1、10 直流穩壓電源重點難點重點：串聯型穩壓電路。難點：電容濾波電路的工作原理 并聯型穩壓電路的工作原理 10.1 小功率整流電路 10.2 小功率濾波電路 10.3 并聯式穩壓電路 10.4 串聯反饋式穩壓電路10 直流穩壓電源 10.0 引言引言直流穩壓電源的作用 將交流電網電壓轉換為直流電壓，為放大電路提供直流工作電源。組成各部分功能變壓器：整流：濾波：穩壓：降壓濾除脈動交流變脈動直流進一步消除紋波，提高電壓的穩定性和帶載能力10.1 小功率整流電路10.1.1 單相橋式整流電路10.1.2 單相半波整流電路10.1.3 單相全波整流電路10.1.1 單相橋式整流電路(1) 工作原理 單相

2、橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，其電路如圖10.02（a）所示。（a）橋式整流電路 （b）波形圖圖10.02 單相橋式整流電路 在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。根據圖10.02(a)的電路圖可知： 當正半周時二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。 在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖10.02(b)。 當負半周時二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。 根據圖10.02（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為（

3、2）參數計算 流過負載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓 流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數S。10.1.2單相半波整流電路 單相整流電路除橋式整流電路外，還有單相半波和全波兩種形式。單相半波整流電路如圖10.04(a)所示，波形圖如圖10.04(b)所示。(a)電路圖 (b)波形圖 圖10.04 單相半波整流電路 根據圖10.04可知，輸出電壓在一個工頻周期內，只是正半周導電，在負載上得到的是半個正弦波。負載上輸出平均電壓為流過負載和二極管的平均電流為二

4、極管所承受的最大反向電壓2022/9/15 單相全波整流電路如圖10.05(a)所示，波形圖如圖10.05(b)所示。10.1.3 單相全波整流電路 (a)電路圖 圖10.05 單相全波整流電路 (b)波形圖 根據圖10.05（b）可知，全波整流電路的輸出，與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為流過負載的平均電流為 二極管所承受的最大反向電壓 單相全波整流電路的脈動系數S與單相橋式整流電路相同。注意，整流電路中的二極管是作為開關運用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對: 輸入（交流）用有效值或最大值； 輸出（交直流）用平均值； 整流管正向電流用平均值； 整流管反向電壓用最大值。 單相橋

5、式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優于單相半波和全波整流電路，故廣泛應用于直流電源之中。幾種濾波電路10. 2 濾波電路（a）電容濾波電路（b）電感電容濾波電路（倒L型）（c）型濾波電路10.2.1 電容濾波電路 (1)濾波的基本概念 濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應與負載串聯。經過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一

6、部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量。 （2）電容濾波電路 現以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。電容濾波電路如圖10.06所示，在負載電阻上并聯了一個濾波電容C。圖10.06電容濾波電路 當v2到達90時，v2開始下降。先假設二極管關斷，電容C就要以指數規律向負載L放電。指數放電起始點的放電速率很大。(3)濾波原理 若電路處于正半周，二極管D1、D3導通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當于并聯在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。 圖10.07電容濾波波形圖 所以，在t1到t2時刻，二極管導電，充電，vC=vL按正弦規律變化；t2

7、到t3時刻二極管關斷，vC=vL按指數曲線下降，放電時間常數為RLC。電容濾波過程見圖10.07。 在剛過90時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90時二極管仍然導通。在超過90后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當剛超過指數曲線起始放電速率時，二極管關斷。 需要指出的是，當放電時間常數RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關斷時間加長，導通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導通角增加。顯然，當L很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖10.08濾波曲線中的2。反之，當L很大，即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波

8、適合輸出電流較小的場合。問題：有無L即空載，此時VC=VL=？圖10.08 電容濾波的效果(4)電容濾波的計算 電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即 另一種是在RLC=(35)T/ 2的條件下，近似認為VL=VO=1.2V2。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應滿足RLC610。） （5）外特性 整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負載電流 IO的變化關系曲線如圖10.09所示。 圖10.09 整流濾波電路的外特性 *使用條件：10.3 并聯式穩壓電路10.3.1 硅穩壓二極管穩壓電路的原

9、理10.3.2 穩壓電阻的計算10.3.3 基準源10.3.1 硅穩壓二極管穩壓電路的原理硅穩壓二極管穩壓電路的電路圖如圖10.02所示。 它是利用穩壓二極管的反向擊穿特性穩壓的，由于反向特性陡直，較大的電流變化，只會引起較小的電壓變化。圖10.02 硅穩壓二極管穩壓電路(1) 當輸入電壓變化時如何穩壓根據電路圖可知 輸入電壓VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，從而使IZ增加，IR增加，使VR增加，從而使輸出電壓VO減小。這一穩壓過程可概括如下： 這里VO減小應理解為，由于輸入電壓VI的增加，在穩壓二極管的調節下，使VO的增加沒有那么大而已。VO還是要增加一點的，這是一個有差調節系統。

10、VIVOVZIZIRVRVO圖10.02 硅穩壓二極管穩壓電路(2) 當負載電流變化時如何穩壓 負載電流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，從而使VZ=VO減小，IZ減小。IZ的減小必然使IR減小，VR減小，從而使輸出電壓VO增加。這一穩壓過程可概括如下： ILIRVRVZ（VO）IZIRVRVO10.3.2穩壓電阻的計算 穩壓二極管穩壓電路的穩壓性能與穩壓二極管擊 穿特性的動態電阻有關，與穩壓電阻R的阻值大小有關。穩壓二極管的動態電阻越小，穩壓電阻R越大，穩壓性能越好。穩壓電阻R 的作用將穩壓二極管電流的變化轉換為電壓的變化，從而起到調節作用，同時R也是限流電阻。 顯然R 的數值越大

11、，較小IZ的變化就可引起足夠大的VR變化，就可達到足夠的穩壓效果。 但R 的數值越大，就需要較大的輸入電壓VI值，損耗就要加大。穩壓電阻的計算如下 當輸入電壓最小，負載電流最大時，流過穩壓二極管的電流最小。此時IZ不應小于IZmin，由此可計算出穩壓電阻的最大值，實際選用的穩壓電阻應小于最大值。即 當輸入電壓最大，負載電流最小時，流過 穩壓二極管的電流最大。此時IZ不應超過IZmax，由 此可計算出穩壓電阻的最小值。即(1)(2) 穩壓二極管在使用時一定要串入限流電阻，不能使它的功耗超過規定值，否則會造成損壞！10.3.3 基準源基準源 一般是指擊穿電壓十分穩定，電壓溫度系數經過補償了的穩壓二

12、極管。也稱為參考源這種穩壓二極管采用一種埋層工藝，穩壓性能優良，有的還加有溫度控制電路，使其溫度系數可小到幾個10-6/。 型號 穩定電壓(V) 工作電流(mA) 電壓溫度系數(10 -6/ ) MC1403 2.51 1.2 10100 . LM136/236/336 2.5 10 30 5.0 10 30 . TL431 2.536 0.4100 50 . LM3999 6.955 10 5 . AD2710K/L 10.0001mV 10 2/1 . MAX676 4.0960.01 5 1 677 5.0000.01 5 1 678 10.0000.01 5 1 .典型的基準源10.4

13、 線性串聯型穩壓電源 穩壓二極管的缺點是工作電流較小，穩定電壓值不能連續調節。線性串聯型穩壓電源的工作電流較大，輸出電壓一般可連續調節，穩壓性能優越。目前這種穩壓電源已經制成單片集成電路，廣泛應用在各種電子儀器和電子電路之中。線性串聯型穩壓電源的缺點是損耗較大，效率低。10.4.1 線性串聯型穩壓電路的工作原理10.4.2 穩壓電路的保護環節10.4.3 三端集成穩壓器10.4.1 線性串聯型穩壓電路的工作原理(1) 線性串聯型穩壓電源的構成線性串聯穩壓電源的工作原理可用圖10.03來說明。 顯然，VO =VI-VR，當VI增加時，R 受控制而增加，使VR增加，從而在一定程度上抵消了VI增加對

14、輸出電壓的影響。若負載電流IL增加，R受控制而減小，使VR減小，從而在一定程度上抵消了因IL增加，使VI減小，對輸出電壓減小的影響。 圖16.03 串聯穩壓電源 示意圖 圖10.03 串聯穩壓電源 示意圖 在實際電路中，可變電阻R是用一個三極管來替代的，控制基極電位，從而就控制了三極管的管壓降VCE，VCE相當于VR。要想輸出電壓穩定，必須按電壓負反饋電路的模式來構成串聯型穩壓電路。典型的串聯型穩壓電路如圖10.04所示。它由調整管、比較放大環節、取樣環節、基準電壓源幾個部分組成。 圖10.04 串聯型穩壓電路方框圖(2) 線性串聯型穩壓電源的工作原理 根據圖10.04分兩種情況來加以討論。1

15、輸入電壓變化，負載電流保持不變 輸入電壓VI的增加，必然會使輸出電壓VO有所增加，輸出電壓經過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得誤差信號V。誤差信號經放大后，用VO1去控制調整管的管壓降VCE增加，從而抵消輸入電壓增加的影響。 VIVOVfVO1VCEVO2負載電流變化，輸入電壓保持不變 負載電流IL的增加，使輸出電壓VO必然有所下降，經過取樣電路取出一部分信號Vf與基準源電壓VREF比較，獲得的誤差信號使VO1增加，從而使調整管的管壓降VCE下降，從而抵消因IL增加，使輸入電壓減小的影響。 ILVOVfVO1VCEVO3.輸出電壓調節范圍的計算根據圖10.04可知VfVREF調節R2顯然可以改變輸出電壓。串聯型穩壓電路的方框圖(四個基本組成部分）練習：電路如下圖所示，已知穩壓管的穩定電壓UZ6V，晶體管的UBE0.7V，R1R2R3300，UI24V。判斷出現下列現象時，分別因為電路產生什么故障（即哪個元件開路或短路）。（1）UO24V； （2）UO23.3V；（3）UO6V且不可調； （4）UO可調范圍變為612V。 （5） UO12V且不可調； 解：（1）T1的c、e短路； （2）Rc短路； （3