【西电 模电】第七章 直流稳压电源
模电课程设计直流稳压电源
直流稳压电源设计1. 引言直流稳压电源是一种用于提供恒定直流电压输出的电子设备，广泛应用于各个领域的电子设备中。
本文将详细介绍直流稳压电源的设计过程，包括理论基础、电路设计、实验步骤和结果分析等。
2. 理论基础2.1 直流稳压原理直流稳压电源的基本原理是通过负反馈控制技术，使得输出端的电压保持在一个稳定值。
在负载变化或输入电源波动时，通过调节控制信号，使得输出端的电压不受影响。
2.2 稳压管稳压管是直流稳压电源中常用的元件，它能够根据输入端的变化自动调整其导通状态以保持输出端的恒定电压。
常见的稳压管有Zener二极管和三端稳压器。
2.3 变压器变压器是直流稳压电源中用于降低或升高交流输入电源的元件。
通过变换输入端的交流电压，可以得到所需的直流输出电压。
3. 电路设计3.1 输入端设计输入端设计包括交流输入电源的接入和滤波。
将交流输入电源通过变压器降压至所需的电压等级。
使用滤波电路对输入信号进行滤波，去除交流成分，得到纯净的直流信号。
3.2 稳压管设计稳压管是直流稳压电源中最关键的元件之一。
根据所需的输出电压和额定电流，选择合适的稳压管进行设计。
在稳压管前后分别加上适当的限流电阻和维护电阻，以保证稳定工作。
3.3 输出端设计输出端设计主要包括负载调节和过载保护。
通过连接合适的负载电阻，并在输出端加上过载保护元件，可以实现对输出端电流和功率的控制和保护。
4. 实验步骤4.1 确定需求和参数首先需要明确直流稳压电源的需求和参数，包括输出电压、额定电流、负载范围等。
4.2 选取元件和计算参数根据需求确定所需的元件，并进行参数计算。
包括变压器的变比计算、稳压管的选择和限流电阻的计算等。
4.3 绘制电路图根据元件选取和参数计算结果，绘制直流稳压电源的电路图。
4.4 搭建实验电路按照电路图，搭建实验所需的电路，连接各个元件。
4.5 调试和测试对搭建好的实验电路进行调试和测试，包括输入端、稳压管和输出端的工作状态检查。
模拟电子技术(西电第三版)第7章 直流稳压电源-PPT精品文档
(2) 求整流变压器变比和(视在)功率容量。
25
解
(1)
26
(2) 求整流变压器变比和(视在)功率容量。 考虑到变压器副边绕组及管子上的压降，变压器副边电 压大约要高出10%，即
则变压器变比
27
再求变压器容量。变压器副边电流
乘1.1倍主要考虑变压器损耗。故整流变压器(视在)功率容量
为
28
7.1.3
3. 整流、滤波和稳压电路 按实图7.3电路接线，检查后接通电源，主要测量稳压 后的输出电压，并观察波形，记录数据，并和没有稳压时进 行比较。
11
(五) 实训报告 (1) 整理实训数据，画出三种电路的输出波形。 (2) 根据实训测试结果，总结三种电路的特点。 (六) 思考题 (1) 如何选用整流二极管，二极管的参数应如何计算？ (2) 选用滤波电容时，应注意哪几个方面的问题？ (3) 当负载变化时，负载两端的电压是否变化？流过负 载上的电流是否变化？ (4) 在单相桥式整流电路中，整流二极管的极性接反或
解 (1) 选择整流二极管。
36
二极管承受最大反向电压
又
所以
37
(2) 选滤波电容。 根据
取
38
(3) 求变压器次级电压和电流。
变压器次级电流在充放电过程中已不是正弦电流，一般取 I2=(1.1~3)IL，所以取I2=1.5IL=1.5×250=375 mA。
从上式得知，此电路只有半个周期有波形，另外半个周期无
波形，因此称其为半波整流电路。
16
取uo的平均值
(7.1.1) 流经二极管的电流等于负载电流 (7.1.2) 二极管承受最大反向电压 (7.1.3)
17
7.1.2
单相桥式整流电路
电子技术基础第7章直流稳压电源课件
(1) 负载的电流
IO
UO RL
12 4
mA
3mA
R 两端的电压 UR UI UO (3012)V 18V
通 过R的电流
IR
UR R
18 2
9mA
稳压管的电流 Iz IR IO 6mA
(2) 变压器副边电压的有效值
U2
UI
1.2
30 V 1.2
25V
(3) 二极管的平均电流
ID
1 2
UDRM 2 3U 2 2.45U 2 1.05U 0
常用的整流电路比较
名称
单相半波 单相全波 单相桥式 三相半波 三相桥式
负载 直流 电压
0.45U2 0.9U2
每个管 子承受 的最大 反向电 压
1.41U2
2.82U2
选择管子的参数
每个管 子的平 均电流
Io
0.5 Io
每个管子 承受的最 大反向电 压
Uf R2 Rp2 UO R1 R2 Rp
（2）基准电压环节：它是由稳压管DZ和限 流电阻R3构成的电路中获得，即取稳压管的电 压UZ，它是一个稳定性较高的直流电压，作为 调整、比较的标准。
（3）比较放大电路：由三极管T2构成，它 将取样电压Uf和基准电压UZ比较产生的差值电 压放大后去控制调整管T1的压降UCE1。
~220V
u2
uL
（1）
变压器副绕组电压有效值为
U 2 Uo / 0.9 26.6V
每个二极管承受的最高反向电压为 U DRM 2U 2 2 26.6 37.6V
流过每个二极管的电流平均值为
ID
IL 2
U0 2RL
24 2 50
0.24 A
第7章 直流稳压电源
1
7.2 相关的理论知识
2)317最小稳定工作电流的值一般为1.5mA，需要保证UO/(R1+RP)≥1. 5mA，经计算可知R1的最大取值为R1≈0.83kΩ，电阻R1常取值12 0～240Ω。
2.仿真验证
图7-17
三端可调式集成稳压器仿真电路
7.2 相关的理论知识
7.2.4.4 使用集成稳压器的注意事项
7.2.2.2 硅稳压电路元器件的选择 1.限流电阻R的取值范围 2.稳压管的选取
7.2 相关的理论知识
3.输入电压的确定
4.硅稳压电路 仿真
图7-4
并联型稳压管稳压仿真电路
• 仿真结果表明：当输入电源电压和负载变化时， 稳压二极管电路基本可以实现电路的稳压作用。 • 并联稳压电路的优点：并联稳压电源有过载自保 护性能，输出断路时调整管不会损坏，在负载变 化小时，稳压性能比较好，对瞬时变化的适应性 较好等优点。 • 缺点：一是效率较低，特别是轻负载时，电能几 乎全部消耗在限流电阻和调整管上，电路将失去 稳压作用；二是输出电压不能调节，只能由稳压 管的型号决定且稳定度不易做得很高，很难满足 对电压精度要求高的负载需要。 因此，这种稳压 电路适用于电压固定、负载变化不大的场合。
U O (1 R2 / R1 )U
7.2 相关的理论知识
2)如图7-12b所示，增加一稳压二极管VS则有:
提高三端集成稳压器输出电压仿真:
UO U XX VZ
图7-13
提高三端集成稳压器输出电压仿真电路
7.2 相关的理论知识
4.输出正、负电压的电路
图7-14
同时输出正负电压仿真电路
模拟电子技术
第7章 直流稳压电源
本章主要内容
第七章(直流稳压电源及稳压电路)精品PPT课件
3
VCC _C IR CLE
基 准 电 压 取样电路
稳压原理
动画演示
当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时
Uo
UB3
UBE3=（UB3-UZ）
Uo
VCC _C IR CLE
+ R1
1k
UI
UC3 （UB2 ）
T1 T2 UB1 R2 1k
VCC _C IR CLE
R3
24
+
RP
UB2
T3 UB3 33 0 UO
稳定电压(V) 2.5±1％ 2.5 5.0
工作电流(mA) 1.2 10 10
电压温度系数(106/℃) 10～100 30 30
TL431
2.5～36
0.4～100
50
LM3999
±6.95±5％
10
5
AD2710K/L
10.000±1mV 10
2/1
MAX676
4.096±0.01％ 5
1
677
1
-
VCC _C IR CLE
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
3
VCC _C IR CLE
7-2-4 开关型稳压电源
为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制了开关型 稳压电源。开关型稳压电源效率可达90%以上，造价低， 体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟，广泛应用于 各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大， 用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。
Uo -
+
（2）当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极
管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出稳压电
第7章 直流稳压电源
P
N
7.2.2 PN结及其单向导电性 一、PN结的形成过程 (1) 浓度差产生多子的扩散运动：将P型和N型半导体结合 在一起，由于浓度差，引起多子的扩散运动。 (2) PN结的形成：多子扩散到对方，与对方多子复合，在 交界面处产生空间电荷区(PN结)，里面只有不能移动的正、负 离子。
I扩散
I漂移
P
空间电荷区
N
内电场
(3) 内电场的形成：空间电荷区中不能移动的正、负离子产 生内电场，方向是从N区指向P区。
(4) 内电场的作用：阻碍多子的扩散运动，使少子产生漂移 运动。
I扩散
I漂移
P空间电荷区N Nhomakorabea内电场
(5) 扩散电流的方向：从P区指向N区。 (6) 漂移电流的方向：从N区指向P区。 (7) 动态平衡：开始时，扩散电流大于漂移电流。随着内电 场的增强，扩散电流逐渐减小，漂移电流逐渐增大。当扩散电 流等于漂移电流，PN不再加宽。 在平衡状态时，通过PN结的电流为零。
自由电子
Si
Si
温度愈高，晶体中产生的 自由电子便愈多。
Si 空穴
Si 价电子
本征半导体获得一定能量称为本征激发。
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二、导电原理 (4) 复合：自由电子与空穴遇到一起，就会复合消失。
e1 Si
Si e2
空穴
Si
Si
二、导电原理 (5) 动态平衡：本征激发不断产生电子和空穴，同时，复合 也在不断进行。当本征激发与复合相平衡时，半导体中自由电 子和空穴的浓度不再变化。 温度升高或受到光的照射，价电子获得能量，本征激发加 强，自由电子和空穴的浓度升高，故半导体的导电能力增强。
Si
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能够提供稳定输出电压的电力设备，其工作原理如下：
1. 输入电源：直流稳压电源通常使用交流电源作为输入。
交流电源经过整流电路将交流电转换为直流电，并经过滤波电路去除电压波动和噪音。
2. 变压器：为了降低输入电源的电压，直流稳压电源通常使用变压器进行电压变换。
变压器通过调整输入电压的比例来控制输出电压的大小。
3. 控制电路：直流稳压电源中的控制电路负责监测输出电压，并根据需要进行调节。
当输出电压高于设定值时，控制电路会减小电源输出，反之则会增加电源输出。
4. 反馈回路：为了实现稳压功能，直流稳压电源中通常设置反馈回路。
反馈回路将输出电压与设定值进行比较，并将比较结果送回控制电路中，根据反馈信号来调整输出电压。
5. 输出电容：为了实现稳定的输出电压，直流稳压电源通常在输出端接入电容器。
电容器能够储存电荷并平滑输出电压的波动，使得输出电压更加稳定。
总结：直流稳压电源的工作原理主要通过输入电源、变压器、控制电路、反馈回路和输出电容等组成。
通过控制电路监测输
出电压，并通过反馈回路实现对输出电压的调节，从而保持稳定的输出电压。
直流稳压电源工作原理
直流稳压电源工作原理直流稳压电源是一种能够将交流电转换为稳定的直流电的电子设备。
它在电子设备、通信设备、工业控制系统等领域得到广泛应用。
其工作原理主要包括整流、滤波、稳压等几个关键环节。
首先是整流环节。
交流电源一般是通过变压器将电压升高或降低，然后经过整流桥等元件将交流电转换为直流电。
整流桥一般由四个二极管组成，可以将交流电转换为单向的直流电。
在整流过程中，由于二极管的导通特性，交流电的负半周被截去，只保留了正半周的电压波形。
这样就得到了一个近似的直流电压波形。
接下来是滤波环节。
由于整流后的直流电压波形仍然存在一定的波动，需要通过滤波电路来去除掉这些波动。
滤波电路一般由电容器和电感器组成。
电容器能够对电压进行积分，从而平滑直流电压波形；而电感器则能够对电流进行积分，从而减小电流的波动。
通过合理设计电容器和电感器的参数，可以有效地去除直流电压波形中的纹波成分，得到稳定的直流电压。
最后是稳压环节。
稳压电路是直流稳压电源的关键部分，它能够保持输出电压在一定范围内的稳定性。
常见的稳压电路包括电阻稳压、二极管稳压、三端稳压等。
其中，三端稳压器是一种常用的稳压电路，它具有稳定的输出特性和较低的输出阻抗。
通过对稳压器的电路设计和参数选择，可以实现对输出电压的精确控制和稳定性。
总的来说，直流稳压电源工作原理是通过整流、滤波和稳压等环节，将交流电转换为稳定的直流电。
通过合理的电路设计和元件选择，可以实现对输出电压的精确控制和稳定性。
直流稳压电源在现代电子设备中起着至关重要的作用，它为各种电子设备提供了稳定可靠的电源支持。
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V1
V2
a
u1
b
VD1
VD2
RL Uo
图 7 – 2 加滤波电容的半波整流电路
在交流电刚接上时， 电容中本来没有电荷，电容上电压从零开始上升， 充电速 度取决于充电电路的时间常数(rd∥RL)C。 由于(rd RL ， 所以充电时间常数近似为rd C ，充电速度快， uo迅速上升。当ωt= ωt1时有u2= uo ，此后u2低于uoVD截止，这时 电容C通过RL放电，放电时间常数为RL C，放电速度慢， uo变化平缓。以后当u2又 变化到比uo大，又开始充电过程。 从图(b)中的波形图可以看出，由于电容C的储能 作用， RL 上的电压波动大大减小了。 时间常数RL C越大，电容放电越慢，输出电压 uo波形越平稳， 不同RL C的输出波形如图7 - 3所示。当RL C很大时， 输出为一直流 电压， uo ＝Uo＝U2m。而当负载电流较大时， 输出的直流分量Uo要减少， 一般有
。
在变压器次级电压U2受到限制不能提高的情况下， 欲获得较高的整流输出电压，可
以 波器采中用示倍波压管整的流高电压路2。。U这2 种电路常用来提供电压高、 电流小的直流电压， 如供给示
7 - 6(a)中所示的电路是一种常用的三倍压整流电路， 其工作原理可参看图7 6(b)、 (c)和(d)。当交流电压u2为正半周时(第一个半周， 这时1端为正， 2端为负)， VD1导通，电容C1被充电到U2m，极性如图(b)所示。当u2为负半周时(第二个半周， 这时1端为负，2端为正)， VD1 截止， 于是u2与C1上的电压串联在一起，经VD2对电 容C2充电，使C2上电压达到2U2m，极性如图(c)所示。
Ui
V13A D30
R1 3Ω 0.3 3μF
1
2
W7 8M××
3
Io Uo
0.1 μF
图P7-3
Uo ≈(1.0～1.2)U2 (7 - 2) 式中U2为变压器次级电压有效值。 流过整流管的平均直流电流ID
整流U管dr所ma承x＝受U的2m最＋大UI反oD≈向2电U2压ImLUdrmUaRx OL
＋ U2m
＋－
3U2m
－ 2U2m
＋－
T1 ＋－
＋－ 3
C1
C3
ห้องสมุดไป่ตู้
u1
u2
VD1
VD2
VD3
2
＋－
C2
＋ 2U2m－
最终 充电到2U2m 1＋ C1 － ＋
u2
VD1
－
2
(a)
U2m 1＋ － －
C1 u2
＋ 2
VD1
VD2
＋－ C2 最终充电到2U2m
C1 U2m 1＋ －
U
2m
( 1，
R1Ls为in负wt载 。2
2
3
cos4wt
...)
从式(7 - 1)可以看出，基波分量振幅(U2m／2)比直流分量(U2m /π)还要大。 因 此， 必须加接低通滤波器， 如图7 - 2(a)所示。
＋ Ui
－
C2 ＋
VD1 ＋ VD2 C1
＋ VD3 ＋
C3 Uo
－
图 7 -1半波整流电路
7.1.2 全波整流电路
半波整流电路最简单， 但其明显的缺点是波纹电压大。 除此之外， 交流电源 的半个周期未被利用， 故输出平均电压较低。 利用两个管子交替工作，构成全波 整流电路，可以克服半波整流电路的上述缺点。
全波整流电路如图7 - 4(a)所示。 变压器T次级中心抽头接地， 变压器次级线圈 上可以得到两个大小相等、 相位相反的交流电压， 它们分别加到整流管VD1 、 VD2上。当1端对地为正，2端对地为负时，VD1 导通而VD2截止，如图(b)所示，在 RL上得到波形为半波的电压。当1端对地为负，2端对地为正时， VD1 截止而VD2 导 通， 如图(c)所示， 在RL上也可得到波形为半波的电压。这样，当交流电压变化一 个周期时，在RL上产生两个半波电压脉冲， 如图(d)所示。
Udr max U2m
＋
u2 ～ －
VD4 VD3
T1
VD4
VD1
u1
u2
VD3
VD2
2
(a)
＋ RL uo
－
VD1 RL
VD2
(b)
＋ － VD4
uo
u2 ～ ＋
VD3
－
VD1 VD2 (c)
图 7 – 5 桥式整流电路
＋ RL uo
－
7.1.4 倍压整流电路
以上所介绍的整流电路， 可以获得的最大整流输出电压， 其极限值为
Uo ≈1.2 U2
由于负载电流由两管轮流供给， 因此流过每个整流管的平均电流为0.5Uo／RL， 约比半波整流时减小一半。 全波整流时每个整流管承受的最大反向电压Udrmax为 2U2m。全波整流时输出波纹较小， 而且波纹电压的基本频率为交流电网电压频率f 的两倍(2f＝100 Hz)， 波纹电压频率越高，滤波越容易。
第7章 直流稳压电源
7.1 整 流 与 滤 7.2 单向可控整流电路 7.3 线性集成稳压器 7.4 开关型稳压电源
7.1整 流 与 滤
7.1.1
半波整流电路如图7 - 1(a)所示。 图中电源变压器
T 的作用是将电网的交流电压变换成整流电路所需
的数值，它的初级和交流电网相连。VD为整流二极管
uo
IR
R IC V
≈ IL
R2
IL
IB ∞ ＋
＋ －
UZ R1
RL
VZ
图 7 - 4全波整流电路
所以这种电路叫全波整流电路。显然，这时输出电压的波动比半波整流时小， 而输出的直流分量比半波整流时大1倍(为2U2m/π)。 为了进一步减小波纹电压， 也 需要加接滤波电容C， 其原理与半波整流时相同， 在有滤波电容的全波整流电路中 ， 如RL较小(负载电流大)，
7.1.3 桥式整流电路如图7 - 5所示， 4个整流二极管组成一个电桥, 变压器次级线圈和RL 分别接到电桥的两个对角线的两端。这里， 变压器没有中心抽头， 其次级两端均不 接地，桥式整流工作原理可用图(b)、 (c)来说明。当u2为正半周时(1端为正，2端为负 )， 二极管VD1、 VD3导通， VD2、 VD4截止，电流沿着图(b)中虚线上箭头所指方向 流过RL； 而当u2为负半周时(1端为负，2端为正)，VD1 、 VD3截止， VD2、 VD4导通 ，电流沿着图(c)中虚线上箭头所指方向流过RL。由于在u2的两个半周中，流过RL的 电流方向相同， 所以桥式整流电路和全波整流电路的作用一样， 具有全波整流的各 种优点。同时，桥式整流电路中每一个二极管所承受的最大反向电压比全波整流时 小了一半，