第十章 直流电源10.1 直流电源的组成直流电源的组成10.2 单相整流电路单相整流电路10.4 稳压管稳压电路稳压管稳压电路10.5 串联型稳压电路串联型稳压电路10.3 滤波电路滤波电路10.110.1 直流电源的组成及各部分的作用改变电压值改变电压值通常为降压通常为降压交流变脉交流变脉动的直流动的直流减小脉动减小脉动1) 负载变化输出电压负载变化输出电压基本不变；基本不变；2) 电网电压变化输出电网电压变化输出电压基本不变。电压基本不变。 直流电源是能量转换电路，直流电源是能量转换电路，将将220V、50Hz的的交流电交流电转换为直流电。转换为直流电。半波整流半波整流全波整流全波整流 在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电网电压波动电压波动10，且，且负载有一定的变化范围负载有一定的变化范围。10.210.2 单相整流电路一、一、对整流电路要研究的问题对整流电路要研究的问题二、单相半波整流电路二、单相半波整流电路三、单相桥式整流电路三、单相桥式整流电路一、对整流电路要研究的问题1. 电路的工作原理：即二极管工作状态、电路波形的分析：即二极管工作状态、电路波形的分析2. 输出电压和输出电流平均值：即输出脉动直流电压和：即输出脉动直流电压和电流平均值的求解方法电流平均值的求解方法3. 整流二极管的选择：即二极管承受的最大整流平均电流：即二极管承受的最大整流平均电流和最高反向工作电压的分析和最高反向工作电压的分析 为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管，变压器内阻为0。 理想二极管的正向导通电压为理想二极管的正向导通电压为0，即正向电阻为，即正向电阻为0；反向电；反向电流为流为0，即反向电阻为无穷大。，即反向电阻为无穷大。二、单相半波整流电路1. 工作原理u2的正半周，的正半周，D导通，导通， ADRLB，uO= u2 。 u2的负半周，的负半周，D截止，承受反向电压，为截止，承受反向电压，为u2； uO=0。2. 2. UO（AV）和 IL（AV）的估算 已知变压器副边电压有效值为已知变压器副边电压有效值为U2 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：，二极管的极限参数应满足： （3）二极管的选择）二极管的选择例 10.2.1解：解：（1)（2) （3) 若不小心将若不小心将输输出端短路，出端短路，则则二极管的正向二极管的正向电电流流过过大，将大，将有可能有可能现现将二极管将二极管烧烧成短路。若不及成短路。若不及时时断断电电，将会造成，将会造成变压变压器永器永久性久性损损坏。坏。三、单相桥式整流电路u2的正半周的正半周 AD1RLD3B，uO= u2u2的负半周的负半周 B D2RLD4 A，uO= -u21. 工作原理2. 输出电压和电流平均值的估算3. 二极管的选择 考虑到电网电压波动范围为考虑到电网电压波动范围为10，二极管的极限参数应满足：，二极管的极限参数应满足： 与半波整与半波整流电路对流电路对二极管的二极管的要求相同要求相同例 10.2.2解：解：（1）（2） （3）若）若D1开路，开路，则电则电路路仅仅能能实现实现半波整流，因而半波整流，因而输输出出电电压压平均平均值仅为值仅为原来全波整流的一半。原来全波整流的一半。 若若D D1 1短路，则在短路，则在u u2 2的负半周的负半周将变压器副边电压全部加在将变压器副边电压全部加在D D2 2上，上，D D2 2因因电流过大电流过大而烧坏，且若而烧坏，且若D D2 2烧成短路，则有可能烧坏烧成短路，则有可能烧坏变压器。变压器。10.3 滤波电路作用：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压作用：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压一、电容滤波电路1. 工作原理充电充电放电速度与正弦放电速度与正弦波下降速度相似波下降速度相似按指数规律下降按指数规律下降滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。滤波后，输出电压平均值增大，脉动变小。 C 越大，越大， RL越大，越大，越大，越大，放电越慢，曲线越平滑，脉动放电越慢，曲线越平滑，脉动越小。越小。考虑整流电路的内阻考虑整流电路的内阻1. 基本原理注：注：u2的周期小于的周期小于RLC的大小。的大小。2. 电容的选择及UO（AV）的估算整流桥的整流桥的简化画法简化画法 集成的桥式整流集成的桥式整流电路称为整流堆。电路称为整流堆。例 10.3.1解：解：C的取的取值满值满足足RLC=(3-5)T/2的条件。的条件。电容的容量电容的容量所以，电容的耐压值为：所以，电容的耐压值为：再根据再根据U UO(AV)O(AV)1.2U1.2U2 2，可求出可求出U U2 2。10.4 稳压管稳压电路一、稳压电路的性能指标一、稳压电路的性能指标二、稳压管稳压电路二、稳压管稳压电路一、稳压电路的性能指标1. 输出电压2. 输出电流3. 稳压系数 表明表明电网电压波动时电路的稳压性能电网电压波动时电路的稳压性能。 在负载不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化在负载不变时，输出电压相对变化量与输入电压变化量之比。量之比。4. 输出电阻 表明表明负载电流变化时电路的稳压性能负载电流变化时电路的稳压性能。 在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化在电网电压不变时，负载变化引起的输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。量与输出电流的变化量之比。5. 纹波电压 测试出输出电压的交流分量。测试出输出电压的交流分量。二、稳压管稳压电路稳压条件稳压条件：1. 稳压管的伏安特性2. 稳压管稳压电路的工作原理(1) (1) 电网电压变化时，即电网电压变化时，即U UI I变。但负载不变。变。但负载不变。（2 2）负载电阻变化。但电网电压不变，即）负载电阻变化。但电网电压不变，即U UI I不变。不变。3. 稳压管稳压电路的主要指标（1）输出电压）输出电压 UOUZ（2）输出电流输出电流 IZmax IZmin（3）稳压系数稳压系数（4）输出电阻）输出电阻 简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出简单易行，稳压性能好。适用于输出电压固定、输出电流变化范围较小的场合。电流变化范围较小的场合。4. 特点稳压电路的微变等效电路稳压电路的微变等效电路5. 稳压管稳压电路的设计（1）UI的的选择选择 UI（23）UO（2）稳压管的选择稳压管的选择 UZUO （3）限流电阻的选择限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。注：注：IZmin即手册中的即手册中的IZ； IZmax即手册中的即手册中的IZM。例题10.4,1 已知UI=15V,负载电流为10-20mA,稳压管的稳定电UZ=6V,最小稳定电流IZmin=5mA,最大稳定电流IZmax=40mA, rZ=15.(1) R的取值范围; (2)若R=250,则稳压系数和输出电阻各为多少？解：（1 1） R R的取值范围的取值范围（2 2）稳压系数和输出电阻（3 3）在允许范围内，）在允许范围内，R R的取值应当偏大些。的取值应当偏大些。S Sr r愈小，愈小， R Ro o愈接近愈接近r rz z.例题10.4,2 已知UI=12V,电网电压波动10%，稳压管的稳定电压UZ=5V,最小稳定电流IZmin=5mA,最大稳定电流IZmax=30mA,负载电阻RL为250-350.(1) R的取值范围; (2)若限流电阻短路若限流电阻短路,则将产生什么现象？解：再求再求R R的取值范围的取值范围（1 1）首先求出负载电流的变化范围）首先求出负载电流的变化范围（2 2）若限流电阻短路，则）若限流电阻短路，则 U UI I全部加在稳压管上，使全部加在稳压管上，使 之因电流过大而烧坏。之因电流过大而烧坏。10.5 串联型稳压电路一、一、基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路二、二、具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路三、集成稳压器（三端稳压器）三、集成稳压器（三端稳压器）为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳压原理：电路引入稳压原理：电路引入电压负反馈电压负反馈电压负反馈电压负反馈，稳定输出电压。，稳定输出电压。一、基本调整管稳压电路 不管什么原因引起不管什么原因引起UO变化，都变化，都将通过将通过UCE的调节使的调节使UO稳定，故称晶稳定，故称晶体管为调整管。体管为调整管。 若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。即提高放大电路的放大倍数。 稳压原理：稳压原理： 当电网电压波动引起当电网电压波动引起UI增大，或增大，或负载电阻负载电阻RL增大时，增大时，U UZ Z不变，即不变，即U UB B不变。不变。 若同相比例运算电路的输入电压为稳定电压，且比例可调，则其输出电压就可调节； 同时，为了扩大输出电流，集成运放输出端加晶体管，并保持射级输出形式。同相比例同相比例运算电路运算电路二、具有放大环节的串联型稳压电路1. 稳压原理：若由于某种原因使：若由于某种原因使UO增大增大2. 输出电压的调节范围则则 UO UN UB UO3. 串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管调整管取样电阻取样电阻调整管调整管调整管调整管：是电路的核：是电路的核心，心，UCE随随UI和负载和负载产生变化以稳定产生变化以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压：是：是UO的的参考电压。参考电压。取样电阻取样电阻取样电阻取样电阻： 对对UO 的取样，与基准电压共同决定的取样，与基准电压共同决定UO 。比较放大比较放大比较放大比较放大：将：将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，决定的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。电路的稳压性能。课程回顾4. 串联型稳压电源中调整管的选择IEmaxIR1ILmax ILmax ICMUCEmaxUImax UOmin U(BR)CEO PTmax IEmax UCEmax PCM根据极限参数根据极限参数ICM、 U(BR)CEO、PCM 选择调整管！选择调整管！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！应考虑电网电压的波动和负载电流的变化！1. 串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管调整管取样电阻取样电阻调整管调整管调整管调整管：是电路的核：是电路的核心，心，UCE随随UI和负载和负载产生变化以稳定产生变化以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压基准电压：是：是UO的的参考电压。参考电压。取样电阻取样电阻取样电阻取样电阻： 对对UO 的取样，与基准电压共同决定的取样，与基准电压共同决定UO 。比较放大比较放大比较放大比较放大：将：将UO 的取样电压与基准电压比较后放大，决定的取样电压与基准电压比较后放大，决定电路的稳压性能。电路的稳压性能。课程回顾2. 输出电压的调节范围例题10.5.1 已知输入电压已知输入电压UI的范围为的范围为 10%，调整管的饱和电压，调整管的饱和电压降降UCES=2V,输出电压的调节范围为输出电压的调节范围为5-20V, R1=R3= 200.求求（1）UZ 和和R2;（2）为使调整管正常工作，）为使调整管正常工作， UI值至少应取多少值至少应取多少？解：（1 1）（2 2）防止管子工作于饱和区。为使调整管正常工作，是指在输）防止管子工作于饱和区。为使调整管正常工作，是指在输入电压波动和输出电压改变时，入电压波动和输出电压改变时，调整管调整管始终始终工作在放大状态工作在放大状态。例题10.5.2 已知集成运放输出电流已知集成运放输出电流IO最大值为最大值为2mA, 调整管调整管的电流放大倍数为的电流放大倍数为30。求（求（1）最大）最大负载电负载电流流ILmax 约为约为多少多少？（2）若要稳压电路的输出电流为）若要稳压电路的输出电流为1A，则应采取什么办法，则应采取什么办法？（2 2） 可用复合管作调整管可用复合管作调整管解：（1 1）最大负载电流）最大负载电流10.5.4、集成稳压器（三端稳压器）输出电压：输出电压：5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V输出电流：输出电流：1.5A（W7800）、）、0.5A （W78M00）、）、0.1A（W78L00）一一. . 三端稳压器的外三端稳压器的外形和方框图形和方框图二、W7800的应用消除高频噪声消除高频噪声一旦输入端断开，可使一旦输入端断开，可使Co不不通过稳压器放电通过稳压器放电抵销长线电感效应，抵销长线电感效应，消除自激振荡消除自激振荡 将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接将输入端接整流滤波电路的输出，将输出端接负载电阻，构成负载电阻，构成基本稳压电路基本稳压电路。1. 1. 基本应用电路基本应用电路2. 输出电流扩展电路 为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采为使负载电流大于三端稳压器的输出电流，可采用射极输出器进行电流放大。用射极输出器进行电流放大。很小很小三端稳压器的输出电压三端稳压器的输出电压若若UBE= UD，则，则 二极管的作用：消除二极管的作用：消除UBE对对UO的影响。的影响。3. 输出电压扩展电路 IW为几为几mA，UO与与三端稳压器参数有关。三端稳压器参数有关。隔离作用隔离作用基准电压基准电压改进电路：三. 基准电压源三端稳压器 W117 输出电压输出电压UREF1.25V，输出电流约输出电流约1.5A。1. 基准电压源电路2. 典型应用电路可调式，可调式，W117W117流入地的电流忽略不计。流入地的电流忽略不计。减小纹波电压减小纹波电压保护保护稳压器稳压器进一步改进后的电路。进一步改进后的电路。部分资料从网络收集整理而来，供大家参考，感谢您的关注！