第10章 直流稳压电源 (2)
简述直流稳压电源的组成和工作原理。
直流稳压电源是一种将交流电源转换为直流电源的装置，其组成和工作原理如下：
组成：
直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
电源变压器：将电网的交流电压转换成所需等级的交流电压，以满足整流电路和输出直流电压的要求。
整流电路：利用整流元件（如硅整流二极管）的单向导电性，将交流电转换为脉动的直流电。
滤波电路：利用电容元件的储能作用，将脉动的直流电平滑化，得到比较平滑的直流电压。
稳压电路：利用稳压元件（如硅稳压管）的电压调整作用，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来稳定输出直流电压。
工作原理：
第一步，变压器：是直流稳压电源中最重要的组成部分之一。
其主要作用是将电网提供的交流电压转换为适合整流电路使用的交流电压。
通过调整变压器的变比，可以得到满足要求的交流电压。
第二步，整流滤波：利用整流二极管的单向导电性，将交流电转换为脉动的直流电。
同时，通过滤波电容将脉动的直流电中的交流成分滤除，得到比较平滑的直流电压。
第三步，稳压：利用稳压管两端的电压稍有变化就会引起其电流有较大变化的特性，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出直流电压的目的。
电工学(第七版)_秦曾煌_全套课件_18.直流稳压电源-2
18.3.1 稳压管稳压电路
1. 电路
R IO RL UO
+ u –
+ + C UI DZ –
+
–
2. 工作原理 UO = UZ IR = IO + IZ
设负载RL一定， UI 变化 UI UZ IZ IR UO 基本不变 IRR
输入与输 出之间的电 压不得低于 2V，一般在 5V左右。
用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。
为了瞬时增减负载电流 时，不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。
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(2) 同时输出正、负电压的电路
+ W7815 3 Ci 0.33F 1 2 CO 1F +15 V
稳压的实质： UCE 的自动调节使输出电压恒定
调整 比较 基准 元件 放大 电压
取样 电路
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稳压原理:
+
+ UCE1– – T1 R2 + UBE1 R3
R1
IO
Ui
–
+ " T R 2 P + UCE RP RL UO + + R'P 2 – U – – BE2 VB R2 UZ DZ 2 –
电路的稳压过程是：当输出电压UO因电网电压或负载的 变动而升高时，由取样电路取出误差电压加到T1基极，而 T1 发射极因稳压管D5的作用而保持稳定，所以 T1的基极电压降
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增大，管子的集电极电流IC随之增大，则在IC1负载电阻R1 、 R2上的压降也增大，结果使复合调整管T2、 T3 得基极电位下 降，管子内阻增大， T3的UCE增大，由于UO=18V–UCE ，使UO 下降，因而保持了UO的稳定。如果UO降低，则上述过程相反， 这时稳压电路使UO上升，以实现稳压。 R1 、C6 、 R2组成两节滤波电路，以滤除T2基极电压波纹。 T2基极所接电阻 R3的作用是防止电路自激。 R4为 T2 的射极负 载电阻, R5担任限流, C8为滤波电容, 用来进一步改善稳压性能。
《模拟电子技术基础》第四版 习题答案10
第十章 直流电源自 测 题一、判断下列说法是否正确，用“√”“×”表示判断结果填入空内。
（1） 直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。
（ ）（2） 直流电源是一种能量转换电路，它将交流能量转换为直流能量。
（ ）（3）在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下，桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。
（ ）因此，它们的整流管的平均电流比值为2:1。
（ ）（4）若U 2为电源变压器副边电压的有效值，则半波整流电容滤波电路和全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压均为22U 。
（ ）（5）当输入电压U I 和负载电流I L 变化时，稳压电路的输出电压是绝对不变的。
（ ）（6）一般情况下，开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。
（ ） 解：（1）× （2）√ （3）√ × （4）√ （5）×（6）√二、在图10.3.1（a ）中，已知变压器副边电压有效值U 2为10V ，23T C L ≥R （T 为电网电压的周期）。
测得输出电压平均值U O （AV ）可能的数值为A. 14VB. 12VC. 9VD. 4.5V选择合适答案填入空内。
（1）正常情况U O （AV ）≈ ；（2）电容虚焊时U O （AV ）≈ ；（3）负载电阻开路时U O （AV ）≈ ；（4）一只整流管和滤波电容同时开路，U O （AV ）≈ 。
解：（1）B （2）C （3）A （4）D三、填空：图T10.3在图T10.3所示电路中，调整管为 ，采样电路由 组成，基准电压电路由 组成， 比较放大电路由 组成， 保护电路由 组成；输出电压最小值的表达式为 ，最大值的表达式为 。
解：T 1，R 1、R 2、R 3，R 、D Z ，T 2、R c ，R 0、T 3；)( )(BE2Z 3321BE2Z 32321U U R R R R U U R R R R R +++++++，。
第十章 直流电源答案
科目:模拟电子技术题型:填空题章节:第十章 直流电源难度:全部-----------------------------------------------------------------------1. 稳压电路的主要作用是 稳定输出电压 。
2. 在直流电源中，在变压器副边电压相同的条件下，若希望二极管承受的反向电压较小,而输出直流电压较高，则应采用 倍压 整流电路。
3. 在直流电源中，负载电流若为200mA ，则宜采用 电容 滤波电路。
4. 在负载电流较小的电子设备中，为了得到稳定的但不需要调节的直流输出电压，则可采用 硅稳压或硅二极管 稳压电路或集成稳压电路。
5. 为了适应电网电压和负载电流变化较大的情况，且要求输出电压可以调节，则可采用 串联 晶体管稳压电路或可调的集成稳压器电路。
6. 在电容滤波和电感滤波二者之中， 电感 滤波选用大电流负载。
7. 在电容滤波和电感滤波二者之中， 电容 滤波的直流输出电压高。
8. 具有放大环节的串联型稳压电路在正常工作时，调整管处于 放大 工作状态。
9. 具有放大环节的串联型稳压电路在正常工作时，若要求输出电压为18V ，调整管压降为6V ，整流电路采用电容滤波，则电源变压器次级电压有效值应为 20 V 。
10. 单相桥式整流电路，变压器的副边电压是U 2，则输出电压的平均值 U 0 = 0.9 U 2 。
11. 单相桥式整流电路，变压器的副边电压是U 2，加入电容滤波器后，则输出电压的平均值 U 0 = 1.2U 2 。
12. 小功率直流电源一般由电源变压器、 整流 、滤波、稳压四部分组成。
13. 直流电源能将电量变为直流电量，实质上是一种 能量 转换电路。
14. 单相半波整流电路和桥式整流电路相比，在变压器次级电压相同条件下， 桥式整流 电路的输出电压平均值高了一倍。
15. 若变压器次级电压有效值为U 2，每个整流管的反向峰值电压记作U RM ，则半波整流电路的U RM = 22U 。
第10章 直流电源习题解答
第10章直流电源10.1教学基本要求10.1.1 基本要求（1）掌握单相桥式整流电路的工作原理和主要参数计算，了解单相半波整流电路的工作原理、主要参数计算及二极管的选择（2）掌握电容滤波电路的工作原理和主要参数计算，滤波电容的选择原则，了解电感滤波电路及其它形式的滤波电路的特点及各种滤波器的性能比较（3）理解硅稳压管稳压电路的工作原理，稳压系数和输出电阻的估算，稳压电路中限流电阻R的选择(4)掌握串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算，掌握三端固定式输出集成稳压器及其应用,了解三端可调输出集成稳压器及其应用(5)了解开关稳压电路的工作原理及集成开关稳压器及其应用10.1.2 重点难点及考点（1）本章重点单相桥式整流电路的工作原理和主要参数计算，电容滤波电路的工作原理和主要参数计算，串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算，三端固定式输出集成稳压器及其应用。
（2）本章难点电容滤波电路的工作原理和主要参数计算，串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算。
（3）本章主要考点单相桥式整流电路的工作原理，输出直流电压与输入交流电压有效值间的关系，二极管的选择。
电容滤波电路的主要参数计算，滤波电容的选择。
串联型直558559流稳压电路的组成、工作原理及参数计算。
三端固定式输出集成稳压器及其应用。
1.2典型题型精解10.2 单相桥式整流电路如图10.2.1所示，若输出直流电压U O =9V ，输出直流电流I O ＝1A ，试求：(1) 变压器二次电压有效值U 2； (2) 整流二极管最大反向峰值电压U RM ； (3) 流过二极管正向平均电流I D 。
图10.2.1 题10.2图分析方法：单相桥式整流电路的输出电压的平均值(输出直流电压)2O 9.0U U =，二极管最大反向峰值电压2RM 2U U =，二极管正向平均电流L2O D 45.02R U I I ==，这里的U 2是变压器二次电压有效值。
直流稳压电源
摘要开关电源以其高效率、小体积等优点获得了广泛应用。
传统的开关电源普遍采用电压型脉宽调制(PWM)技术，而近年电流型PWM技术得到了飞速发展。
相比电压型PWM，电流型PWM具有更好的电压调整率和负载调整率，系统的稳定性和动态特性也得以明显改善，特别是其内在的限流能力和并联均流能力使控制电路变得简单可靠。
直流稳压电源是常用的电子设备，它能保证在电网电压波动或负载发生变化时，输出稳定的电压。
一个低纹波、高精度的稳压源在仪器仪表、工业控制及测量领域中有着重要的实际应用价值。
信号源产生控制信号，该信号有它激或自激电路产生。
比较放大器对给定信号和输出反馈信号进行比较运算，控制开关信号的幅值，、频率、波形等，通过驱动器控制开关器件的占空比，以达到稳定输出电压值的目的。
DC/DC变换器用以进行功率变换，它是开关电源的核心部分。
除此之外，开关电源还有辅助电路，包括启动、过流过压保护、输入滤波、输出采样、功能指示等电路。
开关电源典型结构有串联开关电源结构、并联开关电源结构、正激开关电源结构、反激开关电源结构、半桥开关电源结构、全桥开关电源结构等。
这里重点介绍一下反激开关电源结构。
所谓单端是指只有一个脉冲调制信号功率输出端一漏极D。
反激式则指当功率MOSFET 导通时，就将电能储存在高频变压器的初级绕组上，仅当MOSFET关断时，才向次级输送电能，由于开关频率高达100kHz，使得高频变压器能够快速存储、释放能量，经高频整流滤波后即可获得直流连续输出。
这也是反激式电路的基本工作原理。
而反馈回路通过控制TOPSwitch器件控制端的电流来调节占空比，以达到稳压的目的。
稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许输入电压、输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输出直流电压的稳定程度，包括稳压系数（或电压调整率）、输出电阻（或电流调整率）、纹波电压（纹波系数）及温度系数。
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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。
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(3)、输出特性(外特性): UL
1.4U2
电容滤波 纯电阻负载
0.9U2
0
IL
输出波形随负载电阻RL或C的变化而改变,U0和 纹波也随之改变。 如:RL愈小(I0越大),U0下降多,纹波增大。
IC 2 I2 CO IO
+ + U – I1 R Ci UI _
W78XX I3 3
+ UO _
（5）恒流源电路
1 + UI _ 2 + UXX _
W78XX Ci 3
R
IQ
IL
RL
U I L I Q R
IL与负载电阻无关，当器件选定后，UXX为一定 值，因此IL为恒流输出。
10.4 开关型稳压电源
整流电路为电 容充电
D2 u2
t1
t
充电结束
没有电容时的 输出波形
u0
t
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C
S RL u0
b
RL接入（且RLC较大）时
D2 u2
忽略整流电路内阻 电容通过RL放电， 在整流电路电压小 于电容电压时，二 极管截止，整流电 路不为电容充电， u0会逐渐下降。
t
u0
t
a
u1
u1
• 内部有过热保护 • 内部有过流保护 • 调整管设有安全工作区保护
输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。
4. 三端固定输出集成稳压器的应用 (1) 输出为固定电压的电路 输出为固定正电压时的接法如图所示。 1 2 W7805 输入与输 + + 3 出之间的 0.1~0.33F Ui Ci CO UO 电压差取 1F 3～5V！ _ _ 用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 为了瞬时增减负载电流 时不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。
URM 2U2
试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开
时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？ 如果D2 或D4因击穿短路，后果又如何？
+ u _
D2 D1
u
+ RL uo _ o
π 2π 3π 4π
t
t
~
D3
D4
uo
o
π 2π 3π 4π 解：当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导 通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时， D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压， uo =0。
2. 选择滤波电容器 取 RLC = 5 T/2 1 50 RLC 5 0.05 S 2 已知RL = 200
~
+ u –
+
C RL
+ uo –
可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器
0.05 0.05 6 C 250 10 F 250F RL 200
电感滤波
L
~
+ u2 –
RL
+ uo –
优点：整流管的导电角度大，峰值电流小， 输出特性比较平坦。 缺点：由于铁芯的存在，体积大，笨重。 适用场合：低压、大电流场合。
10.3 串联型线性集成 稳压电路
常用稳压电路 (小功率设备) 稳压管 稳压电路 线性 稳压电路
开关型 稳压电路
在小功率设备中常用的稳压电路有稳压管稳压 电路、线性稳压电路和开关型稳压电路等。其中稳 压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只 提供基准电压，不作为电源使用。线性稳压电源稳 定性好，纹波笑，但效率低；开关型稳压电源效率 较高，体积小，在电子设备、家用电器、计算机中 用的比较多。
输出可调电压（1. 25 ~ 37 V 连续可调）
2. 外形及引脚功能
塑料封装
2 —输出端 3 —地 1—输入端 W7800系列稳压器外形
2 —输出端 3—输入端 1— 地 W7900系列稳压器外形
3. 性能特点（7800、7900系列） • 输出电流超过 1. 5 A（加散热器）
• 不需要外接元件
u2
D4
D1 D3
C
S RL u0
b
RL接入（且RLC较大）时
D2 u2
忽略整流电路内阻
t
只有整流电路输出电 压大于u0的时间区间， u0 才有充电电流。因此 整流电路的输出电流 是脉冲波。
整流电路的 输出电流
t
2、电容滤波电路的特点
(1) 输出电压U0与时间常数RLC有关
RLC愈大电容器放电愈慢U0(平均值)愈大， T 一般取τ d RLC (3 5) (T:电源电压的周期) 2 近似估算:U0=1.2U2。 (2) 流过二极管瞬时电流很大
到平滑输出电压波形的目的。
方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串 联)。
电容滤波电路 1、滤波原理
以单相桥式整流电容滤波为例进行分析，其电 路如图所示。
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3 C D2
S u0 RL
b
桥式整流电容滤波电路
a
u1
u1
u2
D4
D1 D3
C
S u0 RLbRL未接入时 忽略整电路内阻 设t1时刻接 通电源
整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理： 利用二极管的单向导电性
常见的整流电路：
半波、全波、桥式；单相和三相整流等。
分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
10.2.1 单相桥式整流电路
1、工作原理
+ T
D4 u2 D3 D2 D1
u2正半周时 电流通路
1 1 U O 1 30 I D IO 0.075 A 2 2 RL 2 200 变压器副边电压的有效值 U U O 30 25V 1.2 1.2 二极管承受的最高反向电压
U DRM
可选用二极管 2U 2 25 35 V I =150mA U =70V OM DRM
前述的串联反馈式稳压电源由于调整管工作 在线性放大区，因此其功率损耗大，电源效率低。 为了克服上述缺点，可采用开关型稳压电源。开 关型稳压电源中的晶体管工作在饱和导通和截止 两种开关状态，管耗较小，电源效率大大提高， 其体积小、重量轻。 10.4.1 串联降压型开关稳压电源
串联降压型开关稳压电源由开关调整管、滤波 器、比较放大器和脉宽调制器等环节组成。开关 调整管是一个由脉冲uP控制的电子开关。
第10章 直流稳压电源
10.1 直流稳压电源的组成 10.2 单相整流滤波电路 10.3 串联型线性集成稳压电源 10.4 开关型直流稳压电源
10.1 直流稳压电源的组成
小功率直流稳压电源的组成
变压 交流电源
u2 u3 u4
整流
滤波
稳压 负载
uo
功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
10.2 单相整流滤波电路
uP＝1时，开关闭合， uPO =UI；
uP＝0时，开关断开， uPO＝0；
脉冲电压的占空比D=ton/T
uPO仍是一个脉冲高度为UI、脉宽由uP控制(等于 u P脉宽)、频率与u P相同的矩形脉冲电压。滤波 器由电感电容组成，对脉冲电压uPO进行滤波， 得到纹波(波形脉动部分的峰—峰值)很小的直流 输出电压UO，其值为 UO=DUI
0.9U2 IL RL
3、整流元件的选择
平均电流(ID)与反向峰值电压(URM)是选择二 极管的主要依据。 例如， 在桥式整流电路中，每个二极管只有 半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电 流 ID 是负载平均电流的一半。
1 U2 ID I L 0.45 2 RL
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
10.3.2三端固定式输出集成稳压器及其应用
单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使 用灵活,价格低廉等优点。
最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共
引出端,故称之为三端固定式集成稳压器。
1. 分类 三 端 稳 压 器
输出正电压 78XX 输出固定电压 输出负电压 79XX XX两位数字为输出电压值
例：有一直流负载，要求电压为27V,电流为 90A。采用单相桥式整流电路，试选用所需 的整流元件。 解：根据给定条件，整流元件所通过的电流
1 1 ID I L 90 45 A 2 2
整流元件所承受的最大反向电压
U RM
UL 27 2U 2 2 2 42V 0.9 0.9
uE
uC
+ -
+
uP
如UO
uE
ton
UO
D
频率固定，调节脉宽的控制方 法称为脉冲宽度调制(PWM)法。
串联降压型开关稳压电源原理图
如UO UO
uE D
ton
10.4.2 无工频变压器型开关稳压电源
t
uD4,uD2
输出是脉动的直流电压！
uD3,uD1
t
uo
t
2、负载上的直流电压UL和直流电流IL的计算 uL
t
a
IL + u2 –
4 3 1
负载电压 UL的平均值为:
b
2
+ UL RL –
1 2 2U2 U L 2U 2sintdt 0.9U2 0
负载上的(平均)电流:
~