电子电路直流稳压电源详解
直流稳压电源电路组成
直流稳压电源电路组成直流稳压电源电路是一种用于将交流电转换为稳定的直流电的电路。
它通常由输入变压器、整流桥、滤波电容、稳压器和输出端组成。
下面我们将逐一介绍这些组成部分。
1. 输入变压器输入变压器是直流稳压电源电路中的第一个组成部分，它主要用于将交流电转换为所需的低电压交流信号。
输入变压器通常由铁芯和线圈组成，其作用是通过感应作用将高压低频交流信号转换为低压高频交流信号。
2. 整流桥整流桥是直流稳压电源电路中的第二个组成部分，它主要用于将输入变压器输出的交流信号转换为直流信号。
整流桥通常由四个二极管组成，其中两个二极管被连接到正极，另外两个被连接到负极。
当输入变压器输出正半周时，其中一个二极管导通；当输出负半周时，另一个二极管导通。
这样就可以实现从交流到直流的转换。
3. 滤波电容滤波电容是直流稳压电源电路中的第三个组成部分，它主要用于去除整流桥输出的脉冲波形中的高频噪声。
滤波电容通常被连接到整流桥输出端，其作用是将电容器充电并在负载上提供平稳的直流输出。
4. 稳压器稳压器是直流稳压电源电路中最重要的组成部分之一，它主要用于保持输出端稳定的电压。
稳压器通常由晶体管、集成电路或其他电子元件组成，并被连接到滤波电容和输出端之间。
当负载变化时，稳压器会自动调节其输出以保持恒定的电压。
5. 输出端输出端是直流稳压电源电路中最后一个组成部分，它主要用于提供所需的直流输出。
输出端通常由一个或多个接头和负载组成，并被连接到稳压器的输出端。
总之，以上五个组成部分共同构成了一个完整的直流稳压电源电路。
这种类型的电源广泛应用于工业、家庭和科技领域，并且具有可靠性高、效率高、性能优良等优点。
直流稳压电源原理
直流稳压电源原理
直流稳压电源是一种电源设备，其原理是通过电子元件和控制电路来提供相对稳定的直流电压输出。
直流稳压电源的原理基于负载的要求，旨在提供具有良好稳定性和准确度的直流电压。
其基本原理包括：
1. 变压器：直流稳压电源通常使用变压器将交流电源的电压转换为所需的工作电压。
变压器可以将输入电压转换为高电压或低电压的输出。
2. 整流：经过变压器转换后，电流需要经过整流电路，将交流电转换为直流电。
常用的整流电路有半波整流和全波整流。
3. 滤波：由于整流产生的直流电压仍然存在纹波，需要使用滤波电路来削弱或消除这些纹波。
常用的滤波电路是电容滤波电路，通过电容器存储电荷和将其释放来消除纹波。
4. 稳压: 电容滤波后得到的直流电压仍然可能存在一定的波动或变化。
为了提供稳定的直流输出，需要使用稳压电路，如稳压二极管、稳压集成电路等，来调整电压并使其保持在一定范围内。
5. 控制电路：直流稳压电源通常配备有控制电路，用于监测输出电压，并根据需要调整电压以保持其稳定性。
这些控制电路可以根据外部信号或内部反馈来实现。
通过以上步骤，直流稳压电源可以提供相对稳定的直流电压输出，以满足各种应用领域对电源的要求。
电工学II——直流稳压电源(11章)
Uo 2U
4. 电容滤波电路的特点 (2) 流过二极管瞬时电流很大 RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大 ; 整流管 导电时间越短 iD的峰值电流越大
11.2 滤波器
交流 电压
整流
脉动 直流电压
滤波
直流 电压
滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电 流)不能突变的特性, 达到平滑输出电压波形的目的。
方法：将电容与负载RL并联，或电感与负载RL串联。
L
C
RL
RL
（1）电容滤波器
1. 电路结构（半波整流滤波电路）
3. 工作波形
a + u –
IOM =200mA URWM =50V
例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz， 负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流 二极管及滤波电容器。
解：2. 选择滤波电容器 取 RLC = 3 T/2 ~
+ u –
+
C RL
+ uo –
1 50 RLC 3 0.03 S 2 已知RL = 50
滤波
有波纹的 直流电压
稳压
直流 电压
（1）稳压管稳压电路
IR + u – R
电流电阻R 限流调压 IO
当电源波动或负载电流的 变化引起Uo变化时(注意Uo
+ + C UI –
Iz
DZ RL
&#Uo Uz Iz IR = (Iz + Io) UR = IR R
第九章 直流稳压电源
第九章
直流稳压电源
第一节
单相整流电路
一、单相半波整流电路 4．电路的特点 由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由 于电路只在正半周有输出，所以称为半波整流电 路。半波整流电路结构简单，使用元件少，但整 流效率低，输出电压脉动大，因此，它只使用于 要求不高的场合。整流二极管参数的选择
第九章
直流稳压电源
第一节
单相整流电路
二、单向桥式整流电路 1．电路组成和工作原理
u2 T
a
V1
V2
0
uL
2
3
4
u1 u2 b
V3 V4 RL uL
t
0
2
3
4
t
IL
T
IL + T
+
a
V4 V1 V3 V2 RL
a V4 u2 b
V1 V3 V2 RL
+ uL
+ u1 -
u2
uL -
第九章
直流稳压电源
第一节
单相整流电路
二、单向桥式整流电路
[例9-1] 有一直流负载，需要直流电压UL = 60 V，直流电流IL = 4 A。若采用 桥式整流电路，求电源变压器次级电压U2，并选择整流二极管。 解
因为 U L 0.9U 2
U 所以 2
U L 60 V 66.7 U 0.9 0.9
高
（2）输出电压的平均值有所提高。 当满足RLC≥（3~5）T/2时 ，
UL≈
U2
（半波带负载）
UL≈ 1.2
直流稳压电源的分类及原理
直流稳压电源的分类及原理直流稳压电源是试验室供应试验电子电路的能量来源，在试验过程中占有重要地位。
电源的质量在肯定程度上也打算了试验电路的牢靠性及各项技术指标。
在众多类型的电源中，直流稳压电源为应用最广泛的一类。
一、直流稳压电源的分类由于直流稳压电源的种类繁多，工作原理相差较大，可从不同的角度进行分类。
根据电路的稳压方式，可分为参数稳压器和反馈调整型稳压器。
参数稳压器电路结构简洁，主要利用元件的非线性实现稳压。
如可利用一个电阻和一个稳压二极管构成参数稳压器；反馈调整型稳压器是一个闭环的负反馈系统，它利用输出电压的变化。
经取样、比较、放大后，得到掌握电压，去掌握相应的调整元件，达到最终稳定输出电压的目的。
依据电路中调整元件的工作状态，可分为线性稳压电路和开关稳压电路。
其中调整元件工作在线性放大区的，称为线性稳压电路；假如调整元件工作在开关状态，称之为开关稳压电路。
此外，还可以依据电源中主要部件是集成电路还是分立元件，分成集成线性稳压器、集成开关稳压器以及分立元件构成的稳压器等。
二、线性稳压电源试验室使用的线性稳压电源，一般有两路或多路输出，输出直流电压为0~30V连续可调，输出电流几个安培，用表头或数字显示电压、电流值。
其具有稳定度高、纹波较小等特点。
线性电源中稳压部分的电源调整管工作在线性区，为保证电源的电压调整特性，调整管上的输入输出必需有足够的压差。
为保证电源的指标，一般允许电网电压波动±10％，在线性电源中，输入电源经变压器、整流、滤波环节，其直流电压的脉动性较小，经过线性稳压电路后，输出的纹波电压和噪声特别小，因而特殊适合作各种低噪声放大器的电源。
三、线性直流电源基本原理线性直流稳压电源，一般是将50Hz、220V的沟通电压变换为所需幅度的沟通电压，然后由整流电路将沟通电压变换成直流脉动电压，再由滤波电路将直流电压平滑．最终经过直流稳压电路输出稳定的电压。
它在电网波动与负载变化的状况下都能基本保持稳定的直流电压。
直流稳压电源
4．稳压过程：
当 VO 由于某种原因偏高时，V4 基极电位升高，IC4 增大， C1 放电速度增加，使 V3 截止时间缩短，V1、V2 饱和时间缩 短，使 VO 降低，从而稳定 VO。
优点 是电源效率高，稳压效果好。缺点是纹波较大， 电路复杂，对元器件要求较高。被广泛应用在彩色电视机、 计算机等设备中。
CW317 为三端可调式正压输出稳压器，其引脚排列请查 阅手册。
CW337 为三端可调 式负压输出稳压器，其 引脚排列请查阅手册。
CW317 和 CW337 的基本应用电路
应用特点是外接两个电阻(R1和 RP)就可得到所需的输出 电压。为了使电路正常工件，一般输出电流不小于 5 mA。输 入电压范围在 3 ~ 40 V之间，输出电压可调范围为 1.25 ~ 37 V， 器件最大输出电流约 1.5 A。
综上所述，带有放大环节 的串联型晶体管稳压电路，一 般由四部分组成，即采样电路、 基准电压、比较放大电路和调 整元件。
电路的优点是输出电流较大，输出电压可调；缺点是电源 效率低，大功率电源需设散热装置。
[例 8.2.1] 设图中的稳压管为 2 CW14，VZ = 7 V。采样 电阻 R1 = 1 k，RP = 200 ，R2 = 680 ，试估算输出电压的 调节范围。
2．稳压过程
设 RL 恒定，当 VI→VO →VB2 →VBE2 →VC2 →VBE1 →VCE1 →VO
3．输出电压调节范围
由于
VB 2
VBE2
VZ
RP R2 R1 RP R2
VO
即
VO
R1 RP R2 RP R2
(VBE2
VZ )
当 RP 的滑动臂移到最上端时，RP = 0，RP = Rp ，Vo 达到 最小值。即
直流可调稳压电源的工作原理及应用
直流可调稳压电源的工作原理及应用直流可调稳压电源是一种常见的电源设备，广泛应用于各种电子设备和实验中。
本文将详细介绍直流可调稳压电源的工作原理及其在实际应用中的相关知识。
一、工作原理直流可调稳压电源的工作原理主要涉及以下几个方面。
1.直流电源变换直流可调稳压电源首先通过整流变压器将交流电转换为直流电。
整流变压器将交流电进行整流，通过二极管等元件将交流电转换为直流电。
这一步骤的目的是将交流电转换为直流电，并进行基本的电压变换。
2.滤波由于整流后的直流电会带有一定的脉动，为了保证输出电压的纹波尽可能小，需要进行滤波处理。
滤波电路通常采用电容器，通过电容器对直流电进行充放电来平滑输出电压。
滤波电路能够有效减小输出电压的纹波，保证直流电的稳定性。
3.可调稳压可调稳压电路是直流可调稳压电源的核心部分。
通过对电路中的元件进行调节，可以实现对输出电压的调整和稳定控制。
常见的可调稳压电路包括电阻调节稳压电路、稳压二极管调节电路和集成芯片调节电路等。
这些电路能够根据电路设计的要求，通过对元件参数的调整控制输出电压的大小。
二、应用领域直流可调稳压电源具有输出电压稳定性高、调节范围宽、反应速度快等特点，因此被广泛应用于各个领域。
1.电子设备直流可调稳压电源常用于电子设备中，提供稳定的直流电源供给电路工作。
在电子仪器仪表、通信设备、计算机等设备中，直流可调稳压电源能够为各个电路部分提供稳定、可靠的电源。
2.实验室应用直流可调稳压电源广泛应用于各种实验室中。
在科研实验和教学实验中，直流可调稳压电源常作为仪器设备的电源，可以调节输出电压以满足实验需求，并保持输出电压的稳定性，确保实验的准确性和可重复性。
3.工业自动化直流可调稳压电源在工业自动化系统中也扮演着重要角色。
在各种自动化设备中，直流可调稳压电源可以提供精确的电源供给，为设备的正常运行提供稳定的电压和电流支持。
4.电池充电直流可调稳压电源还常用于电池充电领域。
通过调节直流可调稳压电源的输出电压和电流，可以为各种类型的电池进行充电，满足不同类型电池的充电要求。
直流稳压电源的工作原理
直流稳压电源的工作原理直流稳压电源是一种用于提供稳定直流电压输出的电源设备。
其主要工作原理是通过调节电路来维持输出电压在设定值附近，即使负载或输入电源发生变化。
以下是直流稳压电源的主要工作原理：1.输入电源：直流稳压电源的输入通常是交流电源，例如家庭电源。
输入电源首先经过整流电路，将交流电转换为直流电。
2.滤波：直流电经过整流后可能还包含一些脉动成分，为了去除这些脉动，通常使用滤波电容进行滤波处理，使输出电压更趋于稳定。
3.基准电压源：直流稳压电源内部通常包含一个基准电压源，用于提供一个稳定的参考电压。
4.误差放大器：将输出电压与基准电压进行比较的误差放大器（ErrorAmplifier）用于检测输出电压的偏差。
误差放大器会产生一个误差信号，表示实际输出电压与期望输出电压之间的差异。
5.控制电路：误差信号经过控制电路，该电路决定如何调整输出电压以减小误差。
控制电路通过控制输出电压的调节器来实现这一目标。
6.调节器：调节器是直流稳压电源中的关键部分，它负责根据控制电路的指示来调整输出电压。
常见的调节器包括三端稳压器 例如LM317）、开关调节器等。
7.负载调整：直流稳压电源通常能够适应不同的负载情况。
负载的变化可能会引起输出电压的波动，因此调节器通常会根据负载变化进行调整，以保持输出电压的稳定性。
8.保护电路：直流稳压电源通常配备有过载、过热和短路保护电路，以防止设备损坏。
直流稳压电源的工作原理基于反馈控制，通过不断调整输出电压，使其保持在设定的稳定值。
这使得直流稳压电源在需要可靠和稳定的直流电源的应用中得到广泛使用，如实验室测试、电子设备和通信系统等。
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u1
u2
D4 D3
D1 D2
+ io uo R L − io + uo −
u1
+ u2
−
D1 D4 D1
D2 RL D3
u1
+ u2 −
RL
u1
+ u2
−
D2 D4 D3
RL
io + uo
−
二、桥式整流电路工作原理 正半周： u2正半周： A A点电位最高 + u1 − B
B点电位最低 点电位最低
iD= iO o
uD
o
− 2U
π π
2π 2π
3π 3π
UDRM = 2U2
1.5 稳压二极管
1.5.1 稳压二极管特性曲线 1.5.2 稳压二极管主要参数 1.5.3 稳压二极管的应用
1.5.1 稳压二极管特性曲线
一、稳压二极管的结构、特性曲线、电路符号 稳压二极管的结构、特性曲线、
1、稳压二极管的结构与普通二极管相同 稳压二极管的伏安特性曲线 2、稳压二极管的特性曲线图 3、电路符号 最大稳定电流 iD 稳定电压
一、N 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入五价元 素磷。
N型 +4 +4 +4
N 型半导体的简化图示 正离子
+4 磷原子
+5
+4 自由电子 多数载 流子 少数载 流子
电子为多数载流子 电子为多数载流子 空穴为少数载流子 空穴为少数载流子 载流子数 ≈ 电子数
二、P 型半导体
在硅或锗的晶体中掺入三价元 素硼。
击穿电压在6V左右时,温度系数趋近零， 击穿电压> 6V,正 击穿电压在6V左右时,温度系数趋近零，(击穿电压> 6V,正 6V左右时 温度系数) (击穿电压<6V,负温度系数 击穿电压<6V,负温度系数) 温度系数) (击穿电压<6V,负温度系数)
1.3.3 二极管的主要参数
iD
IF UBR URM IR
P型 +4 +4 +4
P型半导体的简化图示 型半导体的简化图示 负离子
+4 硼原子
+3
+4 空穴 多数载 流子 少数载 流子
空穴 — 多子 电子 — 少子 载流子数 ≈ 空穴数
PN结 1.2 PN结
PN结概述 1.2.0 PN结概述 1.2.1 PN结（PN Junction）的形成 PN结 Junction） 1.2.2 PN结的单向导电性 PN结的单向导电性
锗管) 0.1V (锗管)
正向特性
uD/V
U>Uth
I 急剧上升
锗管) 0.1～ 0.1～0.3V(锗管) 0.2
IS 反向特性
Uth 死区 电压
硅管) UD(on) = 0.6～0.8V(硅管) 0.7 0.6～
U（BR) <U< 0
µ I = IS< 0.1µA
(硅) 几µA (锗) 几十µA—几百µA 几十µ 几百 几百µ
1.2.1 PN结（PN Junction）的形成
空间电荷区
P型材料
空穴
负离子
电子
正离子
一、载流子的浓度差引 N型材料 起多子的扩散扩散使 交界面处形成空间电 荷区（也称耗尽层） 荷区（也称耗尽层）
内电场方向 二、空间电荷区特点 空间电荷区特点 基本无无载流子， 基本无无载流子，仅 有不能移动的离子 形成内电场 三、扩散和漂移达到动态平衡 总电流=0 扩散电流= 扩散电流= 漂移电流 总电流=0 利于少子的漂移
第 1章
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
直流稳压电源
内容提要 半导体的基础知识 PN结 PN结 半导体二极管 二极管的一项重要应用 整流 稳压二极管 集成三端稳压器 常用的整流组合元件 直流稳压电源 本章小结
1.0 直流稳压电源
本章教学内容提要 一、介绍半导体材料及一种半导体元件 1. 半导体材料的导电性 2. 一种半导体元件 二、直流稳压电源 1. 二极管整流电路 3. 稳压二极管稳压电路 2. 滤波电路 4. 三端稳压器稳压电路 杂质半导体 二极管
四、 参数估算
1、整流输出电压平均值
2U 2
u2 π
2π 3π
1 π UO = ∫ 0 2U sin( ωt)d(ωt) π 2 2 = U2 = 0.9U 2 π
2、二极管平均电流
o
ωt
2U 2
uO
π
2π 3π
o
ωt ωt ωt
UO 1 I D = IO = 2 2RL
3、二极管最大反向压
U2 = 0.45 RL
阻止多子扩散进行
1.2.2 PN结的单向导电性 结的单向导电性
一、外加正向电压（正向偏置)— forward bias 外加正向电压（正向偏置)
IF
P区
N区
外加电压使空间电荷区变窄 扩散运动加强 IF=I多子 - I少子 ≅ I多子 限流电阻
内电场
+ U 外பைடு நூலகம்场 R
二、外加反向电压（反向偏置) — reverse bias 外加反向电压（反向偏置) P区 N区 外加电压使空间电荷区变宽 IR 漂移运动加强 IR= I少子 ≅ 0 内电场
承受反压 截止 承受反压 截止
D4
+ u2 −
D1 RL
io + uo −
D3
D2
导通， 截止。 D1和D3导通，D2和D4截止。
u2负半周： 负半周：
点电位最低 A A点电位最低
承受反压 截止
+ u1 − + u2 −
D4
D1 RL
io + uo −
D3
B B点电位最高
D2
承受反压 截止
导通, 截止。 D2 和 D4导通, D1和 D3 截止。
三、 波形
输入正半周
2U 2
u2 π
2π 3π
o D1 io uo RL
ωt
+
u1
−
u2
D4 D3
+ −
2U 2
uO iD= iO
o π
2π 3π
D2
ωt ωt ωt
uD1、3 、
输入负半周
+ −
D4 u2 D3
D1 D2
io
o
、 + uD2、4
π π
2π 2π
3π 3π
u1
RL uo
−
o
− 2U
u2 = 2U 2 sinωt
1 π UO = ∫0 2U2 sin(ωt)d(ωt ) 2π
= 0.45U2
二极管截止时承受的 最大反向电压值 二极管及负载通过的 电流平均值
UDRM = 2 2 U
U2 I D= IO = 0.45 RL
1.4.2 单相桥式整流电路
一、桥式整流电路（几种画法） 桥式整流电路（几种画法） io + uo
DZ
二、稳压二极管与普通二 极管的区别
1、工作于反向击穿区 2、反向特性曲线比普通二极管更陡 小的电压变化引起大的的电流变化 3、工作时必须与其串联限流电阻
∆U Z UZ IZ
稳定电流 uD
∆I Z
IZM
1.5.2 稳压二极管主要参数
1. 稳定电压U 一般 2. 稳定电流I
Z
流过规定电流时稳压管两端的反向电压值 为齐纳击穿) UZ < 4 V (为齐纳击穿) 具有负温度系数 为雪崩击穿) UZ > 7 V (为雪崩击穿) 具有正温度系数
2U 2
u2
u2 = 2U 2 sinωt
π 2π 3π
副绕组电 0 压波形图
2U 2
ωt
uO
负载电压 波形图
0 iD=io
π
2π
3π
ωt
~
220 V
u2
D RL
+
uｏ
π uD
2π
3π
ωt
–
整流管电 压波形图 0
− 2U 2
π
2π
3π
ωt
二、工作原理分析
u2 = 2U 2 sinωt
uD – i =i D O +
反向击穿 反向击穿类型： 反向击穿类型： 反向击穿原因： 反向击穿原因
U ≤ U（BR） BR）
电击穿 热击穿
反向电流急剧增大
PN结未损坏 断电即恢复。 结未损坏， — PN结未损坏，断电即恢复。 — PN结烧毁。 PN结烧毁。 结烧毁
齐纳（Zener)击穿：反向电场太强， 齐纳（Zener)击穿 反向电场太强，将电子强行拉出共价键 击穿 雪崩击穿: 雪崩击穿: 反向电场使电子加速，动能增大， 反向电场使电子加速，动能增大，撞击 使自由电子数突增
空 穴
硅（锗）的自由电子、 的自由电子、 空穴对的形成
自 由 电 子
四、两种载流子 电子（自由电子） 电子（自由电子） 空穴（束缚电子） 空穴（束缚电子）
五、两种载流子的运动 自由电子（在共价键以外） 自由电子（在共价键以外）的运动 空穴（在共价键以内） 空穴（在共价键以内）的运动
吸收能量 自由电子 本征激发： 本征激发： 价电子（束缚电子） 价电子（束缚电子） （ 光 、热） 释放能量 复合： 复合： 自由电子 价电子
uD
1.IF 2.URM 3.IR
最大整流电流（最大正向平均电流） — 最大整流电流（最大正向平均电流） 最高反向工作电压， — 最高反向工作电压，为1/2 U（BR） BR） 反向电流（越小单向导电性越好） — 反向电流（越小单向导电性越好）