第8章 直流稳压电源
第8章直流稳压电源
第8章直流稳压电源8.1 单相整流滤波电路教学要求：1.掌握单相桥式整流电路的工作原理；2.掌握电容滤波电路的工作原理；3.了解电感滤波电路、∏型滤波电路的结构及原理。
引言直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电，一般由变压、整流、滤波和稳压等几部分组成。
整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定。
一、单相整流电路（一）半波整流电路单相半波整流电路如下图(a)所示，图中Tr为电源变压器，用来将市电220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。
设V为整流二极管，令它为理想二极管，R L为要求直流供电的负载等效电阻。
由图可见，负载上得到单方向的脉动电压，由于电路只在u2的正半周有输出，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。
（二）桥式整流电路为了克服半波整流的缺点，常采用桥式整流电路，如下图所示，图中V1、V2、V3、V4四只整流二极管接成电桥形式，故称为桥式整流。
1.工作原理和输出波形设变压器二次电压u2=21/2U2sinωt，波形如电压、电流波形图(a)所示。
在u2的正半周，即a点为正，b 点为负时，V1、V3承受正向电压而导通，此时有电流流过R L，电流路径为a→V1→R L→V3→b，此时V2、V4因反偏而截止，负载R L上得到一个半波电压，如电压、电流波形图(b)中的0～π段所示。
若略去二极管的正向压降，则u O≈u2。
电压、电流波形在u2的负半周，即a点为负b点为正时，V1、V3因反偏而截止，V2、V4正偏而导通，此时有电流流过R L，电流路径为b→V2→R L→V4→a。
这时R L上得到一个与0～π段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的π～2π段所示，若略去二极管的正向压降，uＯ≈－u2。
电工学(少学时)(第二版)学习辅导与习题全解(唐介)第813章习题
院系 年级专业 学生姓名 学号2012年春季《电工学》习题（下）第8章 直流稳压电源习题一、单项选择题1．图示二极管为理想元件，u i =10sin ωt V ，U =5V ，当ωt =2π瞬间，输出电压u O 等于( )。
A ）0V B ）10V C ）5Vu iRUDu O+-+-+-题1图Ω100k Ω18k Ω6k Ω2AP 1512VB题2图2．电路如图所示，A 点与B 点的电位差U AB 约等于( )。
A ） B ）－ C ） D ）3．电路如图所示，二极管D 1、D 2为理想元件，V o =0V ， V 2=2V 。
则在电路中（ ）。
A ）D 1起箝位作用，D 2起隔离作用 B ）D 1起隔离作用，D 2起箝位作用C ）D 1、D 2均起箝位作用 D ）D 1、D 2均起隔离作用D 1D 2RV 2V -12V u O题3图4．二极管的最高反向工作电压是100V ，它的击穿电压是（ ）。
A ）50V ； B ）100V ； C ）150V5．电路如图所示，二极管D 的正向压降为，反向工作峰值电压U RWM =100V ，反向峰值电流I RM =10μA ，电源U S =100V ，负载电阻R L =10 kΩ，则电压u o 为（ ）。
A ） V B ）10 V C ） VR LDU S u O+-+-题3图D 1D 215V 12V R+-+-题3图6．电路如图所示，二极管D 1、D 2为理想元件，判断D 1、D 2的工作状态为（ ）。
A ）D 1导通，D 2截止 B ）D 1导通，D 2导通 C ）D 1截止，D 2导通 D ）D 1截止，D 2截止 7．若用万用表测二极管的正、反向电阻的方法来判断二极管的好坏，好的管子应为 ( )。
A ）正、反向电阻相等 B ）正向电阻大，反向电阻小 C ）反向电阻比正向电阻大很多倍 D ）正、反向电阻都等于无穷大8．整流电路如图所示，输出电压平均值U O 是18V ，若因故一只二极管损坏而断开，则输出电压平均值U O 是（ ）。
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将交流电转换为直流电，并通过控制电路保持输出电压恒定的电子设备。
它主要由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路和控制电路等部分组成。
首先，交流电经过步进变压器降压为适当电压，然后经过整流电路将交流电转换为直流电。
整流电路可以采用单相或者三相整流桥等结构，将交流电的负半周期或者全波周期转换为正半周期的脉冲波形。
接下来，滤波电路对脉冲波形进行滤波处理，去除掉波形中的纹波成分，使电压平滑、稳定。
滤波电路通常由电容器和电感器组成，起到平滑输出电压的作用。
稳压电路是保持输出电压恒定的关键部分，其原理是通过对输出电压进行反馈监测，并通过控制电路调整输入电压或者输出电流来实现稳压。
通常使用运算放大器或者比较器来实现反馈控制，根据输出电压与设定值之间的差异来控制稳压电路。
控制电路根据需求对稳压电源进行额外的保护设计，如过载保护、短路保护、过压保护和过温保护等。
这些保护装置可以确保电源在异常情况下自动停止运行，以避免电源或负载损坏。
最终，经过以上各个部分的处理，直流稳压电源可以实现输出电压恒定、纹波较小、负载波动较小的稳定直流电源供应。
它广泛应用于电子设备、仪器仪表、通信设备等领域，为各种电子设备提供可靠的电源供应。
直流稳压电源
140 第7章 直流稳压电源在各种电子电路中，通常需要直流电源。
前面各章节介绍的晶体管放大器、集成运算放大器以及功率放大器等等，都用的是直流电源供电，而发电厂、变电站输送的是交流电．这就需要将交流电变成直流电。
直流稳压电源能够将电网提供的交流电转换成稳定的直流电，作为各种电子电路的直流电源。
对直流电源的主要要求是：一是输出电压的幅值稳定，即当电网电压或负载电流波动时输出电压能基本保持不变；二是输出电压纹波要小；三是交流电变换成直流电时的转换效率要高；四是要具有保护功能，若输出电流过大，或输入交流电压过高，都会使整流管或电路中的晶体管受到损坏，因此电路应具有必要的自我保护功能。
本章首先介绍常用的整流、滤波和稳压电路，再着重介绍线性稳压电源和开关稳压电源。
7.1 直流稳压电源的基本组成及工作原理这里所讨论的直流稳压电源实际是一种单相小功率电源，它将频率为50赫兹、有效值为220伏的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流较小的直流电压。
7.1.1 直流稳压电源的基本组成一个性能良好的单相小功率直流稳压电源通常由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。
如图7-1所示为直流稳压电源的组成框图。
由于大多数电子设备所需的直流电压一般为几至几十伏，而交流电网提供的220伏（有效值）电压相对较大，变压器的作用是将电网提供的220伏、50赫兹的交流电压降压，以适合直流稳压电源的需要。
另外，变压器还可以起到将直流电源与电网隔离的作用。
图7-1 直流稳压电源的组成框图将交流电变为脉动的直流电的过程叫做整流。
整流电路的作用是将降压后的交流电压转换为单极性的脉动电压。
整流电路的输出是脉动电压，这种脉动电压中虽然包含有较大的直流电压成分，但它也含有丰富的交流成分（称为纹波）。
这种脉动电压不能作为电子电路的直流电源。
需要对脉动电压进行平滑处理，也就是对脉动电压进行滤波。
直流稳压电源常用电容或电感来进行滤波，属于无源滤波电路。
第8章直流稳压电源习题及答案
图8.17（a）
图8.17（b）
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第 பைடு நூலகம் 章 半导体器件
【解】( 1 ) 在 0≤ωt ＜π半个周期内，电压 a 电位最高， b点电位最低。此时二极管 D1 承受正向电压而导通，二极管 D2承受反向电压而截止，电流自 a 点经 D1 通过负载 RL 而由 O 点返回。在π≤ωt＜2π半个周期内，a 点电位最低，b 点 电位最高，此时 D1 反向截止，D2 正向导通，电流自 b 点经 D2 通过负载 RL 而由 O 点返回。可见，当电源电压交变一次，两 只二极管在正，负半周各自轮流通，从而使负载得到了单向流 动的全波脉动电流和电压。
【解】 （1）负载直流电压
UO 1.2 U2 1.215 V 18 V
负载直流电流
IO
UO RL
18 A 0.06 300
A
图8.4
（2）二极管平均电流
ID
1 2
IO
1 0.06 2
A 0.03
A
一般取
IF 2ID 2 0.03A 0.06 A
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第 8 章 半导体器件
（2）负载直流电压平均值
1
UO 2
0
2U2 sin t dt
2
U2 0.45 U2
（3）二极管电流也就是负载电流，其平均值为
ID
IO
UO RL
0.45
U2 RL
（4）在负半周期，整流元件D所受的最大反向电压
URm U2m 2 U2
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第 8 章 半导体器件
8.2.7 图8.17（a）(教材图 8.06 )为一全波整流电路，试 求： （1）在交流电压的正，负半周内,电流流通的路径；
模拟电子技术_第八章 直流稳压电源
第8章
集成直流稳压电源
封装
塑料封装
金属封装
CW7805 1 2 3
CW7905 1 2 3
1
2 3
UI GND UO
GND UI UO
符号
1
+ CW7800 +
2
_
3 CW7900 1
_
2
3
第8章
集成直流稳压电源
二、CW7800 的内部结构和基本应用电路
O
2
t
0.9U2 UO 2U2
通常取 UO = 1.2U2 RC 越大 UO 越大
T 为获得良好滤波效果，一般取： RLC ( 3 ~ 5) 2 (T 为输入交流电压的周期)
第8章
集成直流稳压电源
[例 8.1.1] 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率 f = 50 Hz， 负载电阻 RL = 40 ，要求直流输出电压 UO = 20 V，选择整流 二极管及滤波电容。 U O 20 U2 17 V [解] 1. 选二极管 1. 2 1. 2
78L ×× / 79L ×× — 输出电流 100 mA 78M×× / 9M×× — 输出电流 500 mA
78 ×× / 79 ×× — 输出电流 1.5 A
例如： CW7805 输出 5 V，最大电流 1.5 A
CW78M05 输出 5 V，最大电流 0.5 A
CW78L05 输出 5 V，最大电流 0.1 A
第 8章
集成直流稳压电源
8.1 单相整流滤波电路
8.2 8.3 线性集成稳压器 开关集成稳压电源
第8章
小
结
第8章 集成直流稳压电源 8.1
引
单相整流滤波电路
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
第8章 直流稳压电源-习题解答
Uz
R1
U 0max R2
R3
R3
U 0max
R1
R2 R3
R3
Uz
24 V
当 R2 滑动头滑到最上方时，调整过程与上述相反，U0 输出将达到最小。
U 0min
R1 R2 R3 R2 R3
Uz
12 V
因此 U0=12～24V
8.14 利用 W7805 固定输出集成稳压器, 通过外接电路来改变输出电压值, 电路
u1
u2
T
C
Ui
IE
IRL
IR
R1
IR1
R
R2 RL
u0
uf
Dz
R3
题 8.13 图
【解】 (1)根据桥式整流电容滤波电路经验公式
U i = 1.2U 2
有
U2
=
Ui 1.2
=
30 1.2
=
25V
(2)当 R2 滑动头滑到最下方时，反馈信号 uf 最弱，运放器净输入信号最强， 其输出信号最强，即调整管 T 的基极电位最高，则 IB 最大，IC 最大，调整管的 UCE 电压最小，所以，此时 U0 输出最大。
②半波 ③桥式
（3）电路如题 8.2（3）图所示，Uz 为稳压管 Dz 的稳定电压，当 UI > Uz 时， 能保持 RL 两端电压为 Uz 的电路为( b )。
8.3 判断题
题 8.2（3）
（1）整流电路可将正弦电压变为脉动的直流电压。（ √ ）
（2）电容滤波电路适用于小负载电流，而电感滤波电路适用于大负载电流。
（√ ）
（3）在单相桥式整流电容滤波电路中，若有一只整流管断开，则输出电压
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第8章 直流稳压电源
图8-3 单相全波整流电路 （a） 整流电路图; （b） 电路中电压、 电流波形
第8章 直流稳压电源
按单相半波整流电路的分析方法， 可得输出电压 平均值、 输出电流平均值为单相半波整流的2倍， 二 极管中的平均电流值为
第8章 直流稳压电源
第8章 直流稳压电源
8.1 概述 8.2 整流电路 8.3 滤波电路 8.4 线性稳压电路 8.5 开关稳压电源 8.6 单相可控硅整流电路 小结
第8章 直流稳压电源
8.1 概 述
一般电子设备所需的直流稳压电源都由电网中的 50 Hz /220 V交流电转化而来。 图8-1为线性直流稳压 电源的结构框图。 可见50 Hz/220 V交流电经变压器变 压后， 被由二极管组成的电路整流成脉动的直流电， 再经滤波网络平滑成有一定纹波的直流电压， 对于性 能要求不高的电子电路， 滤波后的直流电压就可以应 用了， 但对于稳压性能要求较高的电子电路， 滤波后 再加一级集成稳压环节。 这样加到负载上的直流电压 纹波就非常低了。
S UO1M U o ( av )
（8-4）
半波整流电路虽然电路结构简单， 但效率低， 输出 脉动大， 因此很少单独用作直流电源。
第8章 直流稳压电源
8.2.2 单相全波整流电路 图8-3（a）为电阻性负载单相全波整流电路。 8-3
（b）为电路中电压、 电流波形。 电路中T为带中心抽 头的变压器， VD1、 VD2为整流二极管， RL为负载电阻。
U o ( av )
2
2
U
2
0.9u2
（8-7）
第8章 直流稳压电源
(2) 流过二极管的平均电流ID(av)。 由于VD1 、 VD3 和VD2、 VD4轮流导通， 因此流过每个二极管的平均电 流只有负载电流的一半， 即
I D(av)
1 2
I o ( av )
1 2
U o ( av ) RL
（8-8）
第8章 直流稳压电源
参数计算如下： (1) 输出平均电压Uo（av）。 这是指输出电压uo在一 个周期中的平均值， 即
U o ( av )
1
2
0
2U2 sintd (t)
2
0.45u2
（8-1）
第8章 直流稳压电源
(2) 输出电流平均值Io（av）。 输出电流等于流过二 极管的电流， 两者的平均值也相等， 为
Uo（av）≈1.2 U2
(8-11)
第8章 直流稳压电源
例8-1 在单相桥式整流电容滤波电路中， 已知交流 电源的频率f=50 Hz， 要求输出直流电压40 V， 输出电 流40 mA。 试选择整流二极管及滤波电容。
第8章 直流稳压电源
8.3.2 其他形式的滤波电路
1． RC Π型滤波器
图8-6所示是RCΠ型滤波器。 图中C1电容两端电压 中的直流分量， 有很小一部分降落在R上， 其余部分 加到了负载电阻RL上； 而电压中的交流脉动， 大部分 被滤波电容C2衰减掉， 只有很小的一部分加到负载电 阻RL上。 此种电路的滤波效果虽好一些， 但电阻上要 消耗功率， 所以只适用于负载电流较小的场合。
I D(av)
1 2
I o ( av )
U o ( av ) 2 RL
二极管承受的最大反相电压为
（8-5）
U RM 2 2U2
（8-6）
第8章 直流稳压电源
8.2.3 单相桥式整流电路 图8-4（a）为单相桥式整流电路， 图8-4（b）为习
惯画法， 其中VD1～ VD4为四个整流二极管， 也常称 之为整流桥。
第8章 直流稳压电源
8.3 滤 波 电 路
8.3.1 电容滤波电路 在整流电路中， 把一个大电容C并接在负载电阻
两端就构成了电容滤波电路， 其电路和工作波形如图 8-5所示。
第8章 直流稳压电源
图8-5 桥式整流电容滤波电路及波形 （a） 电路; （b） 电压、 电流工作波形
第8章 直流稳压电源
第8章 直流稳压电源
(3) 二极管承受的最高反向峰值电压URM。 当u2上 正下负时， VD1 、 VD3导通， VD2、 VD4截止， VD2 、 VD4相当于并联后跨接在u2上， 因此反向最高峰值为
U RM 2U2
（8-9）
单相桥式整流电路只比全波整流电路多用了两个二 极管， 由于二极管的反向耐压值要求较低， 因此电路 的效率较高。
第8章 直流稳压电源
图8-1 直流稳压电源框图
第8章 直流稳压电源
8.2 整 流 电 路
8.2.1 单相半波整流电路 图8-2（a）为电阻性负载， 单相半波整流电路。
图8-2（b）为电路中电压、 电流的波形。 电路中T为 电源变压器， VD为整流二极管， RL为负载电阻。
第8章 直流稳压电源
图8-2 单相半波整流电路 （a） 电路； （b） 工作波形
经上述分析可知， 由于在二极管截止期间电容Ｃ
向负载电阻缓慢放电， 使得输出电压的脉动减小， 结
果平滑了许多。 输出电压平均值也得到了提高。 显然
RLC的值越大， 滤波效果越好， 当负载开路时
（RL=∞）， Uo(av) 2U2
波效果， 一般取
。 为了取得良好的滤
RLC
(3
~
5)
T 2
(8-10)
式中， T为交流电源的周期。 此时的输出电压平均值为
第8章 直流稳压电源
图8-4 单相桥式整流电路 （a） 电路图; （b） 简化画法; （c） 电压、 电流波形
第8章 直流稳压电源
图8-4 单相桥式整流电路 （a） 电路图; （b） 简化画法; （c） 电压、 电流波形
第8章 直流稳压电源
桥式整流电路各参数计算如下： (1) 输出平均电压Uo（av）。 由uo波形可知， 桥式整 流是半波整流的2倍， 即
I o ( av )
I D(av)
U o ( av ) RL
（8-2）
(3) 二极管承受的最高反向峰值电压URM。 u2负半 周时二极管截止， uD=u2， 因此
U RM 2u2
（8-3）
第8章 直流稳压电源
(4) 脉动系数S。 由于输出是脉动的直流电压， 即 直流分量上还叠加着许多交流分量。 脉动系数S定义 为输出基波幅值UO1M与输出平均电压Uo（av）之比， 即
第8章 直流稳压电源
图8-6 RCΠ型滤波器