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第四章 直流稳压电源


第四章
第一节 第二节 第三节

直流稳压电源
整流电路 滤波电路 分立元件稳压电路

第四节

集成稳压电路
习题 目录

整流--将交流电 压变换为单向脉 动的直流电 交流 电源

变压器

整流 电路

负载

稳压 电路

滤波 电路
滤波--将脉动 电压中的交流 分量滤除

稳压—使传输 的直流电压稳 定、平滑

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第一节

整流电路

单相半波整流电路 单相桥式整流电路 三相桥式整流电路
返回

一、单相半波整流电路
1. 电路分析 正半周(0~π) a (+) b (-) VD导通 uo= u2 负半周(π~2π) a (-) b (+) VD截止 uo= 0

a
u2 b
ωt π 2π 3π
VD



u1 u2

RL

uo

uo
ωt π 2π 3π
返回

2. 参数计算 单相半波整流电压平均值
Uo ?
?

1 2π
2 π

?

π 0

2 U 2 sin ? t d ( ? t )

U 2 ? 0 .4 5 U 2

RL中电流平均值
Io ? U
o

? 0 .4 5

U2 RL

3. 元件选择

RL

二极管最高反相电压 U 二极管电流平均值
I
D

DRM

?U

M

?

2U 2
返回

? IO

二、单相桥式全波整流电路
1. 电路分析
正半周(0~π) a(+) b(-) 电流方向
a ? VD1 ? R L ? VD 3 ? b

a
VD4

VD1



u1 b

u2
VD3 VD2

uo
RL

u2
π 2π ωt 3π ωt 3π
返回

负半周(π~2π) a(-) b(+) 电流方向
b ? VD 2 ? R L ? VD 4 ? a

uo
π 2π

2. 参数计算 桥式整流电路电压平均值
U
o

? 2 ? 0 .4 5 U 2 ? 0 .9 U 2
U U2 RL

RL中电流平均值
Io ?
o

? 0 .9

RL

3. 元件选择 二极管最高反相电压 U
DRM

?U

M

?

2U 2
U2 RL
返回

二极管电流平均值 I V D ?

1 2

I o ? 0 .4 5

0

例1、桥式整流电路如图,画出uo、io、uD 波形。 u2 uD a VD io VD
π 2π 3π

·

1

2

uo
0

~ u1
b

u2
VD3

·
VD4

RL

uo

io
0

π
π π





uD
0

2π 2π

3π 3π

若VD1 的正负极反接,则 若VD1 开路,则 正半周电路截止, 电路变为半波整流电路 负半周电源短路。 ——————————— ———————————
返回

例2、桥式整流电路如图, 若VD3管烧断, 输出 C 电压波形为_________ VD2 V D1 u2 u1 u2 uo ~
VD4 VD3

RL

uO A. uO C. D. B.

uO

uO
返回

例3、桥式整流电路的变压器副边电压为20V,每 B 个整流二极管所承受的最大反向电压为____ A. 20V B. 28.28V C. 40V D. 56.56V

例4、测量桥式整流电路的输出电压为9V,此 时发现有一只二极管已经断开,其变压器二次 C 电压为 ____ A. 10V B. 15V C. 20V D. 25V
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三、三相桥式整流电路
1. 电路分析
u2a
u2b u2c

共阴极组
VD1 VD3 VD5

io a
b
C
VD2 VD4 VD6

RL

uo

三相变压器二次绕组 接成星形联结

共阳极组

返回

u

ua ub uC
?

u2a u2b
?t

VD1

VD3 VD5

a b c
VD2 VD4 VD6

io RL uo

0

2?

u2c

uo

0~t12 t1 ~t3 2 Vc > Va > Vb a > Vc > Vb b c
t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8

0

?t

电流方向
a ? VD 5 ? R L ? VD 4 ? b c c 1 6

uca uab ubc

uo= uab cb ac

返回

2. 参数计算 整流电压平均值 Uo
Uo ?

? π

3

π

2 π 6

2 U a b sin ( ? t ? 3 0 ? )d ( ? t ) ? 2 .3 4 U 2

整流电流平均值 Io
Io ? Uo RL ? 2 .3 4 U2 RL

3. 元件选择

二极管最高反相电压 U D R M ? 二极管电流平均值 I V D ?
1 3

3?

2 U 2 = 2.45 U 2
U2 RL
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I o = 0 .7 8

第二节

滤波电路

电容滤波电路 电感滤波电路

π形滤波电路
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一、电容滤波电路
1. 滤波原理 滤波电路是利用储能元件(与负载并联电容 或与负载串联电感)滤掉整流所得的单向脉动电 压的交流分量,保留直流分量,使输出电压脉 动减小。 电容两端电压不能跃变,在整流电路中加 入电容,由于电容不断的充放电,使输出电压 的脉动减小。
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a



u1 b u2

u2

VD

C

RL

uo


u2

u1

u2
C

uo
RL

O

π





O

π





uo
O

uo
π 2π 3π
O

π




返回

2. 工程估算 空载时,(RL=∞)
带电阻负载时, 半波整流电容滤波电路 Uo≈U2
U
o

?

2U

2

桥式整流电容滤波电路
一般要求

Uo≈1.2U2
T 2
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RLC ? (3 ~ 5 )

3. 电容滤波的特点 流过二极管的瞬时电流很大 带有滤波电容时的整流电路中的二极管因 导通时间短,必然会产生电流冲击,易使管子 损坏。 尤其在刚合上交流电源瞬间,因电容两端 电压不能突变,瞬间的冲击电流更大。 选管时一般取: IVD =2 ID
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最高反向工作电压
半波整流电路 负载开路时二极管的最高反向工作电压
U D R M ? 2 2U 2

单相桥式整流电路 二极管的最高反向工作电压
U DRM ? 2U 2
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Uo与RLC 有关 RLC 越大 ,Uo 越大,波形越平滑。 当负载RL 开路时, U o ?
2U
2

返回

例、 桥式整流滤波电路测出RL两端电压为30V, 求负载断路时的输出电压;电容断路时的输出电 压。一只二极管断开时的输出电压。一只二极管 和电容断开时的输出电压。 解: 加载时 负载断路时 Uo≈1.2U2=30V U2=30/1.2V = 25V U o ? 2 U 2 = 35.35V

电容断路 (无滤波) Uo=0.9U2 =22.5V 一只二极管断路 (半 Uo=U2 =25V 波整流滤波) 一只二极管、电容 Uo=0.45U2=11.25V 断路 (半波整流)

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二、电感滤波电路
L

1. 滤波原理 ~
u2 RL uo

电感对变化的电流有阻碍作用,使负载 电流和电压的脉动减小。 对直流成分, XL=0 ,L相当于短路,电压 大部分降在RL上。对谐波成分, f 越高,XL 越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上 得到比较平滑的电压。
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uo ωt

0

π





2. 工程估算 电感滤波电路的输出电压平均值约为 Uo≈0.9U2 电感L越大,滤波效果越好。
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三、π形滤波电路
? 形 LC 滤波器 ? 形LC滤波器能 够进一步提高整流输 出电压的平滑性。
L

~

+

+
RL

C1 C2

uo

? 形 RC 滤波器 R 愈大,C2愈大, ~ 滤波效果愈好。但R 大将使直流压降增加。
+

R

C1 C2

+

RL

uo

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第三节

分立元件稳压电路

稳压管稳压电路 串联型晶体管稳压电路

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一、稳压管稳压电路
IR Io UZ Uo RL



u1

u2
C

R IZ UZ

i u

a b c

稳压管稳压是利用它的反向击穿特性,当电 路电源电压或负载电流变化时,引起IZ变化,使 R上的电压发生变化来维持输出电压不变。 ??U ? ?I ? ? I ? ? U ? ?U ? U
2 o Z R ??U ? ?I ? ? I ? ? Io o Z R o UR ? ?Uo ? R

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二、串联型晶体管稳压电路
UCE1
R4
UBE1 R3 UCE2 UBE2

Io
R1
RP

C

UI

Uo
RL

UI=Uo+UCE1

UBE1=UB1-UE1
=UC2-Uo

比 调 较 基 采 整 放 准 样 大 ? →U ? Uo ? →UB2 ? →UC2 BE1 Uo ? ←UCE1? ?
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UZ

VZ

R2

采用集成运放
R R3 R R1 R RP

Ui

- + + VZ

R R2

RL

Uo

UI? →Uo ? → U-? → UB ? →UCE ? →Uo ?
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例、已知U2=20V,UZ=10V,①S闭合,求Ui、Uo ② S断开,求Ui ,并标出C的极性。 R
依电路,输出 S u2 电压上负下正 u1 Uo C ~ Ui + UZ RL S闭合, 电路经整流、 滤波、稳压输出 Ui=-1.2U2 = -24V Uo=-10V S断开,电路经整流、稳压输出 Ui=-0.9U2 = -18V
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第四节

集成稳压电路

W78××系列稳压器

返回

以工作方式分 :a. 串联型稳压电路 b. 并联型稳压电路 c. 开关型稳压电路 以输出电压分:a. 固定稳压电路 b. 可调式稳压电路

一、W78××系列稳压器
返回

集成稳压电源的主要参数 1. 电压调整率SV

表征负载不变,输出电压变化的稳压能力。
SV ? ?U
o

U
i

o

?U

? 100%

? I o? 0

2. 输出电阻Ro

表征输入电压不变,负载变化时的稳压能力。
Ro ? ?U
o ? U i? 0

?Io

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3. W78 X X系列集成稳压电源 输出电压温度系数ST 1 2 输出端 指负载、输入电压不变时,温度引起的输 W78×× 输入端 出变化。 ?U0 U0 3 ? 100 % ST ?
?T

公共端

W78××系列输出固定的正电压 有5V、6V、9V、12V、15V、 18V、24V,最高输入电压为35V, 如W7815,在1、3脚输入35V, 在2、3脚输出15V。
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基本应用电路 1 W78××

2
CL Uo

Ui

Co

3

Co用于消除引线的电感效应引起的自激振荡 CL用于削弱高频噪声
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提高输出电压的稳压电路 1 Ui Co W78×× 3 UZ 2 CL Uo

Uo=UXX+UZ
返回

提高输出电流的稳压电路 IC 1 Ui Io 2 W78×× I2 Uo 3 CL Co Io=I2+IC
返回

输出电压可调的稳压电路 1 2 W78×× Ui Co 3
+ +

R1 CL R2 R3 Uo

U+=U3 当RP调到最上端 当RP调到最下端

U 23 U 23 ?? R 1 ? ? R ? ? R 3 RR 1 ? R 2 R1 R 2 2 R 3 1

U U oam in om x

R 1 ? R? ? 2 ? R 3 R1 2 R R 3 U o m U o? in ? U 2 3U 2 3 ax m R1 1 ? R 2 R
返回

W79 ××系列集成稳压电源 输入端 3 W79×× 1 公共端 2 输出端

W79××系列输出固定的负电压, 如W7912,在2、1脚输出-12V电压。
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例1、利用W7812 接成输出电压可调的稳压电路, 试求输出电压可调范围。 1 2 解: W7812 10k 当滑动头调 3 Ui Co 到最上端 30k CL Uo
+ +
U om ax 10 ? 30 ? 10
U om ax ?

?

U 23 10
? 12V

10k

当滑动头调到最下端
U o m in 10 ? 10 ? 30
10 ? 30 ? 10 10 ? 30

10 ? 30 ? 10 10

?

U 23 10 ? 30

? 60V

U o m in ?

? 12V ? 15V
返回

例2、利用W7809 接成输出电压可调的稳压电路, R1=3R2,试求输出电压。 1 2 解: W7809 R1 R 3 U 2 3 ? (1 ? ) U ? 30V Co R2 CL U R
U? ? R1 R1 ? R 2
R R

U 23

U 3 ? (1 ?

)U R2

判断以上三个 等式哪个正确?
返回

+ +

o

R

R

不好意思不能加分

习题

题解

他们选的 正确吗
当然

习题

题解

例2、利用W7809 接成输出电压可调的稳压电路, R1=3R2,试求输出电压。 1 2 解: W7809 R2 R1 U? ? Uo 3 R1 ? R 2 30V Co R2 CL U
U 3 ? (1 ? R R )U ? ? 2 U ?

当R1=3R2
U3 ? 1 2

U+=Uo/4
U o ? U o ? U 23

U o ? 2U 23 ? 1 8 V
返回

+ +

o

R

R


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