电子线路陈振源主编

电子线路第4章直流稳压电源

教学演示文稿

中等职业教育电子信息类专业国家规划教材及配套教学用书

主编陈振源

第4章直流稳压电源

直流稳压电源是一种将交流电转换为稳定直流电的装置，主要由整流电路、滤波电路和稳压电路三部分所组成。整流电路先将交流电转换为直流脉动电压，然后由滤波电路滤除脉动成分，最后通过稳压电路稳定输出电压。

4.1

整流电路

4.3稳压电路

4.2

滤波电路本章小结整流电路的功能是将交流电转换成脉动直流电，常用的整流电路有半波整流电路和桥式整流电路。

4.1.1半波整流电路单相半波整流电路由整流二极管、电源变压器和负载RL构成。

半波整流原理电路图半波整流电路波形

1．整流原理（1）当v2为正半周时，二极管V承受正向电压而导通，在负载RL上获得上正下负电压vL。

（2）当v2为负半周时，二极管V承受反向电压而截止，此期间负载RL上的电压vL=0。

4.1整流电路

2．负载上的直流电压和电流

负载上的直流电压：

VL=0.45V2

负载上的直流电流：

●半波整流电路的变压器选用：次级电压V2=VL/0.45，额定功率P应大于负载功率。

●半波整流二极管的选用：最高反向工作电压VRM不低于输入交流电的峰值电压V2，额定电流不低于负载上的直流电流IL。

●半波整流电路的优点是电路简单，使用的元件少。但它的明显缺点是输出电压脉动很大，效率低，所以只能应用在对直流电压波动要求不高的场合，如蓄电池的充电等。应用提示

4.1.2桥式整流电路

1．电路结构单相桥式整流电路由电源变压器T、整流二极管Vl～V4和负载RL组成。

桥式整流原理电路图

2．整流原理

●

v2为正半周时，此时二极管Vl和V3正偏导通，二极管V2、V4受到反向电压而截止。单向脉动电流的流向为：A端→V1→RL→V3→B端，RL上的脉动电压极性为上正下负。

●

v2为负半周时，二极管V2、V4正偏导通，二极管V1、V3受到反向电压而截止。单向脉动电流的电流流向为：B端→V2→RL→V4→A端，RL上的脉动电压极性仍为上正下负。输入电压波形输出电压波形2．负载上的直流电压和电流

负载上的直流电压：

VL=0.9V2

负载上的直流电流：

●桥式整流电路变压器的选用：次级电压V2=VL/0.9，额定功率P应大于负载功率。

●桥式整流二极管的选用：最高反向工作电压VRM不低于输入交流电的峰值电压V2，最大整流电流IFM不低于负载上的直流电流IL。

●桥式整流电路中的二极管极性不允许接错，否则会造成二极管或变压器过电流而损坏。

●要获得负极性的直流脉动电源，只要将4个二极管的极性都对调即可。

应用提示

将脉动直流电中的交流成分滤除掉，这一过程称为滤波。滤波电路通常由电容器C和电感器L等元件组成。滤波电路又简称为滤波器，常用的有电容滤波器、电感滤波器和复式滤波器。

4.2.1电容滤波器电容滤波器是在负载的两端并联一个电容构成的。

4.2

滤波电路

半波整流接滤波电容桥式整流接滤波电容

1．观测电容滤波情况在未接滤波电容C之前，用示波器测得负载RL上的电压波形如图中的虚线所示。当在负载RL的两端并联滤波电容C后，输出波形就如图中的实线所示。显然，加上滤波器后的输出电压脉动程度明显减小了。

半波整流电容滤波的输出波形桥式整流电容滤波的输出波形

2．滤波原理（以半波整流电路为例）（1）在输入电压上升超过电容端电压时，整流二极管V正向导通，向滤波电容C迅速充电(同时向负载供电)，电容C两端电压vc与v2同步上升，并达到v2的峰值。（2）在输入电压下降到低于电容两端电压时，整流二极管V反向截止。电容放电维持了负载RL的电流。由于RL的阻值远大于二极管的正向内阻，所以放电很慢，电容C两端电压VC下降缓慢。

3．电容滤波器的特点（1）在电容滤波电路中，C的容量或RL的阻值越大，滤波电容C放电越慢，输出的直流电压就越大，滤波效果也越好。反之，C的容量或RL的阻值越小，输出电压低且滤波效果差。（2）在采用大容量的滤波电容时，接通电源的瞬间充电电流特别大，因此电容滤波器不适用于负载电流较大的场合。●滤波电容的选用：耐压应大于V2，容量C≥（3~5）T/RL，T为脉动电压的周期，半波整流电路的T为0.02s，桥式整流电路为0.01s。

●电容滤波的输出直流电压可按下述方法进行估算。半波整流电路加电容滤波时，输出直流电压约为V2；而桥式整流电路加电容滤波时，输出直流电压约为1.2V2。负载开路时，输出直流电压均能达到V2。●滤波电容若采用电解电容，正负极性是不允许接反的，否则电容的漏电流会加大，引起温度上升使电容爆裂。

应用提示

4.2.2电感滤波器

1．电路构成电感滤波电路中电感L与负载RL串联，它是利用通过电感的电流不能突变的特性来实现滤波。电感滤波电路电感滤波输出电压波形

2．滤波原理从能量的观点来看，电感是一个储能元件，当电流增加时，电感线圈产生自感电动势阻止电流的增加，同时将一部分电能转化为磁场能量；当电流减小时，电感线圈便释放能量，阻止电流减小。因此通过负载RL的电流脉动成分受到抑制而变得平滑。

3．电路特点一般情况下，电感值L愈大，滤波效果愈好。但电感的体积变大、成本上升，且输出电压会下降，所以滤波电感常取几亨到几十亨。电感滤波主要用于电容滤波难以胜任的大电流负载或负载经常变化的场合，但由于电感体积大、笨重、成本高，在小功率的电子设备中很少使用。

4.2.3复式滤波器复式滤波器是由电感、电容或电阻、电容组合起来的多节滤波器，常见的有LC—π型和RC—π型两类复式滤波器。

LC—π型滤波器RC—π型滤波器应用提示

4.3.1稳压管并联型稳压电路稳压管工作在反向击穿区时，流过稳压管的电流在相当大的范围内变化，其两端的电压基本不变。利用稳压管的这一特性可实现电源的稳压功能。

1．电路组成下图所示的是硅稳压管稳压电路，电路中的稳压管V并联在负载RL两端，所以这是一个并联型稳压电路。稳压电路的输入电压VI来自整流、滤波电路的输出电压，电阻R起限流和分压作用。

稳压管并联型稳压电路

4.3

稳压电路

2．稳压原理当输入电压VI升高或负载RL阻值变大时，造成输出电压VL随之增大。那么稳压管的反向电压Vz也会上升，从而引起稳压管电流Iz的急剧加大，流过限流电阻R的电流IR也加大，导致R上的压降VR上升，从而抵消了输出电压VL的波动，其稳压过程如图所示。

稳压管并联型稳压电路的稳压过程

3．电路特点该稳压电路结构简单，元件少。但输出电压由稳压管的稳压值决定，不能调节且输出电流亦受稳压管的稳定电流的限制，因此输出电流的变化范围较小，只适用于电压固定的小功率负载。且负载电流变化范围不大的场合。4.3.2三极管串联型稳压电路当负载电流较大、且要求稳压特性较好时，一般采用三极管串联型直流稳压电路。1．电路组成三极管串联稳压电路原理图如下图所示，它由取样电路、基准电压、比较放大器及调整元件等环节组成。

三极管串联型稳压电源电路原理图串联型稳压电源框图2．稳压原理

3．输出电压的调节调节RP可以调整输出电压VL的大小，使其在一定的范围内变化。串联稳压电源若故障，检修步骤如下：

●测量整流、滤波电路的输出电压若不正常，应先检查保险熔丝、滤波电容，再检查整流二极管和变压器。

●调整管饱和导通或击穿，会造成输出电压VL过高；调整管截止或断路，造成输出电压VL很低。

●稳压管的稳定电压偏高时，应更换稳压管；如果稳定电压值偏低，一般是稳压管接反或损坏。

●在取样、基准电压正常时，调节RP，观察集电极电位变化是否正常，如果不正常应对管子进行质量检查。应用提示

4.3.4集成稳压器

1．三端固定输出式稳压器（1）引脚功能

三端固定式稳压器分为正电压输出和负电压输出两类，W78××系列是正电压输出的三端固定式稳压器，外形及内部的功能框图见下图。

集成稳压器W78××外形图集成稳压器W78××的功能框图

（2）电路接法

W78××基本应用电路

W79××系列三端稳压器是负电压输出，外形与W78××系列相同，但引脚的排列不同，1脚为公共端、2脚为输出端，3脚为输入端。输出电压值由型号中的后两位表示，如W7912表示输出稳定电压为-12V。固定负电压输出的稳集成压器W79××电路接法见下图。

集成稳压器W79××外形图W79××基本应用电路

申花牌XQB30-1T型全自动洗衣机电脑程序控制器的电源部分电路如下所示。由电源变压器T降压后得到约9V的交流低电压，再经二极管V1~V4桥式整流、C1滤波后，一路输入三端集成稳压器7805。7805输出稳定的+5V直流电压提供给洗衣机的主控制电路。而另一路未经稳压的+12V直流电压提供给继电器等。发光二极管V5作为通电指示器件。

申花牌全自动洗衣机电源电路

应用实例

2．三端可调式集成稳压器（1）引脚功能

三端可调式集成稳压器不仅输出电压可调，且稳压性能优于固定式，被称为第二代三端集成稳压器。三端可调式集成稳压器分为正电压输出和负电压输出两类。

W117××／W217××／W317××系列是正电压输出，1脚为调整端、2脚为输入端，3脚为输出端；

W137××／W237××／W337××系列是负电压输出，1脚为调整端、2脚为输出端，3脚为输入端。

三端可调式集成稳压器引脚（2）电路接法

RP和Rl组成取样电阻分压器，在输入端并联电容C1用于旁路输入高频干扰信号，输出端的电容C3用来消除输出电压的波动，并具有消振作用。电容C2可消除RP上的纹波电压，使取样电压稳定。

（a）正电压输出（b）负电压输出三端可调式稳压器接线图4.3.4开关型稳压电源简介在彩色电视机、计算机等电子设备中广泛采用开关型稳压电源，它具有功耗小、效率高、体积小、重量轻等特点，在中、大功率的稳压供电设备上得到了广泛的应用。1．开关稳压电源结构框图开关稳压电源是由开关调整管、滤波器、比较放大、基准电压、取样和脉宽调制器等环节组成。开关调整管是一个由脉冲控制的电子开关，开关的开通时间ton与开关周期T之比称为脉冲电压vSO的占空比，输出平均电压的大小是与占空比成正比的。

开关电源的结构框图开关稳压电源脉冲电压vSO波形

2．开关稳压电源的原理电路脉宽调制开关稳压电源的原理电路如下图所示，电路主要元件的作用如下：（1）晶体管V1为开关调整管。（2）R和Vz组成基准电压电路，作为调整、比较的标准。（3）可变电阻Rp对输出电压VL取样。（4）滤波器由L、C和续流二极管V3组成。

脉宽调制开关稳压电源3．开关电源稳压原理当输入电压VI或负载RL发生变化时，若引起输出电压VL上升，导致取样电压VB2增加，则比较放大电路输出电压下降，控制脉宽调制器的输出信号vpo的脉宽变窄，开关调整管的导通时间减小，经滤波器滤波后使输出直流电压VL下降。通过上述调整过程，使输出电压VL基本保持不变。开关电源的稳压过程

开关稳压电源是通过调整脉冲的宽度（占空比）来保持输出电压VL的稳定，一般开关稳压电源的开关频率在10～100kHz之间，产生的脉冲频率较高，所需的滤波电容和电感的值就可相对减小，