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第五章 直流稳压电源 5.1 整流电路5.2 滤波电路5.3 线性直流稳压电源学习要点u单相桥式整流电路的分析u滤波电路的分析u稳压电路的分析 直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路四部分组成，其结构框图和各部分相关的波形如图所示。直流稳压电源结构框图直流稳压电源结构框图 5.1 单相整流电路5.1.1 单相半波整流电路5.1.2 单相全波整流电路5.1.3 单相桥式整流电路5.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路1工作原理 这种整流电路利用二极管的单向导电性，只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载，所以称为半波整流电路，在负载上得到的是大小波动、方向不变的脉动直流电压和电流。单相半波整流电路半波整流电路如图（a）所示，由电源变压器Tr、整流二极管D、负载RL构成。各部分电压、电流波形如图（b）所示。2特点（1）负载上输出的平均电压和电流 负载上输出的直流电压是整流电路输出电压的瞬时值在一个周期内的平均值，因此在负载上得到的输出平均电压为：流过负载的平均电流为：（2）整流二极管的电压和电流 由于二极管D与负载RL串联，所以流过二极管的电流 就是负载电流 ，因此流过二极管的平均电流为：在选用整流二极管时，要注意二极管的两个参数：最大整流电流最大整流电流 反向工作峰值电压反向工作峰值电压 5.1.2 单相全波整流电路单相全波整流电路1工作原理 全波整流电路由具有中心抽头的变压器Tr、两只二极管D1、D2和负载RL构成。全波整流电路实际上相当于两个半波整流电路的组合，把正弦交流电的正、负半波都利用起来，从而在一个周期内负载上都有电压输出。单相全波整流电路 在正弦交流电的一个周期内，由于D1、D2的轮流导通，在负载上总是存在一个方向相同的脉动电压，全波整流电路的波形如图所示。波形图 2特点（1）负载上输出的平均电压和电流 由于在交流电的一个周期内正、负半周均导电，在负载上得到的输出平均电压为:流过负载的平均电流为：（2）整流二极管的电压和电流 二极管D1、D2轮流导通，当其中一个导通时，另一个二极管截止，因此，二极管两端承受的最大反向电压为：由于两只二极管轮流导通，所以流过每只二极管的平均电流为负载电流的一半，即 5.1.3 单相桥式整流电路单相桥式整流电路1工作原理工作原理 桥式整流电路桥式整流电路中变压器仍然象半中变压器仍然象半波整流电路一样使波整流电路一样使用只有一个副边绕用只有一个副边绕组的变压器，而整组的变压器，而整流部分则采用四只流部分则采用四只二极管接成电桥的二极管接成电桥的形式，达到全波整形式，达到全波整流的目的。流的目的。单相桥式整流电路D1、D3承受正向电压导通D2、D4承受反向电压截止。D1、D3承受反向电压截止D2、D4承受正向电压导通。简化电路波形图2特点（1）负载上输出的平均电压和电流 在一个周期内正、负半周均导电，在负载上得到的输出平均电压为：流过负载的平均电流为（2）整流二极管的电压和电流 四只整流二极管两两交替导通，因此每只二极管两端承受的最大反向电压为：每只二极管都只有半个周期导电，因此流过每只二极管的平均电流为负载电流的一半，即（1）若整流二极管D1脱焊，则此支路开路，只能通过D2、D4导通时构成回路，电路变成半波整流。例5.1：已知单相桥式整流电路中负载电阻RL=40，负载电压Uo=110V。（1）若整流二极管D1脱焊，电路会出现什么问题？（2）型号为2CZ56G的硅整流二极管最大整流电流为3A，最大反向工作电压为500V，请问是否可选用此型号的整流二极管？解：（2）变压器副边电压有效值为：（2）型号为2CZ56G的硅整流二极管最大整流电流为3A，最大反向工作电压为500V，请问是否可选用此型号的整流二极管？解：二极管承受的最大反向电压为：二极管上流过的电流为：可以选用此型号的二极管作为电路的整流二极管。500V3A三种整流电路的性能比较5.2 滤波电路滤波电路5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路5.2.2 其他滤波电路其他滤波电路5.2.1 5.2.1 电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路电容滤波电路1工作原理 电容滤波电路利用了电容“通交流阻直流”的特点，将电容C与负载并联后，整流后的脉动直流电中大部分交流成分就会从电容上通过，而只有直流成分和少量交流成分从负载上经过，从而使得负载上的电压、电流变得平滑。电容滤波电路如图所示。桥式整流电容滤波电路 整流电路采用桥式整流，如果在电路中没有接电容C，根据前面的分析，在 正半周时二极管D1、D3承受正向电压导通，在 负半周时二极管D2、D4承受正向电压导通，输出电压 波形如下图所示。图电容滤波时的波形2电容滤波的特点（1）电容滤波电路使得整流后输出电压中的脉动成分大大减少，并且电压较高。为了得到比较好的滤波效果，实际电路中可以根据下面的经验公式来选取时间常数：（2）当C一定，负载增大（即RL减小）时，负载电流IO增加，电容的放电速度加快，UO下降，一般把输出电压UO与输出电流IO的变化关系曲线称为电路的外特性，如图所示。桥式整流电容滤波电路的外特性曲线（3）在未加入电容滤波时，整流二极管在交流电源的正半周或负半周导通，一般这种情况称二极管的导通角为。加入电容滤波后，二极管的导通角小于，而且电容充电速度越快，二极管导通角越小，由于电容上的电压不能突变，会产生很大的冲击电流，从而会影响二极管的使用寿命，所以在选择整流二极管时最好使最大整流电流留有23倍的余量。例5.2：单相桥式整流电容滤波电路，已知交流电源频率f=50Hz，负载电阻RL=60，要求直流输出电压UO=30V，试选择整流二极管和滤波电容的规格。解：（1）选择整流二极管流过二极管的电流变压器副边电压有效值为：二极管承受的最大反向电压为：可以选用二极管1N4001作为整流二极管。其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为50V。解：（2）选择滤波电容根据取下限值有耐压值应大于电容可选择标称值为680F/50V的电解电容5.2.2 其他滤波电路其他滤波电路1电感滤波电路 利用电感“通直流阻交流”的特点，将电感L与负载串联，整流后的脉动直流电中直流成分经过电感后几乎没有损失，送到负载上，而交流成分经过分压后大部分落在电感上，从而使得负载上的电压、电流变得平滑。电感滤波电路特点（1）若忽略电感线圈内阻，则电感滤波电路输出电压的平均值近似等于整流输出电压：（2）电感L与负载RL串联组成分压电路，L越大或RL越小，输出电压和电流的脉动越小，滤波效果越好。（3）由于电感上感生电动势总是阻止回路中电流的变化，延长了二极管在一个周期内的导通时间，增大了二极管的导通角。2电感电容滤波电路 如果电路对电源的平滑度要求比较高，仅使用电容滤波和电感滤波电路就不能满足要求，这时候可采用多个元件组成复式滤波电路。如图所示为电感L和电容C共同构成的LC滤波电路。LC滤波电路滤波电路LC滤波电路适用于对平滑程度要求较高的场合 型LC滤波电路2型滤波电路滤波效果比LC滤波电路更好，输出电压的脉动更小，波形更加平滑。适用于输出电流大，平滑度要求更高的场合。整流二极管的冲击电流较大，电压稳定性较差。型RC滤波电路型RC滤波电路适用于小电流的场合。R过大，落在R上的直流压降也较大，会使输出电压下降。整流二极管的冲击电流也较大。几种滤波电路的性能比较类 型UO整流管的冲击电流适用场合电容滤波1.2 U2大小电流电感滤波0.9 U2小大电流LC滤波0.9 U2小大、小电流型LC滤波1.2 U2大小电流型RC滤波1.2 U2大小电流5.3 线性直流稳压电源线性直流稳压电源5.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路5.3.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路5.3.3 三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用5.3.1 5.3.1 稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压管稳压电路稳压管稳压电路 如图所示为硅稳压二极管稳压电路，是由稳压二极管DZ和限流电阻R构成的最简单的稳压电路。只要稳压管两端电压稳定，输出电压UO也是稳定的。1工作原理（1）负载电流不变，电源电压变化 当输入电压UI增大时,整个稳压过程如下：硅稳压二极管稳压电路（2）电源电压不变，负载电流变化由于 当负载电流IO增大时,稳压过程如下 硅稳压二极管稳压电路2限流电阻和稳压二极管的选择（1）限流电阻R的选择稳压管的电流 而电流应满足整理得：（2）稳压二极管的选择稳压二极管可按下式选择：5.3.2 5.3.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 串联型稳压电路一般由基准电压、比较放大、调整电路和取样电路四部分构成。串联型稳压电路框图1基本调整管稳压电路 如图所示为基本调整管稳压电路，加入一个三极管T，经发射极驱动负载。基本调整管稳压电路2带有放大环节的典型串联反馈式稳压电路（1）电路组成 在基本调整管稳压电路的基础上经过改进就构成如图所示的串联反馈式稳压电路，它包括基准电压、比较放大、调整电路和取样电路四部分。串联反馈式稳压电路（2）工作原理当输入电压UI增加时 当输入电压UI减小时（3）输出电压的调节范围 此电路是一个由运算放大器、调整管组成的同相比例运算电路，因此，输出电压为：输出电压最小：输出电压最大：5.3.3 5.3.3 三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用三端集成稳压器及其应用1三端固定输出稳压器（1）三端固定输出稳压器型号及外形封装 三端固定集成稳压器的输出电压是固定的常用的是CW78、CW79系列，常用三端固定集成稳压器其外形及封装如图（a）所示。CW78、CW79系列三端固定集成稳压器的电路符号如图（b）所示。常用三端固定集成稳压器封装及电路符号（2）三端固定输出稳压器的应用典型应用电路 三端固定输出稳压器的典型接法正负对称输出稳压电路 正负对称输出稳压电路扩大输出电流 扩大输出电流的稳压电路提高输出电压 提高输出电压的稳压电路2三端可调输出稳压器（1）三端可调输出稳压器型号及外形封装 三端可调输出稳压器有正电压输出CW117（CW217、CW317）系列和负电压输出CW137（CW237、CW337）系列两种类型，常用三端可调集成稳压器其外形及封装如图（a）所示。CW317、CW337系列三端可调集成稳压器的电路符号如图（b）所示。常用三端可调集成稳压器封装及电路符号（2）三端可调输出稳压器的应用 可调输出稳压电路3集成三端稳压器使用注意事项（1）功耗较大时需要加散热器。（2）输入输出端电容要使用高频性能好的无极性电容器，应尽量靠近集成块引脚。（3）应保持输入输出之间的最小电压大于2V。本章小结本章小结 1.直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路四部分组成。2整流电路的任务是将交流电转变为单方向的脉动直流电压，主要利用了二极管的单向导电性，本章主要介绍了单相半波整流、全波整流、桥式整流三种常用的小功率单相整流电路。3滤波电路将整流输出的脉动电压中的交流成分尽可能滤掉，并且提高输出的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压，一般利用电容、电感这样的电抗元件对交、直流阻抗的不同来实现滤波。4为了使输出的直流电压保持稳定，在整流、滤波后还需要再经过稳压电路，常用的稳压电路主要有硅稳压管稳压电路、串联型稳压电路、开关稳压电路等。5集成稳压电路体积小、可靠性高，使用起来灵活简便，常用的三端集成稳压器主要有固定输出、可调输出两大类型。