第18章直流穩壓電源18.2濾波器18.3直流穩壓電源18.1整流電路第18章直流穩壓電源18.2濾波器18.3直在工農業生產中，主要采用交流電，但在某些場合，例如電解、電鍍、蓄電池充電等，都要用直流電源供電。為了得到直流電，除用直流發電機外，目前廣泛采用各種半導體直流電源。直流電源通常利用半導體二極管的單向導電作用，將市電220V50Hz的交流電變為單方向流動的脈動電壓，再經穩壓電路穩壓，輸出較為穩定的直流電壓。本章主要討論小功率直流電源常用的整流電路，濾波電路的工作原理。第18章直流穩壓電源在工農業生產中，主要采用交流電，但在某些場合，例半導體直流電源的原理整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。整流電路：將交流電壓變換為單向脈動電壓。濾波器：減小整流電壓的脈動程度。穩壓環節：在交流電源電壓波動或負載變動時，使直流輸出電壓穩定。u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓半導體直流電源的原理整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流18.1整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉變為單向脈動電壓。

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。整流原理：

利用二極管的單向導電性18.1整流電路整流電路的作用:常見的整流電路：分析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；3.工作波形

u負半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結構–++–aTrDuoubRLioutOuoOuDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理4.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)每管承受的最高反向電壓URM5.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：

IOM

ID，URWMURM

4.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流例：有一單向半波整流電路，如圖所示：已知負載電阻,變壓器的二次側電

壓，試求U0、I0及URM，并選用二極管。–++–aTrDuoubRLio例：有一單向半波整流電路，如圖所示：已知負載電阻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－uotRLuiouo1234ab+–+–－u18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u18.1.2單相橋式整流電路RLuiouo1234ab+–+–uotuu

負半周，Vb>Va，二極管D2、D4

導通，D1、D3

截止。－18.1.2單相橋式整流電路RLuiouo1234ab+3.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值IoLLRURUI9.0oo==(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓URM2*0.45U=0.9U=oD0.5II==0.45LRU3.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流例18.1.2例18.1.2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+_RLD2D4D1D3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試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2或D4斷開

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D1、D4或D2、D3將被燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4接反uo+_~u+_RLD2D4D1D小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓18.2濾波器

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，達到平滑輸出電壓波形的目的。

18.2濾波器濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容

18.2.1電容濾波器

1.電路結構2.工作原理

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。

u<uC時，二極管截止，電容通過負載RL

放電，uC按指數規律下降。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO18.2.1電容濾波器

1.電路結構2.4.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與電容器的放電時間常數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

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）為了得到比較平直的輸出電壓4.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結論

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

RLC

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。iDtuotOO(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.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2CZ52BIOM=100mAUDRM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻例：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=200uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50H18.2.2電感電容濾波器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。對交流分量: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。18.2.2電感電容濾波器1.電路結構LuRLu18.2.3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。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+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。18.2.3形濾波器形LC濾波器濾波小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓經整流和濾波后的電壓往往會隨交流電源的波動和負載的變化而變化。電壓的不穩定有時會產生測量和計算的誤差，引起控制裝置工作不穩定。特別是精密電子測量儀器、自動控制等都要求有很穩定的直流電源電壓供電。小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓18.3直流穩壓電源18.3直流穩壓電源18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ設負載RL一定，UI變化UO

基本不變IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO=UZ18.3.1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IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調壓穩壓電路18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO=UZ3.參數的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~5)I0M(3)UI

=(2~3)UO例:有一二極管穩壓電路，如圖所示，負載電阻RL由開路變到3千歐，交流電壓經整流濾波后得出UI

=30。今要求輸出直流電壓UO=12V,試選擇穩壓二極管。+–UIRL+CUO+–+–uRDZIz3.參數的選擇(1)UZ=UO例:有一二極管穩壓電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。18.3.2恒壓源由穩壓管穩壓電路和運算放大UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11.電路結構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18.3.3

串聯型穩壓電路UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–U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：穩壓過程由電路圖可知UOUfUBUOICUCE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+–R1當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓UO升高3.輸出電壓及調節范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調節范圍輸出電壓UiTR2UZRLUO18.3.4

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兩位數字為輸出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）18.3.4集成穩壓電源單片集成穩壓電源，具有體積小,可2.外形及引腳功能W7800系列穩壓器外形輸出正電壓1—輸入端3—公共端2—輸出端78xxW7900系列穩壓器外形輸出負電壓1—公共端3—輸入端2—輸出端79xx2.外形及引腳功能W7800系列穩壓器外形1—輸入端3—集成穩壓電源實物圖集成穩壓電源實物圖3.性能特點（7800、7900系列）不需要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額定值有:

5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等。3.性能特點（7800、7900系列）不需要外接元件輸出電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4.三端固定輸出集成穩壓器的應用COW7805CiUi+_+_UO123

0.1~1F1F為了瞬時增減負載電流時，不致引起輸出電壓有較大的波動。即用來改善負載的瞬態響應。用來抵消輸入端接線較長時的電感效應，防止產生自激振蕩。即用以改善波形。輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。(1)輸出為固定電壓的集成穩壓電源應用電路u2u1C1300μFU1=220VU2=8VUC1=1.2U2=9.6VUo=5V+_CoW7805+_Uo1231μFRLCI1F集成穩壓電源應用電路u2u1C1U1=220VUC(2)同時輸出正、負電壓的電路23220V

24V+C

24V+CW7815Ci+15V123CiW79151COCO–15V1F1F0.33F0.33F1000F1000F(2)同時輸出正、負電壓的電路23220V24V+C24UXX:

為W78XX固定輸出電壓UO=UXX+UZ（3）提高輸出電壓的電路COW78XXCiUI+_+_UO123UXXUZRDZ+_+_IO=I2+IC（4）提高輸出電流的電路當IO較小時，UR較小，T截止，IC=0。COW78XXCiUI+_+_UO123RURICI2IOT+–當UR足夠大時，T導通，

IO=IOM+ICUXX:為W78XX固定輸出電壓（3）提高輸出電壓的電路C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.理解穩壓管穩壓電路和串聯型穩壓電路的工作原理;3.理解集成穩壓電路的性能及應用。第18章直流穩壓電源本章要求：第18章直流穩壓電源第18章直流穩壓電源18.2濾波器18.3直流穩壓電源18.1整流電路第18章直流穩壓電源18.2濾波器18.3直在工農業生產中，主要采用交流電，但在某些場合，例如電解、電鍍、蓄電池充電等，都要用直流電源供電。為了得到直流電，除用直流發電機外，目前廣泛采用各種半導體直流電源。直流電源通常利用半導體二極管的單向導電作用，將市電220V50Hz的交流電變為單方向流動的脈動電壓，再經穩壓電路穩壓，輸出較為穩定的直流電壓。本章主要討論小功率直流電源常用的整流電路，濾波電路的工作原理。第18章直流穩壓電源在工農業生產中，主要采用交流電，但在某些場合，例半導體直流電源的原理整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。整流電路：將交流電壓變換為單向脈動電壓。濾波器：減小整流電壓的脈動程度。穩壓環節：在交流電源電壓波動或負載變動時，使直流輸出電壓穩定。u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓半導體直流電源的原理整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流18.1整流電路整流電路的作用:

將交流電壓轉變為單向脈動電壓。

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。整流原理：

利用二極管的單向導電性18.1整流電路整流電路的作用:常見的整流電路：分析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；3.工作波形

u負半周，Va<Vb，二極管D截止。1.電路結構–++–aTrDuoubRLioutOuoOuDO18.1.1單相半波整流電路2.工作原理4.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值Io(3)每管承受的最高反向電壓URM5.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：

IOM

ID，URWMURM

4.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流例：有一單向半波整流電路，如圖所示：已知負載電阻,變壓器的二次側電

壓，試求U0、I0及URM，并選用二極管。–++–aTrDuoubRLio例：有一單向半波整流電路，如圖所示：已知負載電阻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－uotRLuiouo1234ab+–+–－u18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理u18.1.2單相橋式整流電路RLuiouo1234ab+–+–uotuu

負半周，Vb>Va，二極管D2、D4

導通，D1、D3

截止。－18.1.2單相橋式整流電路RLuiouo1234ab+3.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流平均值IoLLRURUI9.0oo==(3)流過每管電流平均值ID(4)每管承受的最高反向電壓URM2*0.45U=0.9U=oD0.5II==0.45LRU3.參數計算(1)整流電壓平均值Uo(2)整流電流例18.1.2例18.1.2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+_RLD2D4D1D3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試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2或D4斷開

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D1、D4或D2、D3將被燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4接反uo+_~u+_RLD2D4D1D小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓18.2濾波器

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，達到平滑輸出電壓波形的目的。

18.2濾波器濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容

18.2.1電容濾波器

1.電路結構2.工作原理

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。

u<uC時，二極管截止，電容通過負載RL

放電，uC按指數規律下降。+Cici–++–aDuoubRLio=uC

3.工作波形二極管承受的最高反向電壓為。uoutOtO18.2.1電容濾波器

1.電路結構2.4.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與電容器的放電時間常數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

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）為了得到比較平直的輸出電壓4.電容濾波電路的特點(T—電源電壓的周期)(1)(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.45UUooIO結論

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

RLC

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。iDtuotOO(2)外特性曲線有電容濾波1.4U無電容濾波0.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2CZ52BIOM=100mAUDRM=50V

例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻例：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=200uRLuo++––~+C解：2.選擇濾波電容器可選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器例：有一單相橋式整流濾波電路，已知交流電源頻率f=50H18.2.2電感電容濾波器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。對交流分量: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。18.2.2電感電容濾波器1.電路結構LuRLu18.2.3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。LuRLuo++––~+C2+C1形RC濾波器RuRLuo++––~+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。18.2.3形濾波器形LC濾波器濾波小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓整流濾波穩壓經整流和濾波后的電壓往往會隨交流電源的波動和負載的變化而變化。電壓的不穩定有時會產生測量和計算的誤差，引起控制裝置工作不穩定。特別是精密電子測量儀器、自動控制等都要求有很穩定的直流電源電壓供電。小功率直流穩壓電源的組成u4uou3u2u1交流電源負載變壓18.3直流穩壓電源18.3直流穩壓電源18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUZ設負載RL一定，UI變化UO

基本不變IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO=UZ18.3.1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IR

(IRR)基本不變UO

(UZ

)IZ1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調壓穩壓電路18.3.1穩壓管穩壓電路2.工作原理UO=UZ3.參數的選擇(1)UZ

=UO(2)IZM=(1.5~5)I0M(3)UI

=(2~3)UO例:有一二極管穩壓電路，如圖所示，負載電阻RL由開路變到3千歐，交流電壓經整流濾波后得出UI

=30。今要求輸出直流電壓UO=12V,試選擇穩壓二極管。+–UIRL+CUO+–+–uRDZIz3.參數的選擇(1)UZ=UO例:有一二極管穩壓電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。18.3.2恒壓源由穩壓管穩壓電路和運算放大UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R11.電路結構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18.3.3

串聯型穩壓電路UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–U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：穩壓過程由電路圖可知UOUfUBUOICUCE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+–R1當由于電源電壓或負載電阻的變化使輸出電壓UO升高3.輸出電壓及調節范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–Uf+–R13.輸出電壓及調