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整流變壓器整流電路濾波器穩壓環節負載交流電源整流變壓器：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，以適合負載的需要。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。18.1整流電路整流電路的作用:

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。整流原理：

利用二極管的單向導電性。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–++–aTrDuoubRLioutOuoO4.參數計算(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URM(5)變壓器副邊電流有效值I變壓器副邊電壓有效值5.整流二極管的選擇

流過每管電流的平均值ID與最高反向電壓URM是選擇整流二極管的主要依據。選管時應滿足：

IOM

ID，URWMURM

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uD2uD41.電路結構－uouDttRLuiouo1234ab+–+–－u18.1.2單相橋式整流電路2.工作原理3.工作波形uD2uD41.電路結構RLuiouo1234ab+–+–u

正半周，Va>Vb，二極管1、3導通，2、4截止。

u

負半周，Va<Vb，二極管2、4導通，1、3截止。uouDttuD1uD3－－u4.參數計算(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URM(5)變壓器副邊電流有效值I特點：(1)輸出直流電壓高；

(2)脈動較?。?/p>

(3)二極管承受的最大反向電壓較低；(4)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。5.整流二極管的選擇選管時應滿足：

IOM

ID，URWMURM

與半波整流時相同解：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，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。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，已知交流電網電為220V，負載電阻RL=50，負載電壓Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。

I=1.11Io=21.11=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2CZ55E，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。解：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+_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

則正半周時，二極管D1、D2或D4、D3導通，電流經D1、D2或D4、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D2或D4、D3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D1或D3也將因電流過大而燒壞。uo+_~u+_RLD2D4D1D3如果D2或D4接反18.2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。將電容與負載RL并聯(或將電感與負載RL串聯)。濾波原理：方法：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，uo=uC

。

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，uo=uC

。+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（2）截止二極管上承受的最高反向電壓URM4.參數計算（1）整流電壓平均值UO近似估算?。?/p>

Uo

=1.2U(

橋式、全波）

Uo

=1.0U（半波）當負載RL開路時(半波），UO

5.電容器的選擇(T—電源電壓的周期)輸出電壓的脈動程度和平均值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。為了得到比較平直的輸出電壓（1）電容值的選擇（2）電容的耐壓值>例1：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=100mAURWM=50V

例1：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=50uRLuo++––~+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電感電容濾波器（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。18.2.3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。18.3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。

18.3.1穩壓二極管穩壓電路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.電路結構+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz限流調壓穩壓電路18.3.1穩壓二極管穩壓電路2.工作原理UO

=UZ

IR=IO+IZUIUZUIUO

(UZ)設負載RL一定，UI

變化UO

基本不變IRRIZIR1.電路+–UIRL+CIOUO+–+–uIRRDZIz3.參數的選擇(1)UZ

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

=(2~3)UO

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。例1：有一穩壓二極管穩壓電路，負載電阻RL由開路變到3kΩ，交流電壓經整流濾波后得出UI=30V，今要求輸出電壓UO=12V

，試選擇穩壓二極管DZ。負載電流最大值解：IOM=UO/RL=12/(3×103)=4mA

IZM=(1.5~3)IOM=(6~12)mAUZ

=UO=12V因此可以選擇2CW60的穩壓管。UZ=（11.5~12.5）V

IZ=5mA

IZM=19mAUiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–UF+–R118.3.2串聯型穩壓電路1.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+_UCE3.輸出電壓及調節范圍

輸出電壓UiTR2UZRLUO+–R3++––+UB+–DZ+–UF+–R118.3.3

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。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W78XX系列：輸出正電壓

W117/217/317系列W79XX系列：輸出負電壓

(1)型號命名：

W78XX系列——穩定正電壓

W7805輸出+5VW7808輸出+8VW7812輸出+12VW7815輸出+15V

W79XX系列——穩定負電壓

W7905輸出-5VW7908輸出-8VW7912輸出-12VW7915輸出-15V1.固定式三端集成穩壓器W78XX、W79XX系列穩壓器有金屬封裝和塑料封裝兩種（2）外形及引腳功能外形封裝和引腳功能圖

使用時必須注意引腳功