模拟电子技术 郭业才版 第十章 直流稳压电源

10 直流稳压电源
10.0 引言 10.1 小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路
基本教学要求 6学时
• 1、熟练掌握单相整流电路、电容滤波电 路的工作原理及输出电压的估算。
• 2 、 串联反馈式稳压电路工作原理。 • 3、正确理解集成三端稳压器及使用方法。 • 4、了解整流电路的脉动系数和稳压电路
T1、R1、DZ2的作用； （2）当VZ1＝6 V，VBE＝0.7 V，电位器RP箭头在中间位置，不接负载电阻
RL时，试计算A、B、C、D、E点的电位和VCE3的值； （3）计算输出电压的调节范围。
（4）当VO＝12 V、RL＝150Ω，R2＝510Ω时，计算调整管T3的功耗PC3。
例 （1）设变压器副边电压的有效值V2＝20 V，求VI＝？说明电路中T1、
1. 工作原理 利用二极管的单向导电性
10.1.1 单相桥式整流电路
1. 工作原理 利用二极管的单向导电性
10.1.1 单相桥式整流电路
2. 负载上的直流电压与电流：VL和IL
1π
VLπ0 2V2si ntdt
22 π
V2
0.9V2
IL
VL RL
0 .9V 2 RL
3. 纹波系数
Kr
V22 VL2 0.483 VL
所以 IC3＝IL＋IR3＋IR2
IR3
VO 1V 21.3mA R3RpR4 900
＝105mA PC3＝VCE3×IC3
IR 2 V OR 2 VZ115 V 2 1 60V 1.7 1mA
＝（VA-VO）×IC3 ＝1.26W
10.2.3 三端集成稳压器
1. 输出电压固定的三端集成稳压器 （正电压 78 、负电压 79 ）

Iadj
I1 adj O I2
R2 VO = VREF (1 + ) R1
10.2.4 三端集成稳压器的应用
1. 固定式应用举例
C1和C2的作用: 实现频率补偿 C3的作用: 减小低频干扰 D的作用: 防止输入端短路
W7800系列稳压器外形及接线图 系列稳压器外形及接线图 +10V
+
1
W7805
特点: 特点 输出电压高,纹波电压小,二极管使用效率高, 但二极管用得太多. 市场上常用整流桥堆
QL51A—G QL62A—L 额定电流为2A,最大反向电压为25V—1000V
10.1.2 滤波电路 滤波电路
交流 电压
整流
脉动 直流电压
滤波
直流 电压
滤波电路的结构特点: 并联, 滤波电路的结构特点 电容与负载 RL 并联,或 电感与负载R 串联. 电感与负载 L串联. L C RL RL
2 2
π
V2 ≈ 0.9V2
VL 0.9V2 IL = = RL RL
3. 纹波系数
V2 VL Kr = = = 0.483 VL VL VLγ
2 2
4. 平均整流电流
I D1 = I D3 = I D2 = I D4
V2 1 = I L = 0.45 2 RL
5. 最大反向电压 VRM = 2 V2
u1
u1
u2
D4 D1 D3 C D2 u2
S uo RL
b
充电电流
只有整流电路输 出电压大于u 出电压大于 c时, 才有充电电流. 才有充电电流. 因此二极管中的 uo 电流是脉冲波. 电流是脉冲波.
t
二极管中的 电流
t

R
+
D1
D2
uI
C DZ
-
D4
D3
+ RL UO
-
2. 串联型稳压电路主要由哪四部分组成？简述各部分 的主要作用及电路的稳压原理。
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基准环节
UI
比较放大环节
–
R
UREF +–A
DZ
UB
取样环节
T
R1 +
UF
RW UO RL
R2 –
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模拟电子技术基础
+A
DZ
–
UB T
R1 +
UF
RW UO RL
R2 –
U I ( 或R L ) UO U F U B UCE
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模拟电子技术基础
6. 稳压器电路符号 1 LM78 3 2
2 LM79 3 1
7. 固定式三端稳压器的典型接法
a. 78系列
1 LM78 3
+
UI
C1 2 C2
+ C3 + UO
– 0.33µF 0.1µF 100µF –
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模拟电子技术基础
模拟电子技术基础
(5) 输出电压的温度系数
(6) 纹波电压 稳压电路输出端的交流分量（通常为100Hz）的 有效值或幅值。 (7) 纹波电压抑制比 输入、输出电压中的纹波电压之比
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模拟电子技术基础

2U 2 πRL
U R > 1.1 2U 2
u2 正半周时：A点电位最高，B点 正半周时： 点电位最高 点电位最高， 点 电位最低， 导通， 电位最低 ， D1 、 D3 导通 ， D2 、 D4 截 止， uo =u2;
u2 负半周时：A点电位最低，B点电位最高， D2、D4导 负半周时： 点电位最低 点电位最低， 点电位最高 点电位最高， 截止， 通，D1、D3截止， uo =-u2。
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Home
2
' R1 + R2' 输出电压 U0 = 1+ UZ ' R3 + R2 R1 R1 + R2 U0min = 1+ UZ U0max = 1+ R + R UZ R3 2 3
2. 集成稳压器
1 输入端
W7800
2 输出端 3 公共端 2 输出端 3 调整端
Home
1 1. 半波整流
D
ui
2U 2 O
RL
π
uo
~220V 50Hz
+ u2 -
2π
3π 4π ω t
+ uo -
工作原理
利用二极管的单向导电性。 利用二极管的单向导电性。
2U 2 O
π
uD
2π
3π 4π ω t
1 π 2U 2 U o(AV) = ∫0 2 U 2 sin ωt dωt 2π Uom U2 / 2 U o(AV) 0.45U 2 = ≈1.57 S= 2U 2 I o(AV) = ≈ = ≈ 0.45U 2 Uo(AV) 2U2 /π RL RL
主要参数
O
π 2π 3π 4π

开关稳压电源的优缺点
优点
效率高、功率密度大、动态响应速度 快、输出电压稳定性高。
缺点
电路复杂、对元件要求高、会产生较 大的电磁干扰。
04
集成稳压器
集成稳压器的分类与特点
线性集成稳压器
输出电压连续可调，调整速度快，纹波小，但效率较低。
开关集成稳压器
效率高，体积小，但输出电压不连续，纹波较大。
集成稳压器的工作原理与电路分析
线性集成稳压器
通过调整管和基准电压源的配合，实 现输出电压的连续调节。
开关集成稳压器
通过开关电源技术，实现高效能量转 换。
集成稳压器的应用实例
线性集成稳压器应用
用于需要连续可调的直流稳压电源，如音频放大器电源。
开关集成稳压器应用
用于需要高效率、小体积的直流稳压电源，如手机充电器。
05
直流稳压电源的设计与制作
压的稳定。
线性稳压电源通常具有较低的纹 波和噪声，输出电压精度较高。
线性稳压电源的组成与元件
输入滤波电路
用于滤除输入电压中的 谐波和噪声，保证电源
的稳定性。
调整管
用于调整输出电压，保 持输出电压的稳定。
输出滤波电路
反馈电路
用于滤除输出电压中的 纹波和噪声，提高输出
电压的稳定性。
用于将输出电压反馈到 调整管，实现自动调节。
在斩波过程中，开关稳压电源采用PWM（脉宽调制）或PFM（脉频调制）等控制 方式，实现对输出电压的精确调节。
开关稳压电源的输出电压稳定性高，动态响应速度快，适用于各种需要高效率、高 功率密度的电源应用场景。
开关稳压电源的组成与元件
开关稳压电源主要由输入滤波器、开 关管、开关变压器、输出整流滤波器

以单向 桥式整流电 u1 容滤波为例 进行分析， 进行分析， 其电路如图 所示。 所示。 u1
a u2 D4 D3 b D1 C D2 RL S uo
桥式整流电容滤波电路
25
a u1 u1 u2 D4 D1 D3 b C D2 RL S uo
当RL未接入时 电容初始电压为 ： 未接入时(电容初始电压为 电容初始电压为0)： u2 uo =uc= 2 U2
u2正半周时电流通路
T u1
+
D3 u2 D4 D2 D1 RL uo
–
D1 、D4导通， D2、D3截止 导通， 15
u2负半周时电流通路
T u1
D3 u2 D4 D2 D1 RL
u0
+
D2、D3 导通， D1 、D4截止 导通， 16
单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形
a D3 u2 b
2π 1 2π 1 π UO( AV ) = ∫0 u0d(ωt ) = 2π [ ∫0 u0d(ωt ) + ∫π u0d(ωt )] 2π
2U2 1 π [ ∫ 2U2 sinωtd(ωt )] = = = 0.45U2 0 2π π
Io(AV)= Uo(AV) /RL =0.45 U2 / RL
π
U 2 ≈ 0.9U 2 0.9U 2 ≈ RL
19
(2). 脉动系数Ｓ
uo
0 π ωt 2π π
S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值 定义：整流输出电压的基波峰值 定义 之比。 越小越好 越小越好。 之比。S越小越好。 分解后可得: 用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得 2 4 4 4 uo = 2U2 ( − cos 2ω t − cos 4ω t − cos 6ω t ⋯ ) π 3π 15ω 35π

主讲：刘童娜
输入电压波动
负载电流变化
输出电 压变化
(+)
(+) (+) (+)
UO
U F (U REF不变)
UB
UO
U CE
U F U REF
iC /mA
满足深度负反馈，根据虚短和虚断有
UF R 2 F R U O R1 2 U O U REF ( 1 所以输出电压
D4 D1
+
C
RL uL
u1
u2
D3 D2
解: (1)电路如图 则 U 2 30 V 25V 1.2 (2) 整流二极管的选择。 取 UL=1.2U2, ID＝0.5IL＝0.5×50＝25mA
模拟电子——直流稳压电源 每个二极管承受的最大反向电压
主讲：刘童娜
URM 2U 2 35V
设 u2
= 2U 2 sin t
+
-
模拟电子——直流稳压电源
主讲：刘童娜
2. 负载上的直流电压VL和直流电流IL的计算
用傅氏级数对桥式整流的输出 vL 分解后可得:
2 4 cos 4 4 cos cos 6 t L) 2 t uL 2U 4 t 2( 3 15 35
2次谐波
主讲：刘童娜
（3）流过二极管的平均电流：
ID = IL
+
D
1 2
+
uD
t 0 2
IL +
220V
u1
u2
RL u L -+
+
URM
（4）二极管承受的最高反向电压：
URM=
2v 2

3
负载
连接到电源上，使用电源提供的稳定直流电压。
直流稳压电源的主要性能指标
1 输出电压稳定性
衡量输出电压的波动程度，稳定性越高，电源质量越好。
2 负载调整率
指输出电压对负载变化的响应速度，越快越好。
3 纹波电流和纹波电压
用来描述输出电压和电流的波动情况，越小越好。
直流稳压电源的应用领域
电子制造业
直流稳压电源
本课件将介绍直流稳压电源的定义、基本原理、分类、工作原理、主要性能 指标、应用领域，以及总结和展望。
直流稳压电源的定义
直流稳压电源是一种能够提供稳定直流电压输出的电子设备，用于给其他电 子设备供电。
直流稳压电源的基本原理
直流稳压电源基于电子元件的控制电路，通过负反馈原理，使输出电压保持 恒定。
用于供电给各种电子设备，如电 脑、手机、电视等。
பைடு நூலகம்工业自动化
用于给各种自动化设备和机器供 电，提供稳定的电源。
科学研究
用于实验室中的科学研究设备， 如计算机、测试仪器等。
总结和展望
直流稳压电源在现代电子设备中起到了至关重要的作用，随着技术的发展， 电源的效率和稳定性将不断提高。
常见的直流稳压电源的分类
线性稳压电源
通过功率晶体调整电压，简单可靠，但效率较低。
开关稳压电源
采用开关电源技术，高效节能，但复杂度较高。
可调稳压电源
可以调整输出电压，适用范围广，但成本较高。
直流稳压电源的工作原理解析
1
输入电源
将交流电转换为直流电并滤波。
2
稳压电路
通过控制元件调整电压，使输出电压稳定在设定值。

220VAC
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 •●例题：整流滤波电路
•如图，已知电源频率 f •=50Hz，负载 RL = 200，要求直流 •输出电压VO=30V。(1) 试求变压器二次电压V2；(2) 选 择整流二极管及；(3) 滤波电容器。
解：(1) 取VO= 1.2V2， 则变压器副边电压的有效值：
0↗Max时， Vo 的相对变
反映输入电压、环温不 化率 变，输出电流变时输出 电压保持稳定的能力， 即稳压器带负载能力。
10.2.1 稳压电源的质量指标
3. 温度系数
4. 纹波抑制比
10.2.2 串联反馈式稳压电路的工作原理
1. 电路组成
四部分：基准电压、比较放大、取样电路和调整元件
调整管
–
A
220VAC
10.1.2 滤波电路
3. 电感滤波器 ●工作原理
当流过电感的电流发生 变化时，线圈中产生自感电势阻碍 电流变化，从而有效抑制负载电流和电压的脉动。
滤波视角：直流分量(XL= 0，L短路)只施于RL；谐波 分量(XL = jwL>>RL)大部施于L → 较平滑直流电压vO。
储能视角：工作时L有储能，供电电 压v2↓，L 储能对RL补电；v2↑，电源 对L和 RL供电 →连续、平稳和稳定vO。
电源同时给负载 RL和 C 供充电，vC= vO= v2
(b) v2 <vC : 桥堆截止， C 对负载 RL 供放电， vC vO指数↓
If RL=∞，放电iO= 0, 放电区间
vC将被充至v2峰值!
220VAC
10.1.2 滤波电路
2. 电容滤波器 ●工作原理 (a) v2 > vC : 桥堆导通，

保护电路
R
+
-
UO
RL
+
–
T1
IB1
T2
IC2
UR
UB
IO
比较放大环节
I
+
–
UI
10.4.2 集成稳压器中的基准电压和保护电路
a) 限流型过流保护电路
正常
工作区
O
UO
IO
IOmax
过流区
限流型过流保护电路的外特性如图
保护电路
R
+
-
UO
RL
+
–
T1
IB1
T2
IC2
UR
UB
IO
比较放大环节
I
+
–
UI
10.2.1 电容滤波
电容滤波时，整流二极管的选择
输出电压波形
ωt
π
2π
3π
4π
u2
ωt
O
输入电压
C放电
C充电
D截止
D导通
π
O
2π
3π
4π
uo
uc
开路时，
对全波而言:
当
对半波而言：
10.2.1 电容滤波
π
O
2π
3π
ωt
O
ωt
uC
u2
iD
iD1
iD3
iD2
iD4
IDM
uC
u2
整流二极管的最大反向电压：
可见半波整流输出的基波峰值为输出平均值的1.57倍，脉动较大。
10.1.1单相半波整流电路
5、 二极管的平均电流
因二极管的电流波形与负载电流相同