1、第9章直流稳压电源模拟电子技术模拟电子技术第9章 直流稳压电源 范立南范立南 恩莉恩莉 代红艳代红艳 李雪飞李雪飞中国水利水电出版社中国水利水电出版社第9章直流稳压电源第第9章章 直流稳压电源直流稳压电源9.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成9.2 整流电路整流电路9.3 滤波电路滤波电路9.4 稳压电路稳压电路第9章直流稳压电源直流稳压电源的作用是能够将频率为直流稳压电源的作用是能够将频率为50Hz、有效值为、有效值为220V的的交流电压转换成输出幅值稳定的直流电压。交流电压转换成输出幅值稳定的直流电压。直流稳压电源是由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路直流稳压电源是由变压器、整流电
2、路、滤波电路和稳压电路4部分组成，如图所示。部分组成，如图所示。9.1 直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成 第9章直流稳压电源变压器的作用是能够将变压器的作用是能够将220V的交流电压变成所需幅值的交流的交流电压变成所需幅值的交流电压。电压。整流电路的作用是能够将交流电压变成单向脉动的直流电整流电路的作用是能够将交流电压变成单向脉动的直流电压。压。滤波电路的作用是能够滤去整流后所得到的单向脉动直流电滤波电路的作用是能够滤去整流后所得到的单向脉动直流电压中的交流成分，使输出电压平滑。压中的交流成分，使输出电压平滑。稳压电路的作用是当交流电源电压波动或负载变化时，通过稳压电路的作用是当交流电源电
3、压波动或负载变化时，通过该电路的自动调节作用，使输出的直流电压稳定。该电路的自动调节作用，使输出的直流电压稳定。第9章直流稳压电源 9.2 整流电路整流电路 9.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路整流电路的作用是能够将交流电压变成单向脉动的直流电整流电路的作用是能够将交流电压变成单向脉动的直流电压。常用的整流元件是二极管。压。常用的整流元件是二极管。常用的整流电路有半波、全波和桥式整流电路常用的整流电路有半波、全波和桥式整流电路3种。种。单相半波整流电路如图所示单相半波整流电路如图所示 第9章直流稳压电源1工作原理工作原理当当 处于正半周时，其极性为上正下负，即处于正半周时，其极性为上正
4、下负，即A点为正，点为正，B点点为负，此时二极管外加正向电压，处于导通状态，电流方向为负，此时二极管外加正向电压，处于导通状态，电流方向是从是从A点经过二极管点经过二极管D、负载电阻、回到、负载电阻、回到B点。点。当当 处于负半周时，其极性为下正上负，即处于负半周时，其极性为下正上负，即B点为正，点为正，A点为负，此时二极管外加反向电压，处于截止状态，电路断点为负，此时二极管外加反向电压，处于截止状态，电路断开。其工作波形如图所示。开。其工作波形如图所示。u2u2第9章直流稳压电源第9章直流稳压电源2主要参数主要参数用于描述整流电路性能好坏的主要参数为：输出电压平均用于描述整流电路性能好坏的主
5、要参数为：输出电压平均值、输出电流平均值、脉动系数和二极管承受的最大反向值、输出电流平均值、脉动系数和二极管承受的最大反向电压。电压。（1）输出电压平均值：输出电压在一个周期内的平均值。）输出电压平均值：输出电压在一个周期内的平均值。（2）输出电流平均值：输出电流在一个周期内的平均值。）输出电流平均值：输出电流在一个周期内的平均值。UUttdUUAVO2202)(45.02)(sin221RURUILLAVOAVO2)()(45.0第9章直流稳压电源（3）脉动系数是用于衡量整流电路输出电压平滑程度的参）脉动系数是用于衡量整流电路输出电压平滑程度的参数，其定义为整流输出电压的基波峰值与输出电压平
6、均值数，其定义为整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。之比。（4）二极管承受的最大反向电压：）二极管承受的最大反向电压：57.1222222)(1UUUUSAVOMOUUR2max2第9章直流稳压电源3整流二极管的选择整流二极管的选择通常允许电网电压有的变动，所以实际选择整流二极管时，通常允许电网电压有的变动，所以实际选择整流二极管时，为了保证电路能够安全工作，需满足：为了保证电路能够安全工作，需满足：UUURRM2max2RUIILAVDF2)(45.0RUIILAVDF2)(45.01.11.1UUURRM2max21.11.1第9章直流稳压电源9.2.2 单相桥式整流电路单相桥式整
7、流电路 单相桥式整流电路，如图所示。单相桥式整流电路，如图所示。第9章直流稳压电源1工作原理工作原理其工作波形如图所示。其工作波形如图所示。第9章直流稳压电源2主要参数主要参数（1）输出电压平均值：输出电压在一个周期内的平均值。）输出电压平均值：输出电压在一个周期内的平均值。（2）输出电流平均值）输出电流平均值:输出电流在一个周期内的平均值。输出电流在一个周期内的平均值。UUttdUUAVO2202)(9.022)(sin21RUIILAVOAVD2)()(45.021第9章直流稳压电源（3）脉动系数是用于衡量整流电路输出电压平滑程度的参）脉动系数是用于衡量整流电路输出电压平滑程度的参数，其定
8、义为整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值数，其定义为整流输出电压的基波峰值与输出电压平均值之比。之比。（4）二极管承受的最大反向电压：）二极管承受的最大反向电压：67.0322232422)(1UUUUSAVOMOUUR2max2第9章直流稳压电源3整流二极管的选择整流二极管的选择通常允许电网电压有的变动，所以实际选择整流二极管时，通常允许电网电压有的变动，所以实际选择整流二极管时，为了保证电路能够安全工作，需满足：为了保证电路能够安全工作，需满足：RUIILAVDF2)(45.0UUURRM2max2RUIILAVDF2)(45.01.11.1UUURRM2max21.11.1第9章直流稳
9、压电源例：在单相桥式整流电路中，已知变压器副边电压有效值例：在单相桥式整流电路中，已知变压器副边电压有效值 ，负载电阻，负载电阻 ，试求：，试求：（1）输出电压平均值和输出电流平均值。）输出电压平均值和输出电流平均值。（2）流过二极管电流的平均值和二极管所承受的最大反向）流过二极管电流的平均值和二极管所承受的最大反向电压。电压。（3）当电网电压的波动范围为时，整流二极管的最大整流）当电网电压的波动范围为时，整流二极管的最大整流平均电流和最高反向工作电压至少为多少？平均电流和最高反向工作电压至少为多少？VU202150RL第9章直流稳压电源解：（解：（1）输出电压平均值为：）输出电压平均值为：输
10、出电流平均值为：输出电流平均值为：（2）流过二极管电流的平均值为：）流过二极管电流的平均值为：二极管承受的最大反向电压为：二极管承受的最大反向电压为：VUUAVO18209.09.02)(mARUILAVOAVO12015018)()(mAIIAVOAVD60212021)()(VUUR3.2820222max第9章直流稳压电源（3）当电网电压的波动范围为时，所选择的整流二极管的）当电网电压的波动范围为时，所选择的整流二极管的参数应满足：参数应满足：mAIIAVDF66601.11.1)(VUURRM1.313.281.11.1max第9章直流稳压电源 9.3 滤波电路滤波电路 9.3.1 电
11、容滤波电路电容滤波电路单相桥式整流电容滤波电路单相桥式整流电容滤波电路 如图示：如图示：第9章直流稳压电源1工作原理工作原理单相桥式整流电容滤波电路的工作波形如图示：单相桥式整流电容滤波电路的工作波形如图示：第9章直流稳压电源考虑整流电路内阻的工作波形考虑整流电路内阻的工作波形 如图示：如图示：第9章直流稳压电源2主要参数主要参数（1）输出电压平均值：）输出电压平均值：（2）输出电流平均值：）输出电流平均值：（3）脉动系数：）脉动系数：)41(22)(CRTUULAVORUILAVOAVO)()(141TCRSL第9章直流稳压电源9.3.2电感滤波电路电感滤波电路单相桥式整流电感滤波电路单相桥
12、式整流电感滤波电路 如图示：如图示：第9章直流稳压电源电感滤波电路是利用电感的通直隔交作用来实现滤波作用电感滤波电路是利用电感的通直隔交作用来实现滤波作用的。由于电感对交流呈现一定的阻抗，整流后所得到的单向的。由于电感对交流呈现一定的阻抗，整流后所得到的单向脉动直流电中的交流成分将降落在电感上。感抗越大，降落脉动直流电中的交流成分将降落在电感上。感抗越大，降落在电感上的交流成分越多；又由于若忽略电感的电阻，电感在电感上的交流成分越多；又由于若忽略电感的电阻，电感对于直流没有压降，所以整流后所得到的单向脉动直流电中对于直流没有压降，所以整流后所得到的单向脉动直流电中的直流成分经过电感，全部落在负
13、载电阻上，从而使得负载的直流成分经过电感，全部落在负载电阻上，从而使得负载电阻上所得到的输出电压的脉动减小，达到滤波目的。电阻上所得到的输出电压的脉动减小，达到滤波目的。第9章直流稳压电源9.3.3 复式滤波电路复式滤波电路倒倒L型滤波电路型滤波电路：第9章直流稳压电源LC 型滤波电路：型滤波电路：RC 型滤波电路型滤波电路 第9章直流稳压电源【例【例9-3】在单相桥式整流电容滤波电路中，已知交流电源】在单相桥式整流电容滤波电路中，已知交流电源的频率的频率 ，要求输出直流电压为，要求输出直流电压为30V，输出电流为，输出电流为0.3A。试求：。试求：（1）变压器副边电压有效值。）变压器副边电压
14、有效值。（2）选择整流二极管。）选择整流二极管。（3）选择滤波电容。）选择滤波电容。Hzf50第9章直流稳压电源解：（解：（1）变压器副边电压有效值为：）变压器副边电压有效值为：（2）流过二极管电流的平均值为：）流过二极管电流的平均值为：二极管承受的最大反向电压为：二极管承受的最大反向电压为：可以选择可以选择4只只2CP21二极管，其最大整流平均电流为二极管，其最大整流平均电流为0.3A，最高反向工作电压为最高反向工作电压为100V。VUUAVO252.1302.1)(2AIIAVOAVD15.023.021)()(VUUR4.3525222max第9章直流稳压电源（3）选择滤波电容）选择滤波
15、电容 因为因为 时，时，所以取：，所以取：1003.030)()(IURAVOAVOLsfT02.050112)53(TCRLUUAVO2)(2.1sTCRL05.001.0525FC50010005.0第9章直流稳压电源滤波电容所承受的最高电压为：滤波电容所承受的最高电压为：可选择可选择 的电解电容器。的电解电容器。VU5.3530222VF 50/500第9章直流稳压电源9.3.4 倍压整流电路倍压整流电路所谓倍压整流电路是指利用电容的储能作用，由多个电容和所谓倍压整流电路是指利用电容的储能作用，由多个电容和二极管组成，能够获得几倍于变压器副边电压的输出电压的二极管组成，能够获得几倍于变压
16、器副边电压的输出电压的电路。电路。二倍压整流电路二倍压整流电路：第9章直流稳压电源 9.4 稳压电路稳压电路 9.4.1 并联型稳压电路并联型稳压电路并联型稳压电路是由稳压二极管组成的，又称为稳压管稳压并联型稳压电路是由稳压二极管组成的，又称为稳压管稳压电路。将滤波电路的输出电压送到稳压电路的输入端，输出电路。将滤波电路的输出电压送到稳压电路的输入端，输出电压就是稳压管的稳定电压。电压就是稳压管的稳定电压。第9章直流稳压电源9.4.2 串联型稳压电路串联型稳压电路串联型稳压电路串联型稳压电路：第9章直流稳压电源当电网电压波动或者负载电阻变化时，都能够引起输出电压当电网电压波动或者负载电阻变化时
17、，都能够引起输出电压变化。现假设由于电网电压波动，输入电压增加，使得输出变化。现假设由于电网电压波动，输入电压增加，使得输出电压增大，则该稳压电路的稳压原理为：电压增大，则该稳压电路的稳压原理为：第9章直流稳压电源9.4.3 三端集成稳压器三端集成稳压器串联型稳压电路的输出电压可以通过调节滑动变阻器的滑动串联型稳压电路的输出电压可以通过调节滑动变阻器的滑动触头加以调节。触头加以调节。URRRRRUUUOwwBEZB43322RRRRRUUUwwBEZO3432)(第9章直流稳压电源可见，当滑动变阻器的滑动触头滑到最上端时，此时输出可见，当滑动变阻器的滑动触头滑到最上端时，此时输出电压最小，即：
18、电压最小，即：当滑动变阻器的滑动触头滑到最下端时，此时输出电压最当滑动变阻器的滑动触头滑到最下端时，此时输出电压最大，即：大，即：输出电压的可调范围是：输出电压的可调范围是：RRRRRUUUwwBEZO3432min)(RRRRUUUwBEZO3432max)(RRRRUUURRRRRUUwBEZOwwBEZ34323432)()(第9章直流稳压电源9.4.3 三端集成稳压器三端集成稳压器三端集成稳压器有三端集成稳压器有3个引脚：输入端、输出端和公共端。个引脚：输入端、输出端和公共端。按照功能不同可分为：三端固定稳压器和三端可调稳压器。按照功能不同可分为：三端固定稳压器和三端可调稳压器。三端固
19、定稳压器的输出电压是固定的，不能进行调节；三端固定稳压器的输出电压是固定的，不能进行调节；三端可调稳压器可以通过外接元件使输出电压能够在很宽的三端可调稳压器可以通过外接元件使输出电压能够在很宽的范围内调节。范围内调节。第9章直流稳压电源1三端固定稳压器三端固定稳压器三端固定稳压器有三端固定稳压器有W7800和和W7900两种系列。两种系列。W7800系列集系列集成稳压器的外形和符号如图示。成稳压器的外形和符号如图示。第9章直流稳压电源W7800系列集成稳压器能够输出正电压，分别可输出系列集成稳压器能够输出正电压，分别可输出5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V七种电压，型号后面的两七
20、种电压，型号后面的两位数字表示输出电压的幅值。位数字表示输出电压的幅值。三端固定稳压器的输出电流分为三端固定稳压器的输出电流分为1.5A、0.5A和和0.1A三档，按三档，按照输出电流的不同，又可分为照输出电流的不同，又可分为W7800、W78M00、W78L00三种系列。三种系列。W7800系列的输出电流为系列的输出电流为1.5A，W78M00系列的系列的输出电流为输出电流为0.5A，W78L00系列的输出电流为系列的输出电流为0.1A；如如W7805型号的三端固定稳压器的输出电压为型号的三端固定稳压器的输出电压为+5V，输出电，输出电流为流为1.5A；W78M06型号的三端固定稳压器的输出
21、电压为型号的三端固定稳压器的输出电压为+6V，输出电流为，输出电流为0.5A。第9章直流稳压电源W7900系列集成稳压器的外形和符号如图示。系列集成稳压器的外形和符号如图示。第9章直流稳压电源W7900系列集成稳压器能够输出正电压，分别可输出系列集成稳压器能够输出正电压，分别可输出-5V、-6V、-8V、-12V、-15V、-18V、-24V七种电压，型号后面七种电压，型号后面的两位数字表示输出电压的幅值。的两位数字表示输出电压的幅值。三端固定稳压器的输出电流分为三端固定稳压器的输出电流分为1.5A、0.5A和和0.1A三档，按三档，按照输出电流的不同，又可分为照输出电流的不同，又可分为W79
22、00、W79M00、W79L00三种系列。三种系列。W7900系列的输出电流为系列的输出电流为1.5A，W79M00系列的系列的输出电流为输出电流为0.5A，W79L00系列的输出电流为系列的输出电流为0.1A；如如W7905型号的三端固定稳压器的输出电压为型号的三端固定稳压器的输出电压为-5V，输出电，输出电流为流为1.5A；W79M06型号的三端固定稳压器的输出电压为型号的三端固定稳压器的输出电压为-6V，输出电流为，输出电流为0.5A。第9章直流稳压电源固定输出正电压的稳压电路：固定输出正电压的稳压电路：第9章直流稳压电源固定输出负电压的稳压电路：固定输出负电压的稳压电路：第9章直流稳压
23、电源正负对称输出稳压电路：正负对称输出稳压电路：第9章直流稳压电源2三端可调稳压器三端可调稳压器三端可调稳压器也分为三端可调正电压输出稳压器和三端可三端可调稳压器也分为三端可调正电压输出稳压器和三端可调负电压输出稳压器；调负电压输出稳压器；三端可调正电压输出稳压器有三端可调正电压输出稳压器有W117、W217和和W317三种系三种系列，这三种系列具有相同的引出端、相同的基准电压和相似列，这三种系列具有相同的引出端、相同的基准电压和相似的内部电路，所不同的是它们的工作温度范围，分别是的内部电路，所不同的是它们的工作温度范围，分别是-55150、-25150和和0125。三端可调负电压输出稳压器有三端可调负电压输出稳压器有W137、W237和和W337三种系三种系列。三端可调稳压器列。三端可调稳压器W117系列的输出电压为系列的输出电压为1.2537V连续连续可调，最大输出电压可达可调，最大输出电压可达1.5A。第9章直流稳压电源W117的典型应用电路的典型应用电路：第9章直流稳压电源W117的外加保护电路：的外加保护电路：
