和D3截止,电流通路:,vL=v2,(9-8),v20 时,D1,D3导通 D2,D4截止 电流通路: A D1 RLD3B,v20 时,D2,D4导通 D1,D3截止 电流通路: B D2 RLD4A,2、桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形,(9-9),3、桥式整流电路输出直流电压、电流VL、IL和波纹系数r的计算,用傅立叶级数对vL的波形进行分解可得：,（）直流
4、电压VL：,（2）直流电流IL：,（3）波纹系数r,说明桥式整流电路输出电压的波动程度比半波整流电路大大减低了。,桥式整流电路的电源利用很高。,(9-10),在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，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：,4、桥式整流电路中整流二极管的参数：,(2) 二极管上承受的最高电压：,(1)整流二极管上的平均电流：,(9-11),几种常见的硅整流桥外形：,+ A C -,+-, + -,(9-12),二、滤波电路,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流 电压,脉动 直流
5、电压,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。,种类：可分为电容滤波电路、电感滤波电路、电容电感倒L型滤波电路、电容电感型滤波电路、电容电阻型滤波电路等。,(9-13),(一)、半波整流电容滤波电路的滤波原理,、无电容C时的输出电压波形：,2、加入电容C：,(1)、未接入负载电阻RL时的输出电压波形：,刚开始时, D导通, vL= v2 ,同时v2对电容C充电;当vC= 时, vCv2, D截止,电容C无放电回路,其电压保持恒定,故输出电压也恒定不变,即vL= vc=,没有
6、电容时的输出电压波形,有电容、无RL时的输出电压波形,(9-14),(一)、半波整流电容滤波电路的滤波原理,2、加入电容C：,(2)、接入负载电阻RL时的输出电压波形：,没有电容时的输出电压波形,有电容、无RL时的输出电压波形,D导通, vL= vC= v2 ,同时v2对电容C充电; 当vCv2时(因为v2按正弦变化, vC按 变化)，D截止,电容C对RL放电, 这时vL= vC，其电压 vL=,有电容、有RL时的输出电压波形,3、结论及参数,=RLC越大,输出电压越平稳,电容的理论放电波形,(9-15),（二）、桥式整流电容滤波电路,1、滤波原理,(1). RL未接入时的输出电压波形,充电结
7、束,无电容时，输出电压波形,有电容、无RL时的输出电压波形,(9-16),(2). RL接入（且RLC较大）时：,当整流电路电压大于电容电压时,二极管导通,向电容CL放充；当整流电路电压小于电容电压时,二极管截止，电容通过RL放电，vL会逐渐下降。,1、滤波原理,无电容时，输出电压波形,有电容、有RL时的输出电压波形,(9-17),近似估算:VL=1.2V2， IL=1.2V2/RL,2、桥式整流电容滤波电路的特点,(1) 输出电压VL与时间常数 RLC 有关。,RLC 愈大 电容器放电愈慢 VL(平均值)愈大,输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变, VL 也随之改变。,如: RL 愈小(
8、IL 越大), VL下降多;,(2) 输出特性(外特性),在RL一定时,有电容比无电容的VL大。,(9-18),(3)、整流二极管导电角变小、瞬时电流很大,RLC 越大VL越平滑、越大负载电流的平均值越大；整流管导电角越小iD的峰值电流越大（对整流管的冲击越大）。,故一般选管时，取,只有整流电路输出电压大于vC时,二极管才导通,并形成电流iL、 iD 。,整流电路的输出电流iL,可见，采用电容滤波时，整流管的导通角较小。,整流管的导通角,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。,(9-19),（三）、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
9、成了电感滤波电路。,2、滤波原理,对直流分量:XL=0电感相当于短路,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。,VL=1.2V2,输出平均电压约为：,3、电感滤波的特点,优点：整流管导电角较大，峰值电流很小，输出 特性比较平坦。,缺点：是电感铁芯笨重，体积大，易引起电磁干扰。,适用于低电压、大电流(RL较小)的场合。,(9-20),RC 型滤波电路,L-C 倒L型滤波电路,LC 型滤波电路,（四）、其他形式的滤波电路,(9-21),三、并联型稳压电路（稳压管稳压电路）,、Ui变化,负载不变,2、Ui不变 负载变化,稳
10、压原理,Uo稳定是Dz通过Iz 的电流调节和的电压调节而实现的,UR,IR,UO,Ui,(=I0+IZ),IZ,UO,(=UI - UR ),(9-22),思考：开关闭合、断开时，u0的波形相同吗？结论是什么？,1、开关闭合时，即有滤波时：,2、开关断开时，即无滤波时：,结论：整流环节与稳压环节之间须加滤波环节,(9-23),10.2 串联反馈式稳压电路,也称串联反馈式稳压电路，稳压效果好，但效率不太高。,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。,稳压效果好、效率较高，目前使用也比较多。,(9-24),并联型稳压电路,不足之处：,.输出电流IL小；,.稳压效果不理想；
11、,.输出电压VO不可调。,.输出电压VO不可调。,.输出电流IL扩大；,.稳压效果不理想；,o=Z BE,串联式稳压电路,特点：,串联反馈式稳压电路(基本型）,串联反馈式稳压电路(改进型）,(9-25),二、串联反馈式稳压电路的结构特点,串联式稳压电路由,基准电压、,取样电路,调整管、,四部分组成。,2、调整管：,起扩大输出电流、电压,调整作用。,3、比较放大：,可以是单管放大电路，差动放大电路，集成运算放大器。,4、取样电路：,起检测输出电压V0和实现输出电压的可调。,1、基准电压：,可以是稳压管稳压电路、带隙基准电压源等。,(9-26),1、稳压原理,VBE2(=VF-VZ）,当Vi 增加
12、使Vo升高时：,二、串联反馈式稳压电路的分析,(一)、基本型串联反馈式稳压电路的分析,IB2,IC2,VC2,V0(=Vi-VCE1）,VCE1,2、输出电压和电压调节范围计算,当RW2=0(电位器往下调到底)时,获得最大输出电压,当RW2=RW(电位器往上调到顶)时,获得最大输出电压,3、电路不足之处:,.温度变化时，T2组成的比较放大电路产生零点漂移，输出电压的稳定度变差。,.T2为单级放大,电压增益小,对误差的放大能力不强,故输出电压的稳定精度不太高。,(9-27),(二)、改进型串联反馈式稳压电路的分析,2、输出电压和电压调节范围计算,当RW2=0(电位器往下调到底)时,获得最大输出电
13、压,当RW2=RW(电位器往上调到顶)时,获得最大输出电压,. 能抑制零点漂移，输出电压的稳定度很好。,. 对误差的放大能力强,故输出电压的稳定精高。,1、电路的特点:,由于运放是差分式输入方式且增益很高,故：,当VF趋近等于VZ时（即误差趋近于零）,VB1趋近等于零,调整管T1的电压调整作用结束,从而得到稳定输出电压。,. 电路启动时的电流很大。,(9-28),三、串联反馈式稳压电路的其它改进措施,1、减小启动电流的措施：,增加启动电路,2、扩大输出电流的措施：,调整管采用复合管,(9-29),3、过流保护的措施：,给调整管增加旁路三极管,改进措施,当IL不超过额定值时,T截止；,当IL超过
14、额定值时,T导通,其集电极从T的基极分流,使调整管的集电极、发射极电流不至于过大。,4、提高基准电压稳定性的措施：,用带隙基准电压源代替由Z组成,DZ,的基准电压,VREF=1.205V,MC1403带隙基准电压源的内部结构,(9-30),四、串联反馈式稳压电路缺点：,损耗 (P=VCE IL) 大 电源的效率 ( =Po/Pi=oIL/iIi) 较低,为了提高效率，可采用开关型稳压电源。,调整管工作在线性放大区，当负载电流较大时:,(9-31),五、三端集成稳压电源,三端集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，不需调试、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
15、称之为三端集成稳压器。 本节主要介绍常用的W78XX系列、W79XX系列、LM317系列、LM337系列三端集成稳压电源。,1、简介,(9-32),2、三端集成稳压电源的外形及配套的散热片,三端集成稳压电源的外形,配套的散热片,(9-33),3、三端集成稳压电源的分类,注：固定式型号后XX两位数字代表输出电压值,输出电压额定电压值有:,5V、6V、9V、12V 、15V、18V、 24V等 。,三端集成 稳压器,固定式,可调式,负压 W79XX(0.1A)W79XX(0.5A) 、W79XX(1.5A),正压 W78XX （.1A)、 W78XX (0.5A)、W78XX(1.5A),负压 L
16、M37 /237/337L（.1A) LM37 /237/337M（.5A) LM37 /237/337 （1.5A),正压 LM17 /217/317L（.1A)LM17 /217/317M（.5A) LM17 /217/317 （1.5A),(9-34),W78XX,4、固定式三端集成稳压器的引脚排列、符号,W79XX,地,输入,输出,(9-35),5、可调式三端集成稳压器的引脚排列、符号,(9-36),1、输出为固定电压的电路,六、三端集成稳压器的应用,注意：为使电路工作正常，,VI 的数值应比Vo大,C1 、 C2 用来实现频率补偿,防止自激振荡,抑制高频干扰,C3 用来抑制低频干扰,
17、(9-37),2、具有短路保护的固定输出电压电路,(9-38),3 、输出正负电压的电路,(9-39),VXX (VREF) : 为W78XX固定输出电压,4、提高输出电压的电路,VO = VXX + VZ,(9-40),5、输出电压可调式电路,电路图之一,(9-41),运算放大器作为电压跟随器使用, 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。,5、输出电压可调式电路,电路图之二,(9-42),完整的直流稳压电源电路图,(9-43),考试时间:18周二,1-2节,考试地点:6B-201 (序号为1#55#)6B-202 (序号为56#110#),答疑时间、地点:17周五上午9:00-12:00 6A-30817周五下午2:30-5:30 6A-30618周一上、下午 6A-308,
