直流稳压电源课件

第10章直流稳压电源§1小功率整流滤波电路§2串联反馈式稳压电路§3集成稳压电路第10章直流稳压电源§1小功率整流滤波电路§§1小功率整流滤波电路直流稳压电源的作用及组成将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。变压器整流滤波稳压引起电压不稳定的原因1、交流电网电压的波动；2、负载的变化（由于整流滤波电路存在内阻）；3、温度的影响；§1小功率整流滤波电路直流稳压电源的作用及组成单相三相二极管可控硅桥式倍压整流半波全波一、整流电路的分类二、单相桥式整流电路u2正半周时:D1、D3导通，D2、D4截止u2uLu2负半周时：D2、D4

导通，D1、D3截止-++–设变压器输出电压：u2=U2sinωtu1u2220V+-RLuoD1D3D4D2单相二极管桥式半波一、整流电路的分类二、单相桥式整流电路u2二、单相桥式整流电路u0=u2uL1、输出直流电压：2、负载平均电流3、二极管所承受的最大反向电压4、整流管平均整流电流=IL/25、整流输出电压的脉动系数u1u2220V+-RLuoD1D3D4D2二、单相桥式整流电路u0=u2uL1、输出直流电压：2、负载三、滤波电路2、几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容滤波电路（倒L型）（c）型滤波电路滤波电路的结构特点:

电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。1、滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。RC低通滤波电路三、滤波电路2、几种滤波电路（a）电容滤波电路（b）电感电容3、电容滤波电路充电放电（1）空载时的情况（2）接负载的情况在工作过程中，二极管并非在整个半周内导电，按能量守恒的观点，在较长时间内释放的电荷等于在较短时间内充得的电荷，所以充电电流较大。输出电压为U2，二极管承受的最高反向电压URM=2U2三、滤波电路u1iou2CuoRL

tuouo（3）结论二极管的导通角θ<π，流过二极管的瞬时电流大，故常串入一个限流电阻(1/25)RL。3、电容滤波电路充电放电（1）空载时的情况（2）接负载的情况（3）结论输出电压的平均值大：UL由放电时间常数决定τ=RLC∴RLC↑→UL↑∵一般取RLC≥（3~5）T/2此时，输出电压的平均值为通常取来估算。3、电容滤波电路三、滤波电路充电放电u1iou2CULRL

tUL（3）结论输出电压的平均值大：UL由放电时间常数决定τ=脉动系数小电路的外特性ULIL0.9U2全波SIL67%全波外特性滤波特性电容滤波电路使用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。（3）结论3、电容滤波电路三、滤波电路

tUL充电放电u1iou2CULRL脉动系数小电路的外4、电感滤波电路uLL工作原理：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电压相同。特点：（1）电感滤波电路的外特性是很平坦。UL随IL增大而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。0.9U2三、滤波电路ILUL（2）导通角θ=π，因而避免了过大的冲击电流。（3）输出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，输出电流较大及负载变化较大的场合。（4）缺点：电感体积大，成本高，输出电压稍低。（5）为了提高滤波效果，通常采用倒L型滤波电路。C4、电感滤波电路uLL工作原理：当忽略电感线圈的直流电阻时，四、倍压整流电路

在实际应用中，有时需要高电压、小电流的直流电源，可用倍压整流电路。1、二倍压整流电路（1）倍压原理－++－+－－+当正半周时：C1充电到当负半周时：C2充电到（当RL较大）2、讨论在实际电路中：RL较大，电流小，U0近似为二极管所承受的最高反向电压：UDRM=电容的耐压：u1u2D2C1D1C2RLU0四、倍压整流电路在实际应用中，有时需要高电压、小电流的直流2、多倍压整流电路－+－+－+－+－+(n为奇数)(n为偶数)倍压愈高，负载电流愈不能大。除第一个电容所承受的电压为外，其他每个电容所承受的电压均为每个二极管所承受的最高反向电压均为四、倍压整流电路

u12、多倍压整流电路－+－+－+－+－+(n为奇数)(n为偶数UI、

IO和T引起的

UO可用下式表示一、稳压电路的质量指标（1）当负载电流变化时，由于整流滤波电路存在内阻，输出电压将要变化。（2）当电网电压波动时，使整流滤波电路输出的直流电压不稳定。通常交流电网电压允许±10%的波动。（3）环境温度变化时，输出电压将变化。2、稳压电路的主要指标§2串联反馈式稳压电路1、为什么要稳压电路UI、IO和T引起的UO可用下式表示一、稳压电路一、稳压电路的质量指标2、稳压电路的主要指标(1)输入调整系数Kr或——反映了电网电压波动的影响。——电压调整率。或——稳压系数。一、稳压电路的质量指标2、稳压电路的主要指标(1)输入调整（3）温度系数：电网电压和负载都不变时，由于温度变化而引起的输出电压的漂移。一、稳压电路的质量指标2、稳压电路的主要指标（2）输出电阻Ro——反映了负载变化的影响。有时用电流调整率表示：当Io从0变到最大时，输出电压的相对变化量，即：（3）温度系数：电网电压和负载都不变时，由于温度变化而引起的1、电路的基本形式（1）原始设想RUIUoRL若UI↑→使R↑→△UI都加在R上，若RL↓→使R↓→维持Uo不变。iCuCE这个三极管是起调整作用的，故称为调整管。基准电源调整管UoUI二、串联反馈式稳压电路的工作原理T

RUIRLUoDZUZ若Ib↑→Ic↑→Uce↓即通过Ib控制Uce1、电路的基本形式（1）原始设想RUIUoRL若UI↑→使R（2）稳压原理RL↓→IL↑

电源内阻的影响

Uo↓→Ube↑→Ib↑→Uce↓调整管之所以能够起调整电压的作用，关键在于用输出电压的变化量返回去控制调整管的基极电流。这种控制不灵敏，稳压性能不高。当RL不变，UI变化时的稳压过程

Ube=Uz－Uo(uz基本不变)UI↑→Uo↑→Ube↓→Ib↓→Ic↓→Uce↑Uo↓Uo=UI－Uce当ui不变，而RL变化（即IL变化）Uo↑1、电路的基本形式二、串联反馈式稳压电路的工作原理T

RUIRLUoDZUZ（2）稳压原理RL↓→IL↑电源内阻的影响Uo↓→2、带有放大环节的稳压电路（1）电路的组成T1：调整管。相当于可变电阻R，起调压作用。DZ、R3：组成稳压电路，用来稳定基准电压UZ。n称为分压比。二、串联反馈式稳压电路的工作原理IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZT2：起比较和放大信号的作用，RC是它的集电极负载，从T2取出的放大信号加到T1的基极。R1、R2：组成分压电路，取△U0的一部分，加到T2的基极，称为取样电路，2、带有放大环节的稳压电路（1）电路的组成T1：调整管。相当（2）稳压过程RL↓或UI↓→U0↓→UB2↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑T2的放大倍数愈大，调整作用就愈强，输出电压就愈稳定。↓U0↑←UCE1↓←IC1↑←UBE1↑←UB1↑←UC2↑2、带有放大环节的稳压电路二、串联反馈式稳压电路的工作原理IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ（2）稳压过程RL↓或UI↓→U0↓→UB2↓→UBE2↓→

（3）讨论选用动态电阻小的稳压管做基准电压，以提高UZ的稳定性。在要求高的稳压电源中，调整管可采用复合管，放大级可采用多级放大器。但因为UZ≈UoR2/(R1+R2)，当Uo给定后，就应该选择较高的基准电压UZ，但稳定电压较高的稳压管，其温度系数比较大，为了克服这个缺点，可对稳压管加温度补偿。分压比n=R2/(R1+R2)要选得大一些，保证取样信号大一些。2、带有放大环节的稳压电路二、串联反馈式稳压电路的工作原理IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ减小分压电阻R1、R2，使I1>>IB2，这样，当IB2变化时取样比n才能基本不变。但R1、R2不能过小，过小的分压电路，将浪费过多的电流，通常选择I1≥（5~10）IB2。

（3）讨论选用动态电阻小的稳压管做基准电压，以提高UZ的稳

（4）串联型稳压电路的基本组成RL变压器整流滤波调整管交流输入取样比较放大基准电压2、带有放大环节的稳压电路二、串联反馈式稳压电路的工作原理IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ串联型晶体管直流稳压电路根据对稳定程度不同要求而有简有繁，例如可采用多级放大器来提高稳压性能，但基本环节是相同的。

（4）串联型稳压电路的基本组成RL变压器整流调整管交流输入

（5）电路的不足①Iz随Uo而波动，使UZ不稳定；T2的发射极电流也会影响UZ。②当温度变化时，由T2组成的放大环节将产生零点漂移，使Uo稳定度变差。③当负载电流变化较大时，相应地要求调整管的基极电流也有较大的变化范围，这部分电流要由放大管的集电极来提供，一般三极管不易达到这样的要求。④输出电压固定，不能调节。⑤T2的C极电阻RC接至电路的不稳定的输入端，UI的变化，通过RC加到T1的b极而被放大。2、带有放大环节的稳压电路二、串联反馈式稳压电路的工作原理IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZ

（5）电路的不足①Iz随Uo而波动，使UZ不稳定；②当

3、提高稳压电源性能的措施（1）改变取样比以调节输出电压的范围显然，调节Rw，可改变取样比，从而使输出电压Uo得到调整。或二、串联反馈式稳压电路的工作原理IC1T1I1UIR2RCIRIb1R1R3RLUoT2Ib2UZT1UIR2RCR1R3RLUoT3T2Rw（2）调整管采用复合管输出电流由大功率管提供降低了驱动电流例如：IO=1A，β1=30，β2=50，则β1β2=1500这时调整管的基极电流只需

3、提高稳压电源性能的措施（1）改变取样比以调节输出电压的

3、提高稳压电源性能的措施二、串联反馈式稳压电路的工作原理T1UIR2RCR1R3RLUoT3T2Rw（3）说明：若两只管子组成的复合管还不能满足要求，可用三只或四只管子组成复合管，但此时会产生穿透电流过大的问题。T1通常选用大功率管，为了充分利用管子，一般都加有散热片。两只电阻起平衡作用在一个大功率管不能负担输出电流时，可采用两管或多管并联运用。CBE

3、提高稳压电源性能的措施二、串联反馈式稳压电路的工作原理

UBE3=0.7v，UZ=5.3v，UI=20v，β1=20，β2=50，R1=R2=200Ω，R3=1k，RC=2k要使Rw滑到最下端时，U0=15v，Rw应为多少？此时当Rw滑到最上端时，U0为多少？二、串联反馈式稳压电路的工作原理当U0=15v，I0=500mA时，求通过RC的电流IRC和流过稳压管的电流IZ？T1、T2组成复合管，β=β1β2=20×50=1000，UB3=UZ+UBE3=5.3v+0.7v=6V调节Rw的滑动端，可改变输出U0：Rw↓→UBE3↓→IC3↓→UB2(=UI－IC3RC)↑→UCE1↓→U0↑反之，Rw的滑动端往上调，U0愈低。T1UIR2RCR1R3RLUoT3T2Rw3、提高稳压电源性能的措施（4）参数估算：

UBE3=0.7v，UZ=5.3v，UI=20v，β1=2

二、串联反馈式稳压电路的工作原理当Rw的滑动端往下调到最下端时，电路满足解得：当Rw的滑动端往上调到最上端时，电路满足即3、提高稳压电源性能的措施（4）参数估算：要使Rw滑到最下端时，U0=15v，Rw应为多少？此时当Rw滑到最上端时，U0为多少？UBE3=0.7v，UZ=5.3v，UI=20v，β1=20，β2=50，R1=R2=200Ω，R3=1k，RC=2kT1UIR2RCR1R3RLUoT3T2Rw

二、串联反馈式稳压电路的工作原理当Rw的滑动端往下调到最下

二、串联反馈式稳压电路的工作原理通过RC的电流流过稳压管的电流IZ=IR3+IE3IE3≈IC3=IRC－IB2=1.26mA则：IZ=11mA3、提高稳压电源性能的措施（4）参数估算：当U0=15v，I0=500mA时，求通过RC的电流IRC和流过稳压管的电流IZ？UBE3=0.7v，UZ=5.3v，UI=20v，β1=20，β2=50，R1=R2=200Ω，R3=1k，RC=2kT1UIR2RCR1R3RLUoT3T2Rw其中

二、串联反馈式稳压电路的工作原理通过RC的电流流过稳压管的比较放大级采用差动放大器（5）其它措施UOUIT3＋－RLR1R2IORcRzT2T1URReFUODz3、提高稳压电源性能的措施二、串联反馈式稳压电路的工作原理比较放大级采用差动放大器（5）其它措施UOUIT3＋－R采用辅助电源(比较放大部分的电源)用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益（5）其它措施3、提高稳压电源性能的措施二、串联反馈式稳压电路的工作原理I0I0I0采用辅助电源(比较放大部分的电源)（5）其它措施3、

二、串联反馈式稳压电路的工作原理取样电路调整管比较放大基准电压输入电压波动负载电流变化输出电压变化电压串联负反馈所以输出电压根据虚短和虚断有(+)(+)(+)(+)R1R2UIDZTRUFRLUORpUBUREFR'1R'2比较放大级采用差动放大器（5）其它措施3、提高稳压电源性能的措施

二、串联反馈式稳压电路的工作原理调整管输入电压波动负载

三、串联反馈式稳压电路中的保护电路4、串联反馈式稳压电路（1）结构

三、串联反馈式稳压电路中的保护电路4、串联反馈式稳压电路（§3集成稳压电源概述将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成稳压器。它的电路符号，外形如图所示。要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。照片特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路GND或ADJUIUOCW§3集成稳压电源概述要特别注意，不同型号，不同封装的集概述类型：1、三端固定输出集成稳压器2、三端可调输出集成稳压器XXL78(79)WC用数字表示输出电压值最大输出电流：L为0.1A,M为0.5A,无字母表示1.5A(带散热片)78:输出固定正电压79:输出固定负电压国标稳压器XXL17(37)C

W17:输出固定正电压37:输出固定负电压1---为军品级2---为工业品级3---为民品级X3、三端低压差集成稳压器4、大电流三端集成稳压器概述2、三端可调输出集成稳压器XXL78(79)WC用数字表一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78、负电压79

）恒流源启动电路C15pR145kR12R102.5kR11R15100R95.8kR3576R23.4kR13.9kR57.8kR713kR813kR62.14kR132.23kUIDZ2T14T5T4T3R44103T11T12T10T9T6T7T8D2D1DZ4DZ3UO21T13T2DZ1T1电路接通→UI>UZ1→电流流过T1、DZ1、T2、DZ2T3导通→T4、T5导通→DZ2正常工作一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电减流保护一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78、负电压79

）C15pR12R102.5kR11R95.8kR3576R23.4kR13.9kR57.8kR713kR813kR62.14kR132.23kUIDZ2T14T5T4T3R44103T11T10T9T6T7T8D2D1R145kR15100T12DZ4DZ3UO21T13电路正常→UR11很小→T12截止→保护电路不工作Io很大→UR11↑→T12导通→IC12↑→IB10↓→IC11↓另一方面DZ3或DZ4退出导通→UDZ3,DZ4,R14,R15↓→UCE11↓T11的耗散功率↓减流保护一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器过热保护一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78、负电压79

）C15pR12R102.5kR11R95.8kR3576R23.4kR13.9kR713kR813kR62.14kR132.23kUIDZ2T5T4T3R44103T11T10T9T6T7T8D2D1UO21T14R57.8kT13常温→UR3≈0.4v→T13、T14截止→保护电路不工作温度↑→UZ2↑→UR3↑→T14导通→T13导通→UCE13↓→IB10↓→IC11↓过热保护一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器调整电路比较放大取样电路基准电压电路一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78、负电压79

）R12R102.5kR11R95.8kR3576R23.4kR13.9kR713kR813kR62.14kR132.23kUIDZ2T5T4T3C15pR44103T11T10T9T6T7T8D2D1UO21C1频率补偿调整电路比较放大取样电路基准电压电路一、集成稳压电路1.输一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电压78、负电压79

）C15pR145kR12R102.5kR11R15100R95.8kR3576R23.4kR13.9kR57.8kR713kR813kR62.14kR132.23kUIDZ1DZ2T14T5T4T3T2T1R44103T11T12T10T9T6T7T8D2D1DZ4DZ3UO21T13一、集成稳压电路1.输出电压固定的三端集成稳压器（正电2.可调式三端集成稳压器（正电压LM117、负电压LM137）LM117/LM137是美国国家半导体公司的三端可调正、负稳压器集成电路。它的使用非常简单，仅需通过两个外接电阻来设置输出电压。输出电压基准电压UREFIadj调整管TIUBUI+UoR2R1I2I1一、集成稳压电路