模拟电子技术（5-7章）

1、第7章 直流电源 7.1 直流电源的组成7.2 单相整流电路7.3 滤 波 电 路7.4 稳 压 电 路本章首先介绍单相半波、单相全波和单相桥式整流电路的工作原理，其次介绍电容和其他形式的滤波电路的性能，最后介绍集成稳压电路和开关稳压电路的工作原理。7.1 直流电源的组成几乎所有的电子设备都需要稳定的直流电源，通常都是由交流电网供电，因此需要把交流电变成稳定的直流电。直流稳压电源就是把交流电经过整流变成脉动的直流电，然后通过滤波稳压转换成稳定的直流电的仪器。它由整流电路、滤波电路和稳压电路3部分组成。 整流电路整流电路的目的是利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方

2、向的脉动电压。这种单方向的脉动电压有很大的脉动成分。 滤波电路滤波电路的功能是将整流后的单向脉动电压中的脉动成分尽可能地滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。它由电容、电感等储能元件组成。 稳压电路稳压电路的功能是采取一些措施，当市电电压或负载电流变化时，使输出的直流电压保持稳定。7.2 单相整流电路整流电路的作用是利用二极管的单向导电性，将交流电转换成单向脉动电压。整流电路中基本上都包含了电源变压器，一方面是“变压”（大多情况下是进行“降压”，即将220V降为较低的交流电压）；另一方面是“隔离”，把电子设备与电网隔开。在小功率直流电源中，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。7.2

3、.1单相半波整流电路带有纯阻负载的单相半波整流电路如图7.1（a）所示，这是一种最简单的整流电路。它由变压器T、整流二极管VD及负载RL3部分组成。二极管VD具有正向导通、反向截止的开关作用，所以将交流电变成了脉动的直流电，称为整流二极管；负载RL将电能转换成其他能量。图7.1单相半波整流电路1. 工作原理及输入输出波形电路中各处的波形如图7.1（b）所示。由图可知，利用二极管的单向导通这一特性，使变压器副边的交流电压转换成为负载两端的单向脉动电压，从而达到整流的目的。由于这种电路只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，因此称为单相半波整流电路。2. 参数计算(1) 负载上输出的平均电压U0

4、 (2) 整流二极管正向平均电流ID(3) 整流二极管所承受的最大反向电压UDRM 单相半波整流电路具有结构简单，使用元件少的优点。但是也存在着一些缺点：如输出波形脉动大、直流的成分较低、变压器只有半个周期导电，利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和。因此，一般只在输出电流较低，要求不太高的电路中运用。7.2.2单相全波整流在半波整流电路的基础上加以改进就得到了全波整流电路，它由变压器、两个整流二极管和负载组成。变压器具有中心抽头，因此，VD1、VD2在正半周和负半周内轮流导电，并且两者流过RL的电流保持同一方向，使得负载RL在正半周和负半周均有输出电压。1. 工作原理和输入输出波形全波整

5、流的原理图见图7.3。2. 参数计算(1) 负载上输出的平均电压UO(2) 整流二极管正向平均电流ID (3) 整流二极管所承受的最大反向电压UDRM 全波整流电路也存在着明显的缺点：二极管所承受的反向峰值电压高，是半波整流电路的两倍；全波整流电路必须采用具有中心抽头的变压器，并且每个线圈只有一半时间参与导电，因此变压器的利用率也不高。 7.2.3单相桥式整流电路单相桥式整流电路如图7.5(a)所示。图中，4个整流二极管VD1VD2接成电桥的形式，其中一个对角线接变压器的次级，另一个对角线接负载电阻RL，但二者不能互换。故有桥式整流电路之称。图7.5(b)是它的简化画法。图7.5桥式整流电路的

6、其他画法1. 工作原理2. 参数计算(1) 负载上输出的平均电压U0(2) 流过负载的平均电流IO (3) 整流二极管所承受的最大反向电压UDRM 桥式整流电路的优点是输出电压高，电压纹波小，管子所承受的最大反向电压比较低，同时由于电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器的利用率高。因此，此电路在整流电路中有了较为广泛的运用。缺点是二极管用得较多 。7.3 滤 波 电 路从前面的分析可知，无论何种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。为了减少脉动，就需要采取一定的措施，即滤波。滤波的作用是一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近

7、于理想的直流电压。滤波电路一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容器、电感器复合而成的各种组合式滤波电路。常见的结构如图7.7所示。图7.7滤波电路的基本形式因为电抗元件在电路中能储存能量，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，当电压降低时，能量就释放出来，因此负载得到的电压比较平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感L，当电源供给的电流增加时，它把能量储存起来，当电流减小时，就将能量释放出来，因此负载电流也较平滑，即电感L也有平波作用。滤波电路的形式多种多样，可分为电容输入式（电容C接在最前面，如图7.7中的a、c）和电感

8、输入式（电感L接在最前面，如图7.7中的b）。前一种滤波电路常用于小功率的电源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中。本节重点分析小功率整流电源中常用的电容滤波电路，然后简要分析其他形式的滤波电路。 7.3.1电容滤波电路为了便于说明电容滤波的工作原理，先来分析一下图7.8(a)所示的桥式整流、电容滤波电路。1. 电容的滤波作用图7.8桥式整流、电容滤波电路2. 滤波电容后电路的特点(1) 提高了输出电压的直流成分(2) 降低了输出电压的脉动成分(3) 二极管导通角度变小而导通时的最大电流变大(4) 电容滤波电路的外特性差7.3.2其他形式滤波电路1. RC-型滤波电路在前一节桥式整流滤波电

9、路的基础上，再加上一级RC滤波电路就构成了如图7.11所示的RC-型滤波电路。图7.11RC型滤波电路2. 电感滤波电路、LC滤波电路和LC-型滤波电路在桥式整流电路和负载电阻RL之间串入一个电感器L，如图7.12所示。图7.12电感滤波电路采用电感滤波以后，有延长整流管导电角的趋势，因此电流的波形比较平滑，输出特性好。其缺点是由于铁芯的存在，笨重，体积大，容易引起电磁干扰。一般只适用于低电压、大电流场合。此外，为了进一步减少负载电压中的纹波，电感后面可再接一电容而构成LC滤波电路，如图7.13所示。此电路在负载电流较大或较小时均有良好的滤波作用，因此，它对负载的适应性比较强。图7.13LC滤

10、波电路若在LC滤波电路的输入端再加上一个电容，就构成了LC-滤波电路，如图7.14所示。该电路的特点是输出电压的脉动成分小，波形更加平滑。缺点是滤波电路的外特性较差，整流管的冲击电流比较大。图7.14LC-型滤波电路 7.4 稳 压 电 路和理想的直流电源相比，整流滤波电路的输出电压还有一定的差距，问题是，当负载电流变化时，导致输出直流电压的变化；以及当电压波动时，整流电路的输出电压也随之相应地变化。因此，就引出了稳压电路。所谓稳压电路，就是在负载不变而输入电压变化时，输出电压不变；并且当输入电压不变而负载改变时，输出电压也不变的电路。 7.4.1稳压电路及其主要技术指标1. 主要技术指标(1

11、) 内阻（也称输出电阻）R0(2) 稳压系数Sr(3) 电压稳定度SV2. 硅稳定管稳定电路(1) 电路组成和工作原理稳压管稳压电路如图7.16所示。图7.16硅稳压管稳压电路(2) 各参数的估算 内阻R0 稳压系数Sr 限流电阻的选择3. 串联型直流稳压电路(1) 电路组成和工作原理串联型直流稳压电路如图7.21所示。 (2) 输出电压的调整范围图7.21串联型直流稳压电路 7.4.2集成稳压电路为了适应现代电子技术的发展，稳压电路也迅速实现集成化。集成稳压器具有体积小、重量轻、抗干扰能力强、大规模生产、使用经济等特点，越来越为大量电子设备所使用。特别是具有输入端、输出端和公共引出端的三端式

12、稳压器，因为不需要外接元件，并且本身有限流、过压和过流保护电路，所以运用更加安全可靠。三端集成稳压器可分输出电压固定和输出电压可调两种形式。本节以具有正电压输出的78LXX系列为例介绍电路的组成、工作原理、主要参数以及它们的外形和应用电路。1. 三端集成稳压器的组成和工作原理现结合一个实例对三端集成稳压器的各部分电路作简要说明。如图7.22所示为一具有正电压输出的78LXX系列三端集成稳压器。(1) 启动电路(2) 基准电压电路(3) 取样比较放大电路和调整电路图7.2278L型为输出电压固定的三端集成稳压器原理图(4) 保护电路 限流保护电路 过热保护电路2. 三端集成稳压器外形及主要参数3

13、. 三端集成稳压器的应用电路7.4.3开关型稳压电路前面介绍的串联型直流稳压电路和集成稳压器均属于线性稳压电路，这是因为调整器工作在放大区。当负载电流较大时，调整管的集电极损耗相当大，电源效率较底，一般为20%40，通常还要配备庞大的散热装置。采用开关式电路，就克服了上述缺点。开关型稳压电路的串联调整管工作在开关状态，即调整管主要工作在饱和导通和截止两种状态。 根据开关稳压电源的控制方式不同，可分为脉冲宽度调制型（即开关工作频率不变，控制导通脉冲的宽度）、脉冲频率调制型(即开关导通时间不变，控制开关的工作频率)和混合调制型（即脉冲宽度和开关工作频率均变化）。以上3种类型的开关稳压器中，脉冲宽度调制型用得较多，典型产品有CW3420/CW3520、CW295和X63等。如图7.