《模拟电子技术》课件第8章 2

通常，在电子系统(例如电视接收机、CD机、组合音响等)中都要求使用稳定的直流电源，而获得直流电源的方法有很多，例如干电池、蓄电池等，但是比较经济实用的方法是把我们日常生活中使用的220V交流电源转换为直流电源，这种转换设备称为直流稳压电源。其组成方框图如图8.1所示。

图8.1直流稳压电源组成方框图

8.1整流、滤波电路

8.1.1整流电路

整流电路主要是利用二极管的单向导电性，将正负交替的正弦交流电转换为单向的脉动直流电的电路。

在小功率的直流稳压电源中，常采用的整流电路有单相半波整流、单相全波整流以及单相桥式整流。其中单相桥式整流电路应用最为普遍。

1.单相半波整流电路

1)电路组成

单相半波整流电路如图8.2所示，二极管是电路的核心元件。

2)工作原理

交流电压在正半周时，二极管导通(忽略二极管正向导通电阻)，uo=u2；交流电压在负半周时，二极管截止，uo=0。图8.2单相半波整流电路(a)电路图；(b)实物接线图；(c)整流波形单相半波整流电路的输出电压平均值为UO(AV)，

UO(AV)=0.45U2

(8.1)

其中，输出电压平均值UO(AV)定义为整流输出电压在一个周期内的平均值。

由于这种电路只有在交流电压正半周时二极管导通，才有电流流过负载，所以称它为单相半波整流电路。

3)电路的优、缺点

优点：电路结构简单，使用的元器件少。

缺点：电源利用率低，只利用了电源的半个周期。

2.单相桥式整流电路

1)电路组成

单相桥式整流电路用四个二极管接成桥式，两个一组轮流导通，而且它只用一个无中心抽头的次级绕组来实现全波整流的目的，其电路如图8.3(a)所示。图8.3单相桥式整流电路(a)习惯画法一；(b)正半周等效电路；(c)负半周等效电路(d)输出脉动电压波形；(e)习惯画法二；(f)简化画法

2)工作原理

u2为正半周时，变压器次级线圈的电压极性为A正B负，VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，等效电路如图8.3(b)所示，有脉动电流流过负载RL；u2为负半周时，变压器次级线圈的电压极性为A负B正，VD1

、VD3截止，VD2、VD4导通，等效电路如图8.3(c)所示，有脉动电流流过负载RL。输出脉动电压波形如图8.3(d)所示。

除了图8.3(a)所示画法外，桥式整流电路还有图8.3(e)、(f)两种画法。

单相桥式整流电路的输出电压平均值为UO(AV)，

UO(AV)=0.9U2

(8.2)

3)整流二极管的参数

在桥式整流电路中，四个二极管VD1、VD2、VD3、VD4在交流电变化的一周内轮流导通，每个二极管上的电流为流过负载电流的一半，即

(8.3)

每个二极管在截止时承受的反向峰值电压为

(8.4)

例6.1已知图8.3(a)所示桥式整流电路中，负载电阻RL=100Ω，变压器次级线圈电压u2=50V，则负载上电压uo是多少？应该选什么型号的硅整流二极管？

解负载上的电压为

uo=uo(AV)=0.9

u2=0.9×50=45V

加在二极管上的反向峰值电压为

流过二极管的平均电流为

查手册可知，2CZ53C二极管可满足要求。

4)整流桥堆

桥式整流电路中的四个二极管的极性是绝对不能接错的，为了使用方便，生产厂家将整流二极管集成在一起，使用绝缘瓷、环氧树脂等外壳封装，构成一个整流桥堆，常用的整流桥堆分为半桥堆和全桥堆。全桥堆的实物图、内部结构图及实物接线如图8.4所示。

使用时标有“+”、“-”的管脚接负载，未标或标有“～”的管脚接变压器次级。

图8.4全桥堆实物图、内部结构图及实物接线图

(a)实物图；(b)内部结构图；(c)实物接线图8.1.2滤波电路

经过整流电路输出的直流电压脉动较大，只适用于对直流电压要求不高的场合，如电解、电镀等，而对于有些设备，如电子仪器、自动控制设备，要求直流电压非常稳定，所以为了得到较平滑的直流电压，我们采用滤波电路。滤波电路(也称为滤波器)就是将脉动的直流电压中的交流成分滤除掉，得到平滑的直流电压的电路。电源滤波电路常采用无源器件电容和电感组成。

1.电容滤波器

1)电路组成

图8.5所示为桥式整流电容滤波电路。

图8.5桥式整流电容滤波电路

(a)电路图；(b)波形图

2)工作原理

当u2由0逐渐增大到最大值时，二极管VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，向电容C充电，由于充电电路电阻小，充电速度很快，uC与u2保持同步。当u2到达正向最大峰值时，uo(uC=uo)也到最大值，之后u2开始下降，uC>u2，VD1、VD2、VD3、VD4全部截止，电容通过负载放电，放电过程比较慢，u2减小。当电压进入负半周时，|u2|<uC，四个二极管仍然截止，C继续放电，uo下降。随着时间的推移，|u2|增大，当|u2|>uC后，VD2、VD4

导通，VD1、VD3截止，电容再次充电，uo增大。当|u2|到达最大值时，uo也到达最大值，接下来|u2|减小。当|u2|<uC

时，四个二极管又全部截止，电容C再次放电，直到u2第二个周期正向的值大于uC时，电容开始重复第一个周期充放电过程。如此重复，负载上的电压波形如图8.5(b)所示。

2．其他形式的滤波电路

除了上述电容滤波外，还有一些由电感、电容和电阻组合起来的滤波电路，如图8.6所示。

五种形式滤波器性能比较见表8-1。图8.6几种滤波电路

(a)电感滤波;(b)倒L型滤波;(c)Π型LC滤波表8-1五种滤波器性能比较

续表

复习与讨论

8.1-1直流稳压电源由哪几部分组成？

8.1-2桥式整流电路中四个整流二极管是如何工作的？

8.1-3整流电路接入电容滤波后，为什么会使输出直流电压升高？滤波电容对整流二极管的导电时间有何影响？

本节内容对应本章练习题中的8.1(1)、(2)。8.2串联型稳压电路

1.电路组成

在要求稳压性能较好且负载上电流较大时，常采用三极管串联型稳压电路。其电路组成如图8.7所示。它由调整管、比较放大电路、基准电压和取样电路组成。调整管V1与负载串联，是该电路的稳压元件，所以称为串联型稳压电路。

图８.7串联型稳压电路

(a)电路原理图；(b)实物接线图

2.工作原理

(1)负载RL不变，稳压过程如下：

当输入电压增大时，稳压过程与上述过程相反。

(2)输入电压UI不变，稳压过程如下：

当负载减小时，稳压过程相反。

3.输出电压UO

如图8.7所示，在稳压电路中有一个电位器串接在R3、R4之间，可以通过RP调节输出电压UO的大小。设RP′为电位器滑动触点下半部分电阻，则输出电压可表示为

式中：UZ为稳压管的稳压值；UBE2为V2的发射结电压。

例8.2在如图８.7所示的稳压电路中，已知R3=560Ω,RP=680Ω，R4=1000Ω，UBE2=7V，UZ=0.6V，求输出电压调节范围。

解由式(８.5)可知,当电位器滑动触点滑到最上端，即RP′=RP时当电位器滑动触点滑到最下端，即RP′=0时，

复习与讨论

8.2-1串联型稳压电路由哪几部分组成？

8.2-2简述串联型稳压电路的稳压过程。

8.2-3稳压管V3的稳压值对输出电压UO有什么影响？如果设V3开路或短路，输出电压UO有什么变化？

本节内容对应本章练习题中的8.2(1)、8.4。8.3集成三端稳压器

前述串联型稳压电路采用的稳压措施使用了分立元件，缺点是组装麻烦、体积大、可靠性也不高，所以现在广泛采用体积小、可靠性高、调整方便、价格低廉的集成稳压器。使用时可根据要求，参阅有关资料正确选用。集成稳压器种类繁多，按照输出电压是否可调，分为固定式和可调式两种；按照引出端子的个数，可分为三端和多端稳压器。

1.三端固定式集成稳压器

常见的三端固定式集成稳压器的外形及管脚排列如图8.8所示。

三端固定式稳压器分为CW78系列和CW79系列，两种系列在电路中的接法如图8.9所示。图8.8三端固定式集成稳压器外形及管脚排列图8.9

78系列、79系列在电路中的连接图(a)CW78XX连接图；(b)CW79XX连接图

2.三端可调式集成稳压器

三端可调式集成稳压器不仅输出电压可调，而且稳压性能比固定式好，它分为正电压输出和负电压输出两类。三端可调式集成稳压器有CWX17系列和CWX37系列，应用时，在电路中的接法如图8.10所示。

图8.10

CW317系列、CW337系列在电路中的连接图

(a)CW317连接图；(b)CW337连接图为了使图8.10中的电路正常工作，调整端的输出电流非常小且恒定，故可将其忽略，那么输出电压可以用下式表示：

(8.5)

式中：1.25V为集成稳压器输出端与调整端之间的固定参考电压；调整RP可以改变输出电压的大小。在正常工作下，一般输出电流不小于5mA,输入电压范围在2～40V之间，输出电压可在1.25～37V之间调整，负载电流可达1.5A。知识窗

三端固定式和三端可调式集成稳压器的型号

下面给出三端固定式和三端可调式集成稳压器的型号，如图8.11所示。图8.11三端固定式和三端可调式集成稳压器的型号复习与讨论

8.3-1试述CW78XX型号的组成意义。

本节内容对应本章练习题中的8.1(3)、(4)，8.2(2)。

8.4开关型稳压电路

在串联型稳压电路中，调整管工作在线性放大区，使得调整管管耗比较大(调整管压降较大，且电流较大)，需要加较大体积的散热片，从而增大了电源设备的体积和重量，而且降低了电源效率。为了克服这些问题，可以使调整管工作在饱和区和截止区，即工作在开关状态，称为开关型稳压电路，这样管耗变得很小，也提高了电源效率，目前被广泛应用于计算机、电视机等电子设备中。

开关型稳压电路组成及框图如图８.12所示。图8.12开关型稳压电路(a)开关型稳压电路的组成；(b)方框图

1.滤波储能电路工作过程

当V导通时，由于电感L的存在，流过V的电流线性增加，给负载RL供电，同时电感L储能，VD截止。

当V截止时，电感L中的电流不能突变，VD导通，将能量提供给负载，负载有电流流过，电容起滤波作用，当电感L中的电流增加或减少时，电容储存过剩的电荷或补充负载中缺少的电荷，从而减少输出电压UO的纹波。

2.电路的稳压原理

A1为电压比较器，当UA>UT时，比较器输出电压UB为高电平；当UA<UT时，比较器输出电压UB为低电平。UA、UB、UT的波形如图8.13所示。图8.13

UA、UB、UT的波形如果忽略滤波器电感的直流压降、开关调整管的饱和压降以及二极管的导通压降，输出电压的平均值为

UO≈BUI

(8.6)

式中，D=ton/T为脉冲波形的占空比。电路的稳压过程如图8.14所示。

输出电压减小时，与上述情况相反。图8.14稳压过程复习与讨论

8.4-1开关型稳压电路如图８.12所示，试分析当输出电压减小时电路的稳压过程。

本节内容对应本章练习题中的８.1(5)。本章小结

直流稳压电源一般由变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，为各种精密电子仪器、仪表及家用电器提供电源。在本章中我们主要学习了四个部分的工作情况。

1.整流、滤波电路

整流、滤波电路的组成及工作原理，通过整流和滤波，可以将变压器初级线圈得到的交流电压转换为较平滑的直流电压。整流广泛采用桥式整流电路。

2.串联型稳压电路

滤波后，虽然电压波动很小，但对于电源要求比较高的设备，还要进一步稳压，常采用的是串联型稳压电路。

3.集成三端稳压器

为了方便地提高稳压的可靠性，集成三端稳压器现在得到了广泛的应用。三端稳压器分为固定式和可调式，从输出电压的正负可分为正电压输出稳压器和负电压输出稳压器。

4.开关型稳压电路

开关型稳