1、第第1010章章 直流電源直流電源習題：習題：10-5、 10-10、 10-11、 10-17、 10-19作業：作業：10.1 整流電路整流電路10.2 濾波電路濾波電路10.3 穩壓電路穩壓電路10.4 集成穩壓器及其應用集成穩壓器及其應用第第1010章章 直流電源直流電源直流穩壓電源原理框圖及波形圖直流穩壓電源原理框圖及波形圖（1）電源變壓器）電源變壓器 其作用是將來自電網的有效值為其作用是將來自電網的有效值為220V 的交流電壓轉換為符合整流需要的有效值較低的交流電壓。的交流電壓轉換為符合整流需要的有效值較低的交流電壓。（2）整流電路）整流電路 利用具有單向導電性能的整流元件，將利用

2、具有單向導電性能的整流元件，將 正弦交流電壓正弦交流電壓u2變為單向脈動電壓變為單向脈動電壓u3。（3）濾波電路）濾波電路 利用電容、電感元件的頻率特性，將直利用電容、電感元件的頻率特性，將直 流脈動電壓中的諧波成分濾除掉，使電壓流脈動電壓中的諧波成分濾除掉，使電壓u3成為比較平滑成為比較平滑 的脈動直流電壓的脈動直流電壓u4。 （4）穩壓電路）穩壓電路 當電網電壓波動或負載變動時，經濾波當電網電壓波動或負載變動時，經濾波 后的直流電壓大小還會變動。穩壓電路的作用是使直流輸后的直流電壓大小還會變動。穩壓電路的作用是使直流輸 出電壓基本不受上述因素的影響。出電壓基本不受上述因素的影響。 10.1

3、 整流電路整流電路10.1.1 單相半波整流電路單相半波整流電路1.1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理2.2.電路參數分析電路參數分析（負載電阻上電壓的平均值）（負載電阻上電壓的平均值）)(sin22120O(AV)ttdUU t= 0 時時：tUuosin22 t= 2 時時：0ou解得解得:UO(A V)=2245. 02UUIO(A V)=UO(A V)RL =0.45U2RL 整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比。整流輸出電壓的基波峰值與輸出電壓平均值之比。O(AV)O1MUUS S越大，脈動越大。越大，脈動越大。經推導經推導：S 1.573.3.ID(A V)= IO(A

4、V) 0.45U2 /RL半波整流電路中，半波整流電路中，二極二極管的正向平均電流管的正向平均電流等于等于負載電流平均值負載電流平均值: : URM= 2U2二極管承受的最大反向電二極管承受的最大反向電壓壓等于變壓器副邊的峰值等于變壓器副邊的峰值電壓電壓:4.4.單相半波整流電路簡單易行單相半波整流電路簡單易行;由于它僅利用了交流電路的半個周期，所以輸出電由于它僅利用了交流電路的半個周期，所以輸出電壓低，脈動大（即交流分量大），壓低，脈動大（即交流分量大）， 效率低。效率低。只適用于整流電流較小，對脈動要求不高的場合。只適用于整流電流較小，對脈動要求不高的場合。10.1.2 單相橋式整流電路單

5、相橋式整流電路1.1.電路組成及工作原理電路組成及工作原理一般畫法一般畫法 簡化畫法簡化畫法工作原理工作原理D1和和D2導通導通, ,D3和和D4截止截止( (相當于開路相當于開路) )Tio+u2u1RLuo+D4D2D3D1+D3 和和 D4導通導通, , D1和和 D2截止。截止。 u2Tu1RLD4D2D3uoioD1+o t 2 3 u22U2 touo 2 3 2U2 touD2U2 2 3 toiDIm 2 3 D1、D2電流D3、D4電流D3、D4電壓D1、D2電壓, 解得解得:UO(A V) 0.9U2ttdUUsin2120O(AV)67.0O(AV)O1MUUS0.9U2

6、RLIO(A V)=UO(AV)RL 3.3.ID(AV)= IO(A V) / 2 0.45U2 /RL（同半波整流電路）（同半波整流電路）URmax= 2U2（同半波整流電路）（同半波整流電路）每只二極管只在變壓器副邊電壓的半個周期通過電流，每只二極管只在變壓器副邊電壓的半個周期通過電流，故每個故每個二極管的平均電流二極管的平均電流只有負載上平均電流的一半。只有負載上平均電流的一半。二極管承受的最大反向電壓二極管承受的最大反向電壓等于變壓器副邊的峰值等于變壓器副邊的峰值電壓。電壓。4.4.1） 橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的橋式整流電路與半波整流電路相比，在相同的 變壓器副邊電壓

7、下，對二極管要求相同。變壓器副邊電壓下，對二極管要求相同。2）橋式整流電路的輸出電壓與輸出電流的平均值是）橋式整流電路的輸出電壓與輸出電流的平均值是 半波整流電路的兩倍。半波整流電路的兩倍。3）輸出電壓高，脈動小，變壓器利用率高，因此得）輸出電壓高，脈動小，變壓器利用率高，因此得 到廣泛應用。到廣泛應用。10.2 濾波電路濾波電路二極管導通時給電容充電二極管導通時給電容充電, ,二極管截止時電容向負載放電二極管截止時電容向負載放電 1.1.u2Tu1RLD1D4D2D3uoioCuC濾波后輸出電壓濾波后輸出電壓 uo 的波形變得平滑的波形變得平滑, ,平均值提高。平均值提高。+- -tiD0t

8、uO2U2t1t4t3t2 02.2.紅：紅：U2正半周；正半周；綠：綠： U2負半周。負半周。放電時間常數由放電時間常數由RLC決定。決定。AB段段D1、D2通，通，C充電充電uo= uc = u2 BC段段D1、D2止，止，C放電放電uo= uc u2 CD段段D1、D2止，止，C放電放電uo= uc u2Uo(AV) 1.2U2RLC =（2 5）T/2時時導通角導通角 為了減小輸出電壓的脈動程度，在濾波電容之前串接為了減小輸出電壓的脈動程度，在濾波電容之前串接一個鐵心線圈，就組成了電感電容濾波（一個鐵心線圈，就組成了電感電容濾波（LCLC濾波）電路濾波）電路 由于通過電感線圈的由于通過

9、電感線圈的電流發生變化時，線圈中電流發生變化時，線圈中要產生自感電動勢阻礙電要產生自感電動勢阻礙電流的變化，因而使負載電流的變化，因而使負載電流和負載電壓的脈動大大流和負載電壓的脈動大大減小減小 頻率越高頻率越高，電感越大電感越大，濾波效果越好。濾波效果越好。 LC - - 形濾波電路相當于在形濾波電路相當于在LC 濾波電路的前面并聯一濾波電路的前面并聯一個濾波電容個濾波電容 LC 濾波更好，但整流濾波更好，但整流二極管的沖擊電流較大。二極管的沖擊電流較大。1C 由于電感線圈體積大而且笨重，成本又高，所以由于電感線圈體積大而且笨重，成本又高，所以有時用電阻有時用電阻R代替代替 形濾波電路中的形

10、濾波電路中的電感線圈，構成電感線圈，構成了了RC - - 形濾波電路。它是利用形濾波電路。它是利用R和和C對輸入回路整對輸入回路整流后電壓的交直流分量的不同分壓作用來實現濾波作流后電壓的交直流分量的不同分壓作用來實現濾波作用的用的。 二倍壓整流電路二倍壓整流電路當變壓器二次電壓為正半周當變壓器二次電壓為正半周（u2的極性為上正下負）時，的極性為上正下負）時，二極管二極管VD1導通，在理想情況下，導通，在理想情況下，將電容將電容C1充電至充電至u2的最大值的最大值 , 極性如圖中所示。在負半周時，極性如圖中所示。在負半周時，VD2導通導通, 將電容將電容C2充電充電至至 , 極性如圖中所示。由圖

11、中可見，負載極性如圖中所示。由圖中可見，負載RL上的輸上的輸出電壓是兩個電容電壓之和，即為出電壓是兩個電容電壓之和，即為 。22U22U222U多倍壓整流電路多倍壓整流電路當當u2為正半周（極性為上正下負）時，電源電壓通過為正半周（極性為上正下負）時，電源電壓通過VD1將電容將電容C1充電至充電至 。然后，在。然后，在u2負半周（上負下正）負半周（上負下正）時，時，VD2導通。此時導通。此時C1上的電壓上的電壓 與與u2的極性一致，它的極性一致，它們共同將電容們共同將電容C2充電到充電到 。22U222U1Cu10.3 穩壓電路穩壓電路 當電網電壓波動和負載變化時，整流濾波電路的當電網電壓波動

12、和負載變化時，整流濾波電路的輸出電壓會隨之變化。為了能夠提供更加穩定的直流輸出電壓會隨之變化。為了能夠提供更加穩定的直流電源，需要在整流濾波后面加入穩壓電路。電源，需要在整流濾波后面加入穩壓電路。常數LRIIOOrUUUUS常數T 負載及環境溫度負載及環境溫度 T不變時不變時, ,直流輸出電壓直流輸出電壓 的相對變的相對變化量與穩壓電路輸入電壓化量與穩壓電路輸入電壓 的相對變化量之比。的相對變化量之比。OUIU 穩壓電路輸入電壓一定時，輸出電壓變化量與輸出穩壓電路輸入電壓一定時，輸出電壓變化量與輸出 電流變化量之比的絕對值。電流變化量之比的絕對值。常數IUOOOIUR常數T 穩壓電路輸出端的交

13、流分量，用有效值或幅值表示。穩壓電路輸出端的交流分量，用有效值或幅值表示。LROZRORIIII ,UUURL IO I UO(UZ) IZ I UO 當負載發生變化時（設輸入電壓保持不變）：當負載發生變化時（設輸入電壓保持不變）：UI UO (UZ ) IZ I UR UO 當電網電壓變化時（設負載電阻保持不變）：當電網電壓變化時（設負載電阻保持不變）： ZU當電網電壓最高而負載電流最小時，流過穩壓管的電流當電網電壓最高而負載電流最小時，流過穩壓管的電流最大最大當電網電壓最低而負載電流最大時，流過穩壓管的電流當電網電壓最低而負載電流最大時，流過穩壓管的電流最小最小 minminOmaxZZa

14、xImmaxZminOZaxImRIIUURIIRUUmaxmaxOminZZinImminZmaxOZinImRIIUURIIRUUmaxZZminZIII選擇限流電阻。，試，設穩壓管的例30060012155406310minLmaxLinImaxImminZmaxZZRRVUVUmAImAIVU解：mAA.VRUImaxLZminO100106006mAA.VRUIminLZmaxO2002030062400200050612180010040615）（）（.RR.RRmaxmin 穩壓管穩壓電路在輸出電壓不需調節、負載電流穩壓管穩壓電路在輸出電壓不需調節、負載電流比較小的情況下，效果比

15、較好。比較小的情況下，效果比較好。1.1.輸出電壓由穩壓管的型號決定，不可隨意調節；輸出電壓由穩壓管的型號決定，不可隨意調節；2.2.電網電壓和負載電流的變化太大時，電路將不能電網電壓和負載電流的變化太大時，電路將不能適應。適應。缺點：缺點： 線性串聯型穩壓電路是在穩壓管穩壓電路的基線性串聯型穩壓電路是在穩壓管穩壓電路的基礎上，增加了調整元件、比較放大電路、取樣電礎上，增加了調整元件、比較放大電路、取樣電路等環節。利用晶體管的放大作用，加大輸出電路等環節。利用晶體管的放大作用，加大輸出電流，并引入深度電壓負反饋以穩定輸出電壓。同流，并引入深度電壓負反饋以穩定輸出電壓。同時，可以通過改變電路參數

16、，使輸出電壓具有一時，可以通過改變電路參數，使輸出電壓具有一定的調節范圍。定的調節范圍。1.1.線性串聯型穩壓電路的基本組成線性串聯型穩壓電路的基本組成 2.2.穩壓原理穩壓原理 當輸入電壓波動或負載變化引起輸出電壓當輸入電壓波動或負載變化引起輸出電壓U UO O升高升高時，輸出電壓的變化通過取樣值時，輸出電壓的變化通過取樣值U Uf f反饋到運放的反相反饋到運放的反相輸入端。因同相輸入端接基準電壓輸入端。因同相輸入端接基準電壓U UZ Z，經比較放大后，經比較放大后，使運放使運放A A的輸出電壓（即的輸出電壓（即VTVT的基極電壓）降低。因為的基極電壓）降低。因為VTVT接成了射極跟隨器，所

17、以輸出電壓接成了射極跟隨器，所以輸出電壓U UO O也隨之降低。也隨之降低。這一穩壓過程可簡單表示為：這一穩壓過程可簡單表示為：UZ一定一定UO Uf UB UO 3.3.輸出電壓及其調節范圍輸出電壓及其調節范圍ZOURRRRU52411理想情況下理想情況下, UN=UP=UZ。所以輸出電壓為。所以輸出電壓為最小，為時，輸出電壓的滑動點在最上端，即當RPRRRP5ZRPmaxOOURRRRUU221ZRPRPminOOURRRRRUU221最大，為時，輸出電壓的滑動點在最下端，即當05RRP4.4.能隙基準電壓源電路能隙基準電壓源電路 線性串聯型穩壓電路的輸出電壓與基準電壓密切相線性串聯型穩壓

18、電路的輸出電壓與基準電壓密切相關，基準電壓源的性能直接影響著穩壓電源的性能。關，基準電壓源的性能直接影響著穩壓電源的性能。 采用穩壓管做基準電壓源，它的優點是電路簡單，采用穩壓管做基準電壓源，它的優點是電路簡單，但存在輸出電阻大、噪聲電平較高的弊端。但存在輸出電阻大、噪聲電平較高的弊端。 性能好的基準電壓源應該輸出電阻小、噪聲低、溫性能好的基準電壓源應該輸出電阻小、噪聲低、溫度穩定性好。目前，被廣泛采用的能隙基準電壓源（又度穩定性好。目前，被廣泛采用的能隙基準電壓源（又叫帶隙基準電壓源）就具備上述優點。叫帶隙基準電壓源）就具備上述優點。2232321RIUUIRVTVTBEREF該電路的基準電

19、壓為由微電流源提供。流源，構成微電和、電壓與溫度無關。溫度補償，從而使基準兩者疊加可較好地實現具有正溫度系數，項具有負溫度系數，第二第一項223RIUBE極高。源電路，其溫度穩定性該電路叫能隙基準電壓 線性串聯型穩壓電路中，調整管工作在線性放大區。線性串聯型穩壓電路中，調整管工作在線性放大區。這種電路結構簡單，輸出紋波小，穩壓性能好。但是，在這種電路結構簡單，輸出紋波小，穩壓性能好。但是，在負載電流較大時，調整管的集電極損耗（負載電流較大時，調整管的集電極損耗（P PC C=V=VCECEI IO O）相當）相當大（調整管與負載串聯，通過負載電流），電源效率較低大（調整管與負載串聯，通過負載電

20、流），電源效率較低，一般為，一般為40%-60%,40%-60%,往往需配置笨重的散熱裝置。往往需配置笨重的散熱裝置。 將穩壓電源改為開關式。即電源中的調整管主要工作將穩壓電源改為開關式。即電源中的調整管主要工作在飽和導通和截止兩種狀態。在調整管飽和導通時，管子在飽和導通和截止兩種狀態。在調整管飽和導通時，管子壓降壓降U UCESCES很小；在調整管截止時，管子電流很小；在調整管截止時，管子電流I ICECE也很小，所也很小，所以調整管的管耗很小，并且主要發生在狀態轉換過程中。以調整管的管耗很小，并且主要發生在狀態轉換過程中。這樣，電源效率可提高到這樣，電源效率可提高到80%-95%,80%-

21、95%,同時省去了笨重的散熱同時省去了笨重的散熱裝置，體積小、重量輕。裝置，體積小、重量輕。 開關式穩壓電源的主要缺點是輸出電壓所含紋波較大開關式穩壓電源的主要缺點是輸出電壓所含紋波較大，對電子設備有較大干擾。，對電子設備有較大干擾。10.4 集成穩壓器及其應用集成穩壓器及其應用10.4.1 線性集成穩壓器及其應用線性集成穩壓器及其應用 在線性集成穩壓器件中，在線性集成穩壓器件中，“三端集成穩壓器三端集成穩壓器”只只有三個引腳，即輸入端、輸出端和公共端（或調整端有三個引腳，即輸入端、輸出端和公共端（或調整端），因此而得名。），因此而得名。 三端集成穩壓器按輸出電壓是否可調分為三端集成穩壓器按輸

22、出電壓是否可調分為“固定固定式式”和和“可調式可調式”兩類。兩類。1.1.輸出電壓固定的三端集成穩壓器輸出電壓固定的三端集成穩壓器正電源正電源W7800系列：系列：輸出電壓：輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：輸出電流： W7800系列系列1.5A； W78M00系列系列0.5A ； W78L00系列系列0.1A負電源負電源W7900系列：系列：輸出電壓：輸出電壓：5V、6V、9V、12V、 15V、 18V、24V輸出電流：同上輸出電流：同上W78XX型型三端集成穩壓器的外形、圖形符號如圖所示三端集成穩壓器的外形、圖形符號如圖所示CW7800CW79001+23_2_三端集成穩壓器的電路符號三端集成穩壓器的電路符號31負輸出負輸出正輸出正輸出輸入端輸入端輸入端輸入端輸出端輸出端輸出端輸出端公共端公共端公共端公共端W7805的內部電路結構框圖的內部電路結構框圖2.2.輸出電壓可調的三端集成穩壓器輸出電壓可調的三端集成穩壓器 可調式三端集成穩壓器的特點是輸出電壓連續可調可調式三端集成穩壓器的特點是輸出電壓連續可調。這類器件是依靠外接電阻來調節輸出電壓的，輸出電。這類器件是依靠外接電阻來調節輸出電壓的，輸出電壓的調節范圍較寬。其外形、圖形符號如圖所示。壓的