第10章直流電源10.1直流電源的組成及各部分的作用10.2單相整流電路10.3濾波電路10.4穩壓管穩壓電路10.5串聯型穩壓電路集成穩壓器10.1直流電源的組成及各部分的作用降壓脈動直流減小脈動

直流電源是能量轉換電路，將220V（或380V）50Hz的交流電轉換為直流電。半波整流全波整流要特別考慮的兩個問題：

1、負載有一定的變化范圍

2、允許電網電壓波動±10％。1)負載變化輸出電壓基本不變；2)電網電壓變化輸出基本不變。10.2單相整流電路對整流電路要研究清楚以下問題：1、電路的工作原理：二極管工作狀態、波形分析2、輸出電壓和輸出電流的平均值：輸出為脈動的直流電壓3、整流二極管的選擇：二極管承受的最大整流平均電流和最高反向工作電壓

一般，設二極管為理想二極管，變壓器內阻為0。整流二極管的伏安特性實際特性理想化特性正向導通電壓為0，正向電阻為0。1、單相半波整流電路（1）工作原理u2的正半周，D導通，A→D→RL→B，uO=u2

。u2的負半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0。（2）UO（AV）和IL（AV）的估算

已知變壓器副邊電壓有效值為U2

考慮到電網電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數應滿足：（3）二極管的選擇2、單相橋式整流電路u2的正半周

A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的負半周

B→D2→RL→D4→A，uO=-u2四只管子如何接？

集成的橋式整流電路稱為整流堆。（1）工作原理若接反了呢？（2）估算（3）二極管的選擇

考慮到電網電壓波動范圍為±10％，二極管的極限參數應滿足：

橋式整流與半波整流在相同的次級電壓下，對二極管的參數要求是一樣的，但卻可以獲得電壓更高、脈動成分更低的輸出電壓，而且變壓器利用率高，所以應用更廣泛。圖10.2.5單相橋式整流電路的習慣畫法圖10.2.7利用橋式整流電路

實現正、負電源圖10.2.8三相整流電路及其波形返回10.3濾波電路（1）工作原理1、電容濾波電路充電放電速度與正弦波下降速度相似按指數規律下降濾波后，輸出電壓平均值增大，脈動變小。（1）工作原理：考慮變壓器和整流電路的內阻C越大，RL越大，τ放電將越大，曲線越平滑，脈動越小。內阻使（2）二極管的導通角導通角

無濾波電容時θ＝π。有濾波電容時θ<π，二極管電流峰值很大！

簡單易行，UO（AV）高，C足夠大時交流分量較小；不適于大電流負載。（3）電容的選擇及UO（AV）的估算若負載開路UO（AV）＝？（4）優缺點2、電感濾波電路

當回路電流減小時，感生電動勢的方向阻止電流的減小，從而增大二極管的導通角。電感對直流分量的電抗為線圈電阻，對交流分量的感抗為ωL。適于大電流負載！3、復式濾波電路為獲得更好的濾波效果，可采用復式濾波電路。電感應于負載串聯，電容應與負載并聯。4、倍壓整流電路分析時的兩個要點：設①負載開路，②電路進入穩態。u2負半周，u2加C1上電壓對C2充電：P→D2→C2→A，最終u2正半周C1充電：A→D1→C1→B，最終P圖10.3.7多倍壓整流電路返回討論一

已知變壓器副邊電壓有效值為10V，電容足夠大，判斷下列情況下輸出電壓平均值UO（AV）≈？

1、正常工作；

2、C開路；

3、RL開路；

4、D1和C同時開路。討論二

整流電路如圖所示，分別求解下列兩種情況下輸出電壓的波形和平均值、整流二極管的最大整流電流和最高反向工作電壓。

1、變壓器副邊電壓有效值U21＝U22＝20V；

2、U21＝20V、U22＝10V。P569習題10.6，10.710.4穩壓管穩壓電路穩定電壓UZ：穩壓管的擊穿電壓穩定電流IZ：使穩壓管工作在穩壓狀態的最小電流最大耗散功率PZM：允許的最大功率，PZM=IZMUZ動態電阻rz：工作在穩壓狀態時，rz＝△U/△I1、穩壓管的伏安特性和主要參數伏安特性符號等效電路2、穩壓管穩壓電路的工作原理3、穩壓管穩壓電路的主要指標（1）輸出電壓UO＝UZ（2）輸出電流IZmax－Izmin≤IZM－IZ（3）穩壓系數（4）輸出電阻

簡單易行，穩壓性能好。適用于輸出電壓固定，輸出電流變化范圍較小的場合。4、特點：5、穩壓管穩壓電路的設計（1）UI的選擇UI＝（2～3）UZ（2）穩壓管的選擇UZ＝UO

IZM－IZ>ILmax－Ilmin（3）限流電阻的選擇保證穩壓管既穩壓又不損壞。電網電壓最低且負載電流最大時，穩壓管的電流最小。電網電壓最高且負載電流最小時，穩壓管的電流最大。為減小Sr,取值矛盾!若求得Rmin>Rmax，怎么辦？三、串聯型穩壓電路1、基本調整管穩壓電路為了使穩壓管穩壓電路輸出大電流，需要加晶體管放大。穩壓原理：電路引入電壓負反饋，穩定輸出電壓。調整管的作用及如何提高穩壓性能

不管什么原因引起UO變化，都將通過UCE的調節使UO穩定，故稱晶體管為調整管。

若要提高電路的穩壓性能，則應加深電路的負反饋，即提高放大電路的放大倍數。2、具有放大環節的串聯型穩壓電路（1）穩壓原理：若由于某種原因使UO增大（2）輸出電壓的調節范圍同相比例運算電路則UO↑→UN↑→UB↓→UO↓（3）串聯型穩壓電路的基本組成部分及其作用調整管采樣電阻調整管：是電路的核心，UCE隨UI和負載產生變化以穩定UO。比較放大基準電壓基準電壓：是UO的參考電壓。采樣電阻：對UO

的采樣，與基準電壓共同決定UO

。比較放大：將UO

的采樣電壓與基準電壓比較后放大，決定電路的穩壓性能。（4）串聯型穩壓電源中調整管的選擇IEmax＝IR1＋ILmax≈ILmax<ICMUCEmax＝UImax－UOmin<U（BR）CEO

PTmax＝IEmaxUCEmax<PCM根據極限參數ICM、U（BR）CEO、PCM選擇調整管！應考慮電網電壓的波動和負載電流的變化！討論二：對于基本串聯型穩壓電源的討論3)若電網電壓波動±10％，UI為28V，

UO為10V～20V；晶體管的電流放大系數為50，PCM＝5W，ICM＝1A；集成運放最大輸出電流為10mA；則最大負載電流約為多少？1)若UO為10V～20V，R1＝R3＝1kΩ，則R3和UZ各為多少？2)若電網電壓波動±10％，UO為10V～20V，UCES＝3V，UI至少選取多少伏？討論三：關于實用串聯型穩壓電源的討論1)標出集成運放的同相輸入端和反向輸入端；2)電路由哪些部分組成？3)UI＝21V，R1＝R2＝R3＝300Ω，UZ＝6V，UCES＝3V，UO＝？4)如何選取R’和R？限流型過流保護電路輸出電流取樣電阻討論三：關于實用串聯型穩壓電源的討論5)采樣電阻的取值應大些還是小些，為什么？它們有上限值嗎？6)若電路輸出紋波電壓很大，則其原因最大的可能性是什么？7)根據圖中過流保護電路的原理組成一種限流型過流保護電路。四、集成穩壓器（三端穩壓器）輸出電壓：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V輸出電流：1.5A（W7800）、0.5A（W78M00）、0.1A（W78L00）1、W7800系列

（1）簡介（2）基本應用消除高頻噪聲使CO不通過穩壓器放電抵銷長線電感效應，消除自激振蕩

將輸入端接整流濾波電路的輸出，將輸出端接負載電阻，構成串類型穩壓電路。（3）輸出電流擴展電路

為使負載電流大于三端穩壓器的輸出電流，可采用射極輸出器進行電流放大。很小三端穩壓器的輸出電壓若UBE=UD，則二極管的作用：消除UBE對UO的影響。（4）輸出電壓擴展電路IW為幾mA，UO與三端穩壓器參數有關。隔離作用基準電壓電路復雜2、基準電壓源三端穩壓器W117

輸出電壓UREF＝1.25V，調整端電流只有幾微安。減小紋波電壓保護穩壓器討論四：W117的應用1)R1的上限值為多少？2)UO可能的最大值為多少？3)輸出電壓最小值為多少？4)

UOmax＝30V，選取R1、R2；5)已知電網電壓波動±10％，輸出電壓最大值為30V，UI至少取多少伏？決定于IOmin兩種情況：1.已知UI2.自己選取UI決定于W117的輸出輸入電壓最低、輸出電壓最高時，UI－UO＞3V。根據輸出電壓表達式討論五：集成穩壓器的應用

±UO=?W7900與W7800不同之處是輸出為負電壓。1、基準電壓為多少？2、UO的表達式？3、為使W7812不因輸入端和輸出端之間電壓太大而損壞，可采用什么方法？五、開關型穩壓電路

1、開關型穩壓電源的特點

線性穩壓電源：結構簡單，調節方便，輸出電壓穩定性強，紋波電壓小。缺點是調整管工作在甲類狀態，因而功耗大，效率低（20％～49％）；需加散熱器，因而設備體積大，笨重，成本高。

若調整管工作在開關狀態，則勢必大大減小功耗，提高效率，開關型穩壓電源的效率可達70％～95％。體積小，重量輕。適于固定的大負載電流、輸出電壓小范圍調節的場合。構成開關型穩壓電源的基本思路

將交流電經變壓器、整流濾波得到直流電壓↓控制調整管按一定頻率開關，得到矩形波↓濾波，得到直流電壓引入負反饋，控制占空比，使輸出電壓穩定。2、串聯開關型穩壓電路

（1）基本電路

①電路組成及工作原理

T截止，D導通，uE≈－UD；L

釋放能量，C放電。T、D均工作在開關狀態。

T飽和導通，D截止，uE≈UI；L儲能，C充電。uB＝UH時uB＝UL時②

波形分析及輸出電壓平均值關鍵技術：大功率高頻管，高質量磁性材料穩壓原理：若某種原因使輸出電壓升高，則應減小占空比。③

穩壓原理脈沖寬度調制式：PWM電路作用：

UO↑→Ton↓→δ↓→UO↓其它控制方式：脈沖頻率調制式：UO↑→T↑（脈寬不變）→δ↓→UO↓混合調制式：UO↑