第18章直流穩壓電源18.2濾波器18.3直流穩壓電源18.1整流電路本章要求：1.理解單相整流電路和濾波電路的工作原理及參數的計算;2.了解穩壓管穩壓電路和串聯型穩壓電路的工作原理;3.了解集成穩壓電路的性能及應用。第18章直流穩壓電源第18章直流穩壓電源小功率直流穩壓電源的組成功能：把交流電壓變成穩定的大小合適的直流電壓u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓18.1

整流電路整流:

利用二極管的單向導電性將交流電壓轉變為脈動的直流電壓。

常見的整流電路：

半波、全波、橋式和倍壓整流；單相和三相整流等。分析時可把二極管當作理想元件處理：

二極管的正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。uDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理

u

正半周，Va>Vb，二極管D導通；u0=u

uD=03.工作波形

u

負半周，Va<Vb，二極管D

截止。u0=0uD=u1.電路結構

–++–aTrDuoubRLioutOuoO4.參數計算(1)整流電壓平均值(2)整流電流平均值(3)流過每管電流平均值(4)每管承受的最高反向電壓(5)變壓器副邊電流有效值IuoOuDO5.整流二極管的選擇平均電流ID與最高反向電壓UDRM

是選擇整流二極管的主要依據。選管時應滿足：

ID<IOM

，UDRM<URWM

半波整流電路的優點：結構簡單，使用的元件少。缺點：只利用了電源的半個周期，所以電源利用率低;輸出的直流成分比較低；輸出波形的脈動大；變壓器電流含有直流成分，容易飽和。故半波整流只用在要求不高，輸出電流較小的場合。18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u

正半周，Va>Vb，二極管

D1、D3

導通，D2、D4

截止。3.工作波形1.電路結構－RLuiouo1234ab+

–+

–－uD2uD4uouDttuuD1uD3018.1.2單相橋式整流電路2.工作原理uD2uD41.電路結構RLuiouo1234ab+

–+

–u

負半周，Va<Vb，二極管2、4導通，1、3截止。uouDtt－－uuD1uD303.工作波形4.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓UDRM(5)變壓器副邊電流有效值IuD1uD300uo

(1)輸出直流電壓高；

(2)脈動較小；

(3)電源變壓器得到充分利用。目前，半導體器件廠已將整流二極管封裝在一起，制成單相及三相整流橋模塊，這些模塊只有輸入交流和輸出直流引線。減少接線，提高了可靠性，使用起來非常方便。橋式整流電路的優點：ACAC+_ACAC+_解：變壓器副邊電壓有效值例1：單相橋式整流電路，已知交流電網電壓為220V，負載電阻RL=50，負載電壓Uo=100V，試選擇二極管并求變壓器的變比和容量。流過每只二極管電流平均值每只二極管承受的最高反向電壓整流電流的平均值考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應高出5%~10%，即取

U=1.1111122V例1：單相橋式整流電路，已知交流電網電壓為220V，負載電阻RL=50，負載電壓Uo=100V，試選擇二極管并求變壓器的變比和容量。

I=1.11Io=1.112=2.2A

變壓器副邊電流有效值變壓器容量

S=UI=122

2.2=207.8VA變壓器副邊電壓U

122V可選用二極管2CZ11C，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。例2：試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2

或D4

斷開時負載電壓的波形。如果D2

或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uo+_~u+_RLD2D4

D1D3解：當D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，D1和D3導通，負載中有電流過，負載電壓uo=u；負半周時，D1和D3截止，負載中無電流通過，負載兩端無電壓，uo=0。

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πoo

如果D2或D4接反則正半周時，二極管D1、D4或D2、D3導通，電流經D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D2、D3或D1、D4將被燒壞。

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，情況與D2或D4接反類似，電源及D3或D1也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4

D1

D3uo+_~u+_RLD2D4

D1

D318.2

濾波器

交流電壓經整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。

濾波原理：濾波電路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。

18.2.1電容濾波器

1.電路結構2.工作原理電壓增加時u>uC時，二極管導通，電源在給負載RL供電的同時也給電容充電，uC

增加，uo=u

。

當電壓u下降的同時，電容通過負載RL

放電，uC按指數規律下降，uc下降的速度比u慢，所以有u<uC，二極管截止uo=uC

。+C

–++–aDuoubRLio=uC二極管承受的最高反向電壓為(負載開路）uoutOtOici4.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間常數RLC有關。

RLC

越大電容器放電越慢輸出電壓的平均值Uo越大，波形越平滑。近似估算取：Uo

=1.0U

（半波）

Uo

=1.2U(

橋式、全波）當負載RL開路時，UO

為了得到比較平直的輸出電壓(2)外特性曲線有電容濾波無電容濾波0.45U

UooIO

采用電容濾波時，輸出電壓受負載變化影響較大，即帶負載能力較差。因此電容濾波適合于要求輸出電壓較高、負載電流較小且負載變化較小的場合。(3)流過二極管的瞬時電流很大

C

越大ＵO

越高，IO

越大整流二極管導通時間越短iD

的峰值電流越大。uotOiDtO例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。流過二極管的電流二極管承受的最高反向電壓變壓器副邊電壓的有效值

uRLuo++––~+C解：1.選擇整流二極管可選用二極管2CP11IOM=100mAURWM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50Hz，負載電阻RL=200，要求直流輸出電壓Uo=30V，選擇整流二極管及濾波電容器。取RLC=5T/2已知RL=200

uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器18.2.2電感及LC濾波器1.電路結構L

uRLuo++––~+C2.濾波原理對直流分量:XL=0，L相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量:f越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負載上得到比較平滑的直流電壓。當流過電感的電流發生變化時，線圈中產生自感電勢阻礙電流的變化,使負載電流和電壓的脈動減小。

LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時更為合適。18.2.3形濾波器形LC濾波器

濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。

比形LC濾波器的體積小、成本低。L

uRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器R

uRLuo++––~+C2+C1

R愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R大將使直流壓降增加，主要適用于負載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。交直流收擴兩用機電源N1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1FU11A直流24V交流～220V如圖電源輸出電壓為24V,電流為1.8A。變壓器副繞組N3的電壓約為20V,C2起抑制高頻干擾作用；副繞組N2的電壓為5.5V，供照明指示燈用。直流24V電池的極性可任意接入。~20V~5.5VRL-24VN1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V+－+－RLN1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V+－N1N30.047FD2D4C2D3D12CZ12A×4N2FU23A2000F/50V+C1–24VFU11A直流24V交流～220V－＋18.3

直流穩壓電源

穩壓電路（穩壓器）是為電路或負載提供穩定的輸出電壓的一種電子設備。

穩壓電路的輸出電壓大小基本上與電網電壓、負載及環境溫度的變化無關。理想的穩壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內阻很小的電壓源。其內阻越小，穩壓性能越好。

穩壓電路是整個電子系統的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZRL(IO)IR設UI一定，負載RL變化UO

基本不變UoIR

(IRR)UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調壓穩壓電路IZ18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ

（Uo）設負載RL一定，UI變化UO

基本不變Uo

IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIzIZ+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz為保證穩壓管安全工作為保證穩壓管正常工作3.參數的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~3)IOM(3)UI

=(2~3)UO(4)適用于輸出電壓固定、輸出電流不大、且負載變動不大的場合。18.3.2恒壓源

由穩壓管穩壓電路和運算放大器可組成恒壓源。UORFR2R1+–++–RL+–UZRDZ+UUORFR2R1++–+–RLRDZ+–UZ+U反相輸入恒壓源同相輸入恒壓源改變RF即可調節恒壓源的輸出電壓。+_RLUoUo∞＋－＋+_UI+_R3R2R1DZ18.3.3串聯型穩壓電路1.電路結構∞＋－＋+_UIR3R2R1DZUiUOTR2RL+–R3++––+DZR1+_RLUo∞＋－＋+_UIR3R2R1DZ∞＋－＋+_UIR3R2R1DZUiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R1串聯型穩壓電路由基準電壓、比較放大、取樣電路和調整元件四部分組成。調整元件比較放大基準電壓取樣電路當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓UO升高時，有如下穩壓過程：2.穩壓過程由電路圖可知UOUfUBUOUO=UE=UB－UBE由于引入的是串聯電壓負反饋，故稱串聯型穩壓電路。UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調節范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R118.3.4

集成穩壓電源單片集成穩壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優點。最簡單的集成穩壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩壓器。1.

分類XX兩位數字為穩定電壓值三端穩壓器輸出固定電壓輸出可調電壓輸出正電壓78XX輸出負電壓79XX（1.25~37V連續可調）2.外形及引腳功能W7800系列穩壓器外形1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩壓器外形1—

公共端3—輸入端2—輸出端79xx塑料封裝穩定輸出XX伏穩定輸出－XX伏3.

性能特點（7800、7900系列）輸出電流1.5A（加散熱器）(L-0.1AM-0.5A)少量外接元件內部有過熱保護內部有過流保護調整管設有安全工作區保護輸出電壓容差為4%輸出電壓額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。4.主要參數

(1)電壓調整率SU(穩壓系數)

反映當負載電流和環境溫度不變時，電網電壓波動對穩壓電路的影響。

(2)電流調整率SI

反映當輸入電壓和環境溫度不變時，輸出電流變化時輸出電壓保持穩定的能力，即穩壓電路的帶負載能力。0.005~0.02%0.1~1.0%(3)輸出電壓UO

(6)最大輸入電壓UiM

(7)最大功耗PM

(4)最大輸出電流IOM

(5)最小輸入、輸出電壓差(Ui-UO)min

輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。

(1)

輸出為固定電壓的電路5.三端固定輸出集成穩壓器的應用COW7805CiUi+_+_