直流穩(wěn)壓電源第一節(jié)直流穩(wěn)壓電源的組成第二節(jié)整流電路第三節(jié)濾波電路第四節(jié)穩(wěn)壓電路幾乎所有的電子線路都需要有穩(wěn)定的直流電源提供能量。大多數情況是利用電網提供的交流電源經過轉換而得到直流電源的。直流穩(wěn)壓電源就是把交流電通過整流變成脈動的直流電，再經過濾波穩(wěn)壓變成穩(wěn)定的直流電的設備。它由三部分電路組成，即整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路。教學內容:(1)直流穩(wěn)壓電源的組成。(2)整流電路。(3)濾波電路。(4)穩(wěn)壓電路。學習目標:(1)掌握單相橋式整流電路的工作原理。(2)掌握電容濾波的特點和電容的選擇原則。(3)熟悉硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理和限流電阻的估算。(4)了解集成三端穩(wěn)壓器的使用方法。

第一節(jié)直流穩(wěn)壓電源的組成

本章所討論的是一種單相小功率電源，它的作用是將頻率為50Hz、有效值為220V的單相交流電壓轉換為幅值穩(wěn)定、輸出電流為幾百毫安以下的直流電壓。圖4.1所示為常見直流穩(wěn)壓電源。如圖4.2所示，直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器、整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路四部分組成。(1)電源變壓器將電網交流電壓u1變?yōu)檎麟娐匪璧慕涣麟妷簎2。(2)整流電路將變壓器次級輸出的交流電壓變成單向的脈動直流電壓u3。(3)濾波電路消除脈動電壓中的諧波分量，輸出比較平滑的直流電壓u4。(4)穩(wěn)壓電路能在電源電壓或負載電流變化時，保持輸出直流電壓的穩(wěn)定。圖4.3所示為幾種常見的變壓器實物圖。

第二節(jié)整流電路

4.2.1單相半波整流電路單相半波整流電路如圖4.4所示，在二極管為理想二極管的條件下，其工作原理如下:變壓器二次側輸出電壓為，U2為有效值。當u2>0時，二極管導通，忽略二極管正向壓降，有uo=u2；u2<0時，二極管截止，輸出電流為0，uo=0。半波整流電路的輸出波形如圖4.5所示，其平均單向脈沖電壓即直流分量為很明顯，輸出電壓除了直流之外，還含有很多諧波，這些諧波統稱為紋波，它們疊加于直流之上。單相半波整流電路的優(yōu)點是結構簡單;缺點是輸出波形脈動大，直流成分比較低，變壓器半個周期不導電，利用率低，變壓器電流含直流成分，易飽和。4.2.2單相橋式整流電路單相橋式整流電路如圖4.6所示，整流電橋由4個二極管組成，故稱橋式整流電路，其簡化圖如圖4.7所示。單相橋式整流電路的工作原理如圖4.8(a)所示，變壓器二次側輸出電壓為，U2為有效值。當u2>0時即正半周期，二極管VD1和VD3因受正向電壓而導通，二極管VD2和VD4因受反向電壓而截止；當u2<0時即負半周期，二極管VD2和VD4因受正向電壓而導通，二極管VD1和VD3因受反向電壓而截止。u2和輸出電壓uo的波形如圖4.8(b)所示，其輸入的是雙極性電壓，而輸出波形是全波單極性，輸入輸出波形的幅值基本相等。其平均單向脈沖電壓即直流分量為單極性波形的2倍，可寫為比較圖4.5和圖4.8可以發(fā)現:經過整流橋后的輸出波形的紋波比半波整流電路的輸出波形小得多，但仍需濾波電路來濾除紋波。單相橋式整流電路與半波整流電路相比較，具有輸出電壓高、變壓器利用率高和脈動小等優(yōu)點，因此得到了廣泛的應用，其缺點是二極管的數量多，由于實際二極管的正向導通內阻不為零，導致其整流電路內阻大和電路損耗大。常見的硅整流橋如圖4.9所示。

第三節(jié)濾波電路

3.1電容濾波電路雖然橋式整流電路是全波整形，其輸出相對半波整流電路得到很大改善，但與實際要求仍然有較大差距，需要進一步采用濾波電路減小紋波。濾波電路一般采用電容和電感等儲能元件來實現，可分為電容濾波、電感濾波和復合濾波。首先介紹電容濾波電路，通過電容的充放電特性可以構成濾波電路，如圖4.10所示。濾波電容通常選用大容量電解電容，大約1000μF以上。1.工作原理RL未接入時(忽略整流電路內阻)，在電容完成充電后其輸出電壓就是電容兩端電壓，見圖4.11。RL接入(且RLC較大)時(忽略整流電路內阻)，電容通過RL放電，在整流電路電壓小于電容電壓時，二極管截止，整流電路不為電容充電，uo會逐漸下降，如圖4.12所示。只有整流電路輸出電壓大于uo(uC)時，才有充電電流iD，因此整流電路的輸出電流是脈沖波。可見，采用電容濾波時，整流管的導通角較小，如圖4.13所示。3.2電感濾波電路利用電感的電抗性，同樣可以達到濾波的目的。在橋式整流電路與負載間串入一電感L就構成了電感濾波電路，如圖4.14所示。其原理是整流后的電壓變化會引起負載電流的變化，電感L上將感應出一個與整流電壓變化相反的電動勢，疊加后使得負載上的電壓變化變得比較平緩，輸出電流基本不變，從而使得輸出只有直流電壓，而無交流電壓，達到濾波的目的。電感濾波電路適用于大電流場合，其優(yōu)點是減小了二極管的沖擊電流，可延長整流二極管的壽命;缺點是體積大、笨重，輸出電壓稍低。電感濾波電路中RL越小，負載電流越大，濾波效果越好，其輸出為uo=0.9u23.3LC型、π型濾波電路1.LC型濾波電路采用單一的電容或電感濾波時，電路雖然簡單，但是效果欠佳。為了達到較為理想的效果，通常把兩者結合起來使用，即LC濾波電路。其最簡單的電路形式如圖4.15所示。與電容濾波電路比較，LC濾波電路的優(yōu)點是:外特性好;輸出電壓對負載影響小;電感元件限制了電流的脈動峰值，減小了對整流二極管的沖擊。LC濾波適用于電流較大，要求電壓脈動較小的電路。LC濾波電路的直流輸出電壓和電感濾波電路一樣，即uo=0.9u2。2.π型濾波電路為了進一步減小脈動成分，在LC濾波電路中再增加一只濾波電容即可組成LC-π型濾波電路，如圖4.16所示，其輸出的電流波形更加平滑。選擇適當的參數，該電路同樣可以達到：uo=1.2u2

第四節(jié)穩(wěn)壓電路

4.1硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路整流濾波后輸出的電壓，主要存在兩方面的問題:(1)當負載電流變化時，由于整流濾波電路存在內阻，輸出直流電壓將隨之變化。(2)當電網電壓波動時，變壓器副邊電壓變化，輸出直流電壓也將隨之發(fā)生變化，而大多數電子設備都要求有很穩(wěn)定的直流電源供電。因此，為了獲得穩(wěn)定的電壓輸出，應加穩(wěn)壓電路。最簡單的直流穩(wěn)壓電路是采用穩(wěn)壓二極管來穩(wěn)壓的。1.電路組成如圖4.18所示，在電容濾波電路輸出負載上連接一個電阻和一個穩(wěn)壓管就組成了穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，其中，R為限流電阻。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的輸出電壓即為穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓UZ，如圖4.19所示。2.穩(wěn)壓原理由圖4.18可知:UI=UR+UOIR=IZ+IL(1)當電網電壓波動時(RL不變):當電網電壓變化時，穩(wěn)壓電路通過限流電阻R上電壓的變化來抵消UI的變化，即ΔUR≈ΔUI，從而使UO基本不變。(2)當負載變化時(UI不變)：用IZ的減小來補償IL的增大，最終使IR基本保持不變，從而輸出電壓UO也維持基本穩(wěn)定。因此，限流電阻必不可少，可利用穩(wěn)壓管所起的電流調節(jié)作用，通過限流電阻上電壓或電流的變化進行補償，來達到穩(wěn)壓的目的。3.限流電阻R的選擇4.適用場合硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路適用于負載電流較小、輸出電壓不變的場合。它的優(yōu)點是電路簡單；缺點是輸出電流較小，輸出電壓不可調。4.4.2集成穩(wěn)壓器1.三端集成穩(wěn)壓器組成及主要參數三端集成穩(wěn)壓器內部包括了串聯型直