《电子技术》-第四章直流稳压电源

第一节整流电路

整流电路是利用二极管的单向导电性，将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压，因此二极管是构成整流电路的核心元件。在小功率的直流电源中，整流电路的主要形式有单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。单相桥式整流电路用得最为普遍。一、单相半波整流电路

1.工作原理单相半波整流电路如图4-2所示。电路的工作情况如下:

设整流变压器副边电压为下一页返回第一节整流电路

当u2为正半周时，其极性为上正下负，即a点电位高于b点电位，二极管D因承受正向电压而导通。此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即i0>iD。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即u0=uD，输出电压u0的波形与变压器副边电压u2相同。当u2为负半周时，其极性为上负下正，即a点电位低于b点电位，二极管D因承受反向电压而截止。此时负载无电流流过，输出电压u0=0，变压器副边电压u2全部加在二极管D上。综上所述，在负载电阻RL得到的是如图4-2所示的单向脉动电压。上一页下一页返回第一节整流电路2.参数计算

(1)负载上电压平均值和电流平均值。负载RL上得到的整流电压虽然是单方向的(极性一定)，但其大小是变化的。常用一个周期的平均值来衡量这种单向脉动电压的大小。单相半波整流电压的平均值为流过负载电阻RL的电流平均值为上一页下一页返回第一节整流电路(2)整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压。流经二极管的电流平均值就是流经负载电阻RL的电流平均值，即二极管截止时承受的最高反向电压就是整流变压器副边交流电压u2的最大值，即上一页下一页返回第一节整流电路二、单相桥式整流电路

1.工作原理单相桥式整流电路是由四个整流二极管接成电桥的形式构成的，如图4-3(a)所示。图4-3(b)所示为单相桥式整流电路的一种简便画法。单相桥式整流电路的工作情况如下:

设整流变压器副边电压为

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当u2为正半周时，其极性为上正下负，即a点电位高于b点电位，二极管D1,D3因承受正向电压而导通，D2,D4因承受反向电压而截止。此时电流的路径为a→D1→RL→

D3→b，如图4-4(a)所示。当u2为负半周时，其极性为上负下正，即a点电位低于b点电位，二极管D2,D4因承受正向电压而导通，D1,D3因承受反向电压而截止。此时电流的路径为a→D2→RL→

D4→b，如图4-4(b)所示。单相桥式整流电路的波形如图4-5所示。上一页下一页返回第一节整流电路2.参数计算(1)负载上电压平均值和电流平均值。其中:单相全波整流电压的平均值为流过负载电阻RL的电流平均值为上一页下一页返回第一节整流电路(2)整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压。因为桥式整流电路中，每两个二极管串联导通半个周期，所以流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即每个二极管在截止时承受的最高反向电压为U2的最大值，即上一页下一页返回第一节整流电路(3)整流变压器副边电压有效值和电流有效值。其中:整流变压器副边电压有效值为整流变压器副边电流有效值为上一页下一页返回第一节整流电路三、可控整流电路晶闸管又称可控硅，是一种大功率半导体可控元件。它主要用于整流、逆变、调压、开关四个方面，应用最多的是晶闸管整流。它具有输出电压可调等特点。晶闸管的种类很多，有普通单向和双向晶闸管、可关断晶闸管、光控晶闸管等。下面主要介绍普通晶闸管的工作原理、特性参数及简单的应用电路。1.晶闸管的基本结构、性能及参数(1)晶闸管的基本结构晶闸管的基本结构是由P1一N1一P2一N2三个PN结四层半导体构成的。其中P1层引出电极A为阳极;N2层引出电极K为阴极;P2层引出电极G为控制极，其外形及符号如图4-7所示。上一页下一页返回第一节整流电路(2)晶闸管的工作原理可以把晶闸管的内部结构看成由PNP和NPN型两个晶体管连接而成，如图4-8所示。晶闸管是一个可控制的单向开关元件，它的导通条件为:①阳极到阴极之间加上阳极比阴极高的正偏电压;②晶闸管控制极要加门极比阴极电位高的触发电压。而关断条件为晶闸管阳极接电源负极，阴极接电源正极，或使晶闸管中电流减小到维持电流以下。上一页下一页返回第一节整流电路(3)晶闸管特性晶闸管的基本特性常用伏安特性表示，如图4-10所示为IG=

0时的伏安特性曲线在伏安特性曲线上，除BA转折段外，很像二极管的伏安特性，因此晶闸管相当于导通时可控的一种二极管。在很大的正向和反向电压作用下，晶闸管都会损坏。通常是在晶闸管接通合适的正向电压下将正向触发电压加在控制极上，使晶闸管导通，其特性曲线如图4-11所示。由图4-11可知，控制极电流IG越大，正向转折电压越低，晶闸管越容易导通。上一页下一页返回第一节整流电路(4)主要参数①正向重复峰值电压UFRM是在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，通常规定该电压比正向转折电压小100V左右②反向重复峰值电压URRM是在控制极开路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向重复峰值电压，一般情况下URRM=UFRM

③额定正向平均电流IF是在规定环境温度和标准散热及全导通条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。上一页下一页返回第一节整流电路④维持电流IH是在规定环境温度和控制极开路时，维持元件继续导通的最小电流。⑤触发电压UG与触发电流IG是在规定环境温度下加一正向电压，使晶闸管从阻断转变为导通时所需的最小控制极电压和电流。

2.可控整流电路

(1)单相半波可控整流电路如图4-12所示是由晶闸管组成的半波可控整流电路，其中负载电阻为RL，工作情况如图4-13所示。

(2)单相半控桥式整流电路单相半波可控整流电路，虽然具有电路简单，使用元件少等优点，但输出电压脉动性大，电流小。单相半控桥式整流电路如图4-14所示。上一页返回第二节滤波电路一、电容滤波电路最简单的电容滤波电路是在整流电路的直流输出侧与负载电阻RL并联一电容器G，利用电容器的充放电作用，使输出电压趋于平滑。

图4-16所示为单相桥式整流电容滤波电路。此时整流二极管工作在非线性区域，分析时要从二极管单向导电特性出发，特别注意电容两端电压对二极管工作特性的影响。

图4-17所示为桥式整流电容滤波电路工作波形。

图4-18所示为电容滤波电路的外特性。下一页返回第二节滤波电路由上述分析可知，采用电容滤波后:(1)负载直流平均电压升高，脉动程度大大降低(2)负载电压平均值有所提高，工程估算时按下式取值:

通常按下式确定滤波电容:(3)二极管导通时间减小，导通角θ总是小于π(4)外特性变差上一页下一页返回第二节滤波电路二、电感滤波电路电感滤波电路如图4-19所示，即在整流电路与负载电阻RL之间串联一个电感器L。由于在电流变化时电感线圈中将产生自感电动势来阻止电流的变化，使电流脉动趋于平缓，起到滤波作用。三、复式滤波电路复式滤波电路是用电容器、电感器和电阻器组成的滤波器，通常有LC型、LC一π型、RC一π型几种。它的滤波效果比单一使用电容或电感滤波要好得多，其应用较为广泛。

图4-20所示是LC型滤波电路。

图4-21所示是LC一π型滤波电路。

图4-22所示是RC一π型滤波电路。上一页返回第三节直流稳压电路一、串联型稳压电路硅稳压管稳压电路虽然很简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，负载电流不能太大。输出电压不可调且稳定性也不够理想。若要获得稳定性高且连续可调的输出直流电压，则可采用由三极管或集成运算放大器所组成的串联型直流稳压电路串联型直流稳压电路的基本原理图如图4-24所示。整个电路由四部分组成。下一页返回第三节直流稳压电路

电路的工作原理如下:当输入电压Ui或输出电流Io变化引起输出电压UO增加时，取样电压Uf相应增大，使T2管的基极电流IB2和集电极电流IC2随之增加，T2管的集电极电位级UC2下降，因此T1管的基极电流IB1下降，IC1下降，UCE1增加，UO下降，从而使UO保持基本稳定。二、集成稳压器由分立元件组成的直流稳压电路，需要外接不少元件，因而体积大，使用不便。集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。

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集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是三端式串联型集成稳压器。三端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端三个接线端子。

图4-26所示为其外形图,图4-27所示为它们的电路符号三端集成稳压器的内部原理框图如图4-28所示。可见它也是采用了串联式稳压电源的电路，并增加了启动电路和保护电路，使用时更加可靠。为了使集成稳压器长期正常地工作，应保证其良好的散热条件，金属壳封装的一般输出电流比较大，使用时要加上足够面积的散片。

表4-2列出了CW7800系列三端集成稳压器的部分主要参数上一页下一页返回第三节直流稳压电路三端集成稳压器的应用:1.基本稳压电路三端集成稳压器的基本稳压电路如图4-29所示，使用时根据输出电压和输出电流来选择稳压器的符号。

2.可同时输出正负电压的电路用两个三端集成稳压器按图4-30连接电路，若选用输出电压大小相同、极性相反的三端集成稳压器，则可同时输出正负对称的电源。这种对称电源在很多电路中要用到。

3.扩大输出电流的电路当负载所需电流大于稳压器的最大输出电流时，可外接功率管来扩展输出电流，如图4-31所示。上一页下一页返回第三节直流稳压电路三、三端可调集成稳压器三端可调集成稳压器的典型应用电路如图4-32所示。当输入电压Ui;在2V~24V范围内变化时，电路都能正常工作，输出端2与调整端1之间提供1.25V基准电压UREF，基准电源的工作电流IREF很小，约为50μA，所以直流稳压电源的输出电压UO为上一页下一页返回第三节直流稳压电路即由此可见，调节Rp(即改变了R2值)就