第11章直流電源11.1概述11.2

整流電路小結11.3濾波電路11.4穩壓電路11.5三端穩壓電路11.6開關穩壓電路本節重點：1直流電源的組成及每部分電路的作用。2、掌握橋式整流電路的組成及性能指標的計算。3、掌握橋式整流電路、電容濾波電路性能指標的計算。4、掌握串聯型穩壓電路的組成及輸出電壓調節范圍的計算。11.1

概述濾波整流穩壓變壓交流電源負載組成框圖電源變壓器:將交流電網電壓u1變為合適的交流電壓u2。整流電路:將交流電壓u2變為脈動的直流電壓u3。濾波電路:將脈動直流電壓u3轉變為平滑的直流電壓u4。穩壓電路:清除電網波動及負載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩定。直流穩壓電源的組成和功能整流電路濾波電路穩壓電路整流電路濾波電路穩壓電路u1u2u3u4uo220V11.2

整流電路

11.2.1基本概念11.2.2單相半波整流電路11.2.3單相橋式整流電路11.2.4倍壓整流電路

11.2.1基本概念整流電路的任務是利用二極管的單向導電性把正、負交變的電壓變成單方向脈動的直流電壓。

整流電路有單相整流，屬于小功率整流（通常指由單相交流電源供電，功率在一千瓦以內），其中包括半波整流、全波整流、橋式整流、倍壓整流等。另外還有三相整流（屬于大功率整流）及多相整流（屬于大功率整流）。11.2.2單相半波整流電路1、電路原理tO23u2tO23

uOtO23

iD=iOtO23

uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–2、主要參數1）、輸出電壓平均值2）、輸出電流平均值3）、脈動系數

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均值Uo之比。3、二極管極限參數選擇1）、最大整流平均電流2）、最高反向工作電壓tO23

uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–【例11-1】在單向半波整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值=30V，負載電阻=100，試問:1、負載電阻上的電壓平均值和電流平均值各為多少?2、電網電壓波動范圍是±10%，二極管承受的最大反向電壓和流過的最大電流平均值各為多少?解：1、負載電阻上電壓平均值

≈0.45U2=0.45×30V=13.5V流過負載電阻的電流平均值2、二極管承受的最大反向電壓

二極管流過的最大平均電流（1）組成：由四個二極管組成橋路u2正半周時:D1

、D3導通，D2、D4截止+–（2）工作原理：u2uL11.2.3、單相橋式整流電路-+u2負半周時：D2、D4

導通，D1

、D3截止u2uLu2>0時D1,D3導通D2,D4截止電流通路:A

D1RLD3Bu2<0時D2,D4導通D1,D3截止電流通路:BD2RLD4A輸出是脈動的直流電壓！u2橋式整流電路輸出波形及二極管上電壓波形uD4,uD2uD3,uD1uou2D4D2D1D3RLuoAB

波形tOtOtOtO2323Im2233uOu2uDiD=iOu2D4D2D1D3RLuoAB1).整流輸出電壓平均值（Uo）全波整流時，負載電壓Uo的平均值為:負載上的(平均)電流:整流輸出電壓的平均值Uo和輸出電壓的脈動系數S是衡量整流電路性能的兩個主要指標。2.參數估算

S定義：整流輸出電壓的基波峰值Uo1m與平均值Uo之比。2).脈動系數Ｓ用傅氏級數對全波整流的輸出uo

分解后可得:平均電流(ID)與反向峰值電壓(URM)是選擇整流管的主要依據。例如：在橋式整流電路中，每個二極管只有半周導通。因此，流過每只整流二極管的平均電流ID

是負載平均電流的一半。二極管截止時兩端承受的最大反向電壓：3.二極管極限參數選擇4.簡化畫法+uoRLio~+u25.整流橋把四只二極管封裝在一起稱為整流橋~~【例11-3】某電子裝置要求電壓值為15V的直流電源，已知負載電阻等于100，試問：1、如果選用單相橋式整流電路，則變壓器副邊電壓應為多大？整流二極管的正向平均電流最大反向峰值電壓等于多少？輸出電壓的脈動系數S等于多少？2、如果改用單相半波整流電路，則，，和S各是多少？解：1、由電路條件可知：根據給定條件，可得輸出直流電流為：由公式可得

此時脈動系數為：2、如改用單相半波整流電路，則

利用橋式整流電路實現正、負電源

11.3

濾波電路

11.3.1電容濾波11.3.2其他濾波電路濾波電路濾波電路的結構特點:電容與負載RL并聯，或電感與負載RL串聯。交流電壓脈動直流電壓整流濾波直流電壓原理：利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性,濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。io

+

uo=ucRLV1V4V3V2+u11.3.1電容濾波電路1.電路和工作原理Cio

+

uo=ucRLV1V4V3V2+uV導通時給C充電，V截止時C向RL

放電；濾波后uo

的波形變得平緩，平均值提高。電容充電電容放電C（1）空載（RL=∞）時：u2tuLtuc=uLu2＞uC時：二極管導通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。由于RL=∞，無放電回路，所以uC保持。（2）接入RL（且RLC較大）時u2tiDtu2＞uC時：二極管導通，C充電u2＜uC時：二極管截止，C放電。二極管中的電流uc=uL2.波形及主要參數當RL=時：OtuO2當RL

為有限值時：通常取RLC越大UO

越大RL=為獲得良好濾波效果，一般取：(T

為輸入交流電壓的周期)UO=1.2U2（1）輸出電壓平均值

【例11-6】在圖11-10（a）所示電路中，要求輸出電壓平均值負載電流平均值。試問：

(1)濾波電容的大小；

(2)考慮到電網電壓的波動范圍為±10﹪，濾波電容的耐壓值。解：(1)根據可知，C的取值滿足的條件。電容的容量為(2)變壓器副邊電壓有效值為電容的耐壓值為實際可選取容量為300uF、耐壓為25V的電容作本電路的濾波電容。[例11-7]

單相橋式電容濾波整流，交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=40，要求直流輸出電壓

UO=20V，選擇整流二極管及濾波電容。[解]1.選二極管電流平均值：承受最高反壓：選二極管應滿足：IF(23)

ID可選：2CZ55C(IF=1A，URM=100V)或

1A、100V

整流橋2.選濾波電容可選：

1000F，耐壓50V的電解電容。電路結構:

在橋式整流電路與負載間串入一電感L。輸出電壓平均值:UL=0.9U2對諧波分量:

f

越高，XL越大,電壓大部分降在電感上。

因此，在輸出端得到比較平滑的直流電壓。對直流分量:

XL=0相當于短路,電壓大部分降在RL上當忽略電感線圈的直流電阻時，輸出平均電壓約為：1.電感濾波電路二、電感濾波的特點整流管導電角較大，峰值電流很小，輸出特性比較平坦，適用于低電壓大電流(RL較小)的場合。缺點是電感鐵芯笨重，體積大，易引起電磁干擾。u2u1RLLuo11.3.2其他濾波器電路2.型濾波電路3.RC有源濾波電路

4.LC濾波器5.LC-П型濾波電路顯然，LC–型濾波電路輸出電壓的脈動系數比只有LC濾波時更小，波形更加平滑；由于在輸入端接入了電容，因而較只有LC濾波時，提高了輸出電壓。11.4

穩壓電路11.4.1穩壓電路的性能參數11.4.2穩壓管穩壓電路11.4.3串聯型穩壓電路11.4.1穩壓電路的性能參數1.穩壓系數2.輸出電阻3.電壓調整率定義為負載一定時穩壓電路輸出電壓相對變化量與其輸入電壓相對變化量之比

表明電網電壓波動的影響，其值愈小，電網電壓變化時輸出電壓的變化愈小。式中為整流濾波后的直流電壓。定義為穩壓電路輸入電壓一定時輸出電壓變化量與輸出電流變化量之比

定義為在額定負載且輸入電壓產生最大變化的條件下，輸出電壓產生的變化量

4.電流調整率

5.溫度系數

6.紋波電壓及紋波抑制比

定義為在輸人電壓一定且負載電流產生最大變化的條件下，輸出電壓產生的變化量輸入電壓和負載電流不變時，溫度變化所引起的輸出電壓相對變化量與溫度變化量之比。11.4.2穩壓管穩壓電路1.穩壓管穩壓電路的組成及原理2.穩壓管穩壓電路的性能指標(1)穩壓系數(2)內阻（）3．電路參數的選擇（1）穩壓電路輸入電壓的選擇UI=(2~3)UO（2）穩壓管的選擇（3）限流電阻及其選擇

穩壓管工作在穩壓區所允許的電流變化范圍應大于負載電流的變化范圍UIUORRLIOIRIDZ穩壓條件：當UI=UImax，IO=IOmin時，IDZ最大，則R值必須足夠大，以滿足IDZIZmax，即得UIUORRLIOIRIDZ得當UI=UImin，IO=IOmax時，IDZ最小，則R值必須足夠小，以滿足IDZIZmin，即因此，限流電阻R的選擇必須滿足：取中間值解：（1）由已知條件知可得

可取電阻R=200Ω（2）再由給定條件可求得則輸出電阻為估算穩壓系數時，取，則11.4.3串聯型穩壓電路1.串聯型穩壓電路的基本構成穩壓管穩壓電路的缺點：（1）帶負載能力差（2）輸出電壓不可調2.工作原理穩壓的實質：UCE

的自動調節使輸出電壓恒定

3.輸出電壓的調節范圍【例11-8】在圖11-24所示電路中，要求輸出電壓UO=10~15V,負載電流IL=0~100mA。已選定基準電壓的穩壓管參數為UZ=7V，IZ=5~33mA。（1）假設采樣電阻的阻值選定為2KΩ，則R1，R2，R3三個電阻分別為多大？（2）估算電源變壓器副邊電壓的有效值U2.

（3）估算基準穩壓管的限流電阻R的阻值。

解：（1）由公式可知取由于取(電位器)。取（2）穩壓電路的直流輸入電壓應為取,則變壓器副邊電壓的有效值為（3）基準穩壓管的限流電流應為故取

例：圖示穩壓電路1、指出電路的四個組成部分。2、求輸出電壓的調節范圍。例：圖示直流電源電路1、試說明電路四個組成部分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的作用。

2、說明穩壓電路的類型，它由哪幾部分組成，并指出每個組成部分對應的元器件。

3、求輸出電壓的調節范圍。11.5

三端穩壓電路11.5.2可調式三端穩壓器11.5.1固定式三端穩壓器CW7800

系列(正電源)CW7900系列(負電源)5V/6V/9V/12V/15V/18V/24V一、78、79系列的型號命名輸出電流78L

××/79L××—輸出電流100mA78M××/9M××—輸出電流500mA78××/79××—輸出電流1.5A輸出電壓11.5.1固定式三端穩壓器例如：CW7805

輸出

5V，最大電流

1.5ACW78M05

輸出

5V，最大電流

0.5ACW78L05

輸出

5V，最大電流

0.1A封裝CW7805123UIUOGNDCW7905123UIUOGND符號CW7800++312CW790012_3_塑料封裝金屬封裝二、CW7805的內部結構和基本應用電路內部結構+UI取樣電路調整電路保護電路基準電壓比較放大啟動電路+UO1.基本使用方法+20V+15V注意：輸入電壓Ui一般應比輸出電壓端Uo高3V以上。二.三端固定式集成穩壓器的使用

C1、C2的作用：防止自激振蕩，減小高頻噪聲、改善負載的瞬態響應。（1）基本應用電路Uo=12VW7812132C2++UiC1C30.33F0.1F100FRL防止輸入端短路時C3反向放電損壞穩壓器抵消輸入長接線的電感效應，防止自激改善負載的瞬態響應，消除高頻噪聲（2）輸出正、負電壓的電路~24V~24V~220VW7815W79151323211000F220F0.33F0.33F0.1F+15V15V++++1000F0.1F220F（3）提高輸出電壓電路W78132

CiC2+UO+UI

+UR1R2IQI1I2靜態電流58mA要求輸出電壓UO>U

公共端電流IQ較大，一般為幾十微安至幾百微安（4）輸出電壓可調穩壓電路W78

C1C2+UI

+U+UOR1R2R3R48(虛短)可產生小于U

的輸出電壓UO（5）恒流源電路12+UI=10VW78053+UORRLIQIO0.1F0.33F10一、典型產品型號命名CW117/217/317系列(正電源)CW137/237/337系列(負電源)工作溫度CW117(137)—

-55150CCW217(237)—

-25150CCW317(337)—

0

125C11.5.2可調式三端穩壓器基準電壓1.25V輸出電流L型—輸出電流100mAM型—輸出電流500mA二、CW117內部結構和基本應用電路內部結構調整電路基準電路誤差放大啟動電路偏置電路保護電路IREFUIUOADJ123外形引腳CW1171