第十章 直流稳压电源

1、上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础10 直流稳压电源直流稳压电源上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础引引 言言 电子电路工作时都需要直流电源提电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：一般直流电源由如下部分组成： 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础交流交流电源电源1u电源电源变压器变压器2u整流整流电路电路3u直流稳压电源的组成

2、方框图直流稳压电源的组成方框图t1u0t2u03u0t波形图波形图上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础4u0t5u0t滤波滤波电路电路4u稳压稳压电路电路5u整流整流电路电路3u3u0t波形图波形图上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础整流电路：整流电路：利用具有单向导电性的整流器件（整流利用具有单向导电性的整流器件（整流二极管、晶闸管等）将工频交流电转变为具有直流二极管、晶闸管等）将工频交流电转变为具有直流电成分的单向脉动直流电。电成分的单向脉动直流电。滤波电路：滤波电路：是将脉动直流中的交流成分滤除，减少是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，保留直流成分，减

3、少脉动程度，供给负交流成分，保留直流成分，减少脉动程度，供给负载平滑的直流电压载平滑的直流电压。稳压电路：稳压电路：对整流后的直流电压采用负反馈技术，对整流后的直流电压采用负反馈技术，在交流供电电源电压或负载变化时通过自动调节使在交流供电电源电压或负载变化时通过自动调节使输出直流电压进一步稳定。输出直流电压进一步稳定。整流变压器：整流变压器：将交流电源变换为符合整流电路所需将交流电源变换为符合整流电路所需要的交流电源。要的交流电源。上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础10.1 整流滤波电路整流滤波电路10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路1. 电路组成电路组成a+_uOT

4、Ru2+_u1b+_D1D2D4D3RL单相单相及电容滤波电路及电容滤波电路上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础2. 工作原理工作原理u2t022UuOt0t0iO22UL2/2RU输入电压输入电压输出电压输出电压输出电流输出电流设设tUu sin222 (a)二极管二极管D1D4性能理想性能理想(b)uOTr+u1RLiD1D4+D1D3D2u2iD2iOab上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础t0uD1uD3,t0iD1iD3,u2t022U输入电压输入电压二极管二极管D1、D2电流电流二极管二极管D1、D2电压电压22UL2/2RUuOTr+u1RLiD1D4

5、+D1D3D2u2iD2iOab上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础3. 主要性能指标（参量计算）主要性能指标（参量计算） （1） 整流输出直流电压整流输出直流电压 u2t022UuOt022U)6cos3524cos1522cos321(222O tttUu 因为输出电压因为输出电压tduU 02O1输出直流电压输出直流电压222U 29 . 0 U 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础通常用它的平均值与直流电压等效。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为输出平均电压为2202LO9 . 022dsin21UUttUUU 流过负载的平均电流为流过负载的平均

6、电流为L2L2L9 . 022RURUI L2L2LD45. 022RURUII 流过二极管的平均电流为流过二极管的平均电流为2Rmax2UV 二极管所承受的最大反向电压二极管所承受的最大反向电压上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（3）整流二极管的正向平均电流整流二极管的正向平均电流 2ODII （4）整流二极管的最高反向电压整流二极管的最高反向电压 2RM2UU LO2RU L229 . 0RU L245. 0RU uOTr+u1RLiD1D4+D1D3D2u2iD2iOab上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（5）输出电压纹波因数输出电压纹波因数 OorUU

7、定义定义式中式中Uor输出电压中各次谐波电压有效值的总和输出电压中各次谐波电压有效值的总和UO输出电压的平均值输出电压的平均值上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础2O2O22OorUUUUU 对于全波整流电路对于全波整流电路)6cos3524cos1522cos321(222O tttUu 26o24o22oorUUUU2O22UU 由于由于故故1)(2O2 UU483. 0 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础10.1.2 滤波电路滤波电路几种滤波电路几种滤波电路（a）电容滤波电路电容滤波电路（b b）电感电容滤波电路（倒）电感电容滤波电路（倒L L型）型）（c

8、c） 型滤波电路型滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点: : 电容与负载电容与负载 R RL L 并联，或电感与并联，或电感与负载负载R RL L串联。串联。上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础1. 电路组成电路组成10.1.2 电容滤波电路电容滤波电路+_uOTRu2+_u1+_D1D2D4D3RLC上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础(1) 当当C=0时时2 . 工作原理工作原理Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C输入电压输入电压tUu sin222 23 4u222Ut0上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础234u222Ut0输入

9、电压输入电压输出电压波形输出电压波形桥式整流电路桥式整流电路输出电压输出电压2O9 . 0 UU Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uOuO023422Ut上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础输出电压波形输出电压波形由于电容器的充电时间常数由于电容器的充电时间常数0o1 Cr (2) 当当C0、RL=时时22UuO0234tTr+u1D4+D1D3D2u2uO+Cro234u222Ut0输入电压输入电压上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础(3) 当当C0、RL 时时电容器的充电时间常数电容器的充电时间常数0)/(oLo1 CrCRr 输出电压输出电压234u222

10、Ut0输入电压输入电压Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro22U0234tuOuC,uO =uC u2上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础输出电压输出电压234u222Ut0输入电压输入电压Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro22U0234tuOuC,当当C充电到最高点时，充电到最高点时，C将通过将通过RL开始放电。开始放电。二极管二极管D1、D3将将截止，截止，上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础电容器的放电时间常数电容器的放电时间常数CRL2 由于由于 2较大，放电比较缓慢较大，放电比较缓慢Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+C23

11、4u222Ut0输出电压输出电压22U0234tuOuC,ro上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础当当| |u2|uC时时C又又开始开始充充电，直到最大值。电，直到最大值。二极管二极管D2、D4导通导通234u222Ut0Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro输出电压输出电压22U0234tuOuC,上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础22U0234tuOuC,周而复始周而复始输出电压输出电压234u222Ut0输入电压输入电压Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+Cro可画出输出电压波形可画出输出电压波形C放电放电C充电充电D截止截止D导通导通上页上

12、页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础3电容滤波电路的外特性及主要参数估计电容滤波电路的外特性及主要参数估计 （2）输出电压平均值输出电压平均值 若若2)5(3TCRL 2(AV)O)4 .11 .1(UU 一般取一般取 2O(AV)2 . 1 UU (1)输出电压输出电压UO的脉动程度大为减小，负载两端电压比的脉动程度大为减小，负载两端电压比较平滑较平滑当当C=0时时2O9 . 0 UU 当当C0、RL=时时2O2UU 当当C0、RL 时时UO由放电时间常数决定由放电时间常数决定 =RLC一般取一般取 RLC（35）T （半波整流）（半波整流） RLC（35）T/2 （全波整流）（全波

13、整流）上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（3）电容滤波电路的外特性电容滤波电路的外特性)(OOifu 0.9U2C=0C小小C大大Tr+u1RLD4+D1D3D2u2uO+CiOuOiO022U输出电流平均值输出电流平均值 L2L(AV)OO(AV)2 . 1RURUI 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础a. C越小，越小，uO(A V)越小，纹波越大。越小，纹波越大。b. iO越大越大, , uO(A V)越小。越小。外特性外特性特点：特点：电容滤波电路适用于负载电流比较小或基本不变的场合。电容滤波电路适用于负载电流比较小或基本不变的场合。结论：结论： 外特性

14、差外特性差0.9U2C=0C小小C大大uOiO022U上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（4） 整流二极管的平均电流整流二极管的平均电流 (b) 二极管导电时间缩短了，导通二极管导电时间缩短了，导通时有冲击电流。时有冲击电流。(a) 相比无滤波电容时的平均电流相比无滤波电容时的平均电流相等。相等。二极管电流的特点：二极管电流的特点：023t0tuCuOiDiD1iD3iD2iD4iDMuCuO二极管电流波形二极管电流波形考虑二极管内阻时考虑二极管内阻时输出电压波形输出电压波形上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础放电时间常数越大，放电时间常数越大，越越小，冲击电流越

15、大。小，冲击电流越大。(c) 冲击电流与二极管的导冲击电流与二极管的导通角通角( )有关。有关。023t0tuCuOiDiD1iD3iD2iD4iDMuCuO（5）整流二极管的最高反向电压整流二极管的最高反向电压 2RM22UU 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础2. .电感滤波电路电感滤波电路（1 1）工作原理：）工作原理： 当忽略电感线圈的直流电阻时，负载当忽略电感线圈的直流电阻时，负载上的直流电压与不加滤波时负载上的直流上的直流电压与不加滤波时负载上的直流电压相同。电压相同。209 . 0 UU 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（2）特点：特点： 电感滤

16、波电路的外特性是很平坦的，电感滤波电路的外特性是很平坦的，U U0 0随随I I0 0增大而增大而略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内略有下降的原因是输出电流增大时，整流电路的内阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。阻和电感的整流电阻压降也略有增加的缘故。 导通角导通角=，因而避免了过大的冲击电流。输出，因而避免了过大的冲击电流。输出电压没有电容滤波高。电压没有电容滤波高。 电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输电感滤波电路适用于负载所需的直流电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。出电流较大及负载变化较大的场合。 电感体积大，成本高，输出电压稍低。电感体积大，成本高，输出

17、电压稍低。 为了提高滤波效果，通常采用倒为了提高滤波效果，通常采用倒L L型滤波电路。型滤波电路。上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础3型滤波电路型滤波电路 R+C1C2uIuORL+L+C1C2uIuORL+LC型滤波电路型滤波电路RC型滤波电路型滤波电路上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础在图所示的电烙铁供电电路中，试分析以下几在图所示的电烙铁供电电路中，试分析以下几种情况各属于什么供电电路？输出电压多高？种情况各属于什么供电电路？输出电压多高？哪种情况下电烙铁温度最低？为什么？哪种情况下电烙铁温度最低？为什么？（1） S1、 S2均闭合。均闭合。（2） S1、

18、 S2均分断。均分断。（3） S1闭合闭合， S2分断。分断。（4） S1分断分断， S2闭合。闭合。电烙铁电烙铁UOC D1D3D2D4S1S2220V思思 考考 题题上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础10.2.1 稳压电路的功能和性能指标稳压电路的功能和性能指标 1稳压电路的功能稳压电路的功能 稳定输出直流电压。稳定输出直流电压。2稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标 （1）稳压系数稳压系数 0,0IIOOrO TIUUUUS10.2 串联反馈型线性串联反馈型线性稳压电路稳压电路上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（2）电压调整率电压调整率 %1001

19、0,0IOOO TIUUUUS（3）输出电阻输出电阻 0,0OOOI TUIUR（4）电流调整率电流调整率 %1000,0OOI TUIUUS上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（5）输出电压的温度系数输出电压的温度系数 %10010,0OOIO UITTUUS 稳压电路输出端的交流分量（通常为稳压电路输出端的交流分量（通常为100Hz）的）的有效值或幅值。有效值或幅值。 （6）纹波电压纹波电压 （7） 纹波电压抑制比纹波电压抑制比 oppippriplg20UUS 输入、输出电压中的纹波电压之比输入、输出电压中的纹波电压之比上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础10

20、.2.2 串联反馈型线性稳压电路的工作原理串联反馈型线性稳压电路的工作原理1电路组成电路组成 基准环节基准环节比较放大环节比较放大环节+R+AUBUREFuIRLTDZRWR2R1UF+uO调整环节调整环节取样环节取样环节上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础2稳压原理稳压原理 IU OUCEU L)(R或或 FU OU BU +R+AUBUREFuIRLTDZRWR2R1UF+uO上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础REFW22W1minOURRRRRU REF22W1maxOURRRRU REFW22W1OURRRRRU 3输出电压输出电压uI+RRL+-ATDZ

21、RWR2R1UBUFUREF+uOWR WR +上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础4调整管参数选取原则调整管参数选取原则 （1） CMIOmaxI（2）O(max)CE(max)CMIUP （3）CE(max)CEO(BR)UU （4） 电路正常工作时，电路正常工作时，UCE=3 35 5V 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础5限流保护电路限流保护电路 保护电路保护电路R+-UORL+T1IB1T2IC2URUBIO比较放大环节比较放大环节I+UI工作原理工作原理上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（2）当当Io增大增大, , T2导通。导通。IB

22、1减小，限制了减小，限制了Io的增大。的增大。（1）当当IO较小时，较小时，URIZmax，稳压管首先可能烧坏。，稳压管首先可能烧坏。（4）如如R=0, ,则则u2RD1D3D2D4C1RLUOC2DZu1 V15Z U+ + +上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础例例2* 试求图示电路的输出电压试求图示电路的输出电压UO 的可调范围。的可调范围。 解解 由题意知，运算放大器处于线性状态，根据由题意知，运算放大器处于线性状态，根据“虚短虚短”的概念，的概念，由图可得由图可得 + +- -+ +- - -+ +AW7808OU1R2R3RpR4RK5K5K3K1K2IUV15+ +

23、- -XXUV8pR pR 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础O2P1P1XX433URRRRRURRR 故故XXP12P1433OURRRRRRRRU + +- -+ +- - -+ +AW7808OU1R2R3RpR4RK5K5K3K1K2IUV15+ +- -XXUV8pR pR 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础当当 时时 ppRR V8821213555O U当当 时时 0p RV1282213555O U即即 的可调范围为的可调范围为 。 OUV128XXP12P1433OURRRRRRRRU )0(PPRR 上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电

24、子技术基础例例3 运算放大器组成的稳压电路如图所示。图中输入直流电压运算放大器组成的稳压电路如图所示。图中输入直流电压UI=30V，调整管调整管T的的 =25, ,运算放大器的开环增益为运算放大器的开环增益为100dB、输、输出电阻为出电阻为100, 输入电阻为输入电阻为2M ，稳压管的稳定电压，稳压管的稳定电压UZ=5.4V，稳压电路的输出电压近似等于稳压电路的输出电压近似等于9V。在稳压电路工作正常的情况。在稳压电路工作正常的情况下，试问：下，试问： （1）调整管调整管T T的功耗的功耗PT和运算放大器的输出电流等于多少？和运算放大器的输出电流等于多少？ +R112k UOUiAR2R3R

25、LDZR4+T91 5.1k 2k 3k +上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础（2）从电压串联负反馈电路详细分析计算的角度看，该稳压电从电压串联负反馈电路详细分析计算的角度看，该稳压电路的输出电压能否真正等于路的输出电压能否真正等于9V?如不能，输出电压的精确值等于如不能，输出电压的精确值等于多少？多少？（3）在调整管的集电极和基极之间加一只在调整管的集电极和基极之间加一只5.1k 的电阻的电阻R4（如（如图中虚线所示），再求运算放大器的输出电流；图中虚线所示），再求运算放大器的输出电流；（4）说明引入电阻说明引入电阻R4的优点。的优点。+R112k UOUiAR2R3RLDZR4+T91 5.1k 2k 3k +上页上页下页下页后退后退 电子技术基础电子技术基础解解 （1）调整管功耗调整管功耗 )()(32OLOOIECETRRURUUUIUP W1