电子设备所需的直流电源,一般都是采用由交流电网供电,
什么是直流电源和交流电源
什么是直流电源和交流电源直流电源（直流供电）是指电流在电路中的方向保持不变的电源。
与之相对的是交流电源（交流供电），电流在电路中的方向时刻改变的电源。
直流电源是由直流发生器或者通过变换器将交流电转换为直流电而得到的。
直流电源一般由以下几个基本部分构成：变压器、整流器、滤波器和稳压器。
变压器是将输入的电压进行变换的装置，通常有升降压的功能。
通过变压器，输入电源的电压可以被调整为适合设备的工作电压。
整流器是将交流电转换为直流电的装置，它通过控制电流的方向，使电流只能单向通过。
常见的整流器有单相整流器和三相整流器。
滤波器是用来平滑输出电流的装置，它能够消除直流电压中的脉动并减少输出电压中的噪声。
滤波器一般由电容器和电感器组成。
稳压器是用来稳定输出电压的装置，它能够根据负载的变化自动调整电压，以保证稳定的输出电压。
稳压器可以采用电阻调节、线性电路调节或者开关电源调节等不同的方式。
直流电源具有以下特点：1. 直流电源输出电流稳定，对于需要稳定电源的设备非常适用。
2. 直流电源表示方法简单直观，通常以电压值（如12V、24V）来表示。
3. 直流电源易于控制和调节，可以根据需要进行电压和电流值的调整。
4. 直流电源电能损耗相对较低，有效提高能源利用率。
交流电源是指电流方向随时间周期性变化的电源，通常由电网提供。
交流电源具有以下特点：1. 交流电源可以方便地进行输送和分配，适用于长距离输电。
2. 交流电源能够通过变压器实现升降压，在不同地区提供适合的电压。
3. 交流电源输出电压频率固定，通常是50Hz或60Hz，适用于大部分电器设备。
4. 交流电源易于与其他电源连接，方便设备之间的互联互通。
在现实生活中，直流电源和交流电源的应用非常广泛。
直流电源主要用于电子设备中，如计算机、手机、电视等。
交流电源则广泛应用于家庭、工业、交通等各个领域。
总结起来，直流电源和交流电源是供电系统中常见的两种类型，它们在电流方向、输出特性、应用场景等方面有所不同。
直流电源的工作原理及应用
直流电源的工作原理及应用一、引言在现代电子设备和工业自动化中，直流电源作为一种常见的电源形式得到广泛应用。
直流电源通过将交流电转换为直流电，为电子设备提供稳定可靠的电压与电流。
本文将介绍直流电源的工作原理及其在各个领域的应用。
二、直流电源的工作原理直流电源由以下几个主要部分组成： 1. 变压器：将输入的交流电转换为所需的低频交流电。
2. 整流器：将低频交流电转换为直流电。
3. 滤波器：消除直流电中的脉动，提供稳定的输出电压。
2.1 变压器工作原理变压器是直流电源的重要组成部分，它通过改变输入交流电的电压大小来满足不同设备的需求。
变压器基本工作原理如下： - 输入线圈：由输入电源提供电流，通过线圈中的电磁感应作用，将交流电供给输出线圈。
- 输出线圈：通过与输入线圈共享磁场，输出线圈将电能转化为输出电流。
2.2 整流器工作原理整流器负责将输入的交流电转换为直流电。
常见的整流器有以下两种类型： 1. 单相整流器：适用于低功率的直流电源。
基本原理是使用二极管将交流电转换为单向的脉动直流电。
2. 三相整流器：适用于高功率的直流电源。
其工作原理是通过三相电桥，将三相交流电转换为直流电。
2.3 滤波器工作原理滤波器的作用是消除直流电中的脉动信号，提供稳定的输出电压。
滤波器一般由电容器和电感器组成，通过存储电荷和电流的特性来实现滤波效果。
三、直流电源的应用直流电源广泛应用于各个领域，以下列举了几个常见的应用场景：3.1 通信设备直流电源在通信领域中得到广泛应用。
无线基站、通信终端设备以及通信电源等，都需要直流电源提供稳定的电压和电流。
3.2 汽车电子汽车电子设备对直流电源也有较大需求，例如汽车音响、GPS导航系统和车载充电器等，都需要直流电源来供电。
3.3 工业自动化在工业自动化领域，直流电源被广泛应用于传感器、PLC控制器和变频器等设备，以提供稳定的电能支持。
3.4 太阳能发电系统太阳能发电系统通过光伏电池将太阳能转换为直流电，直流电源作为太阳能发电系统的核心组件，将太阳能转化为可用的电能。
直流稳压电源的研究与设计
图2 分立元件Βιβλιοθήκη 成的串联型稳压电源电路是由运放组成的串联型稳压电源的电路图， 图3是由运放组成的串联型稳压电源的电路图，其工 是由运放组成的串联型稳压电源的电路图 作原理同图2的工作原理类似 的工作原理类似。 作原理同图 的工作原理类似。 可见，稳压过程实质上是一个闭环的电压负反馈过程。 可见，稳压过程实质上是一个闭环的电压负反馈过程。 目前已广泛采用集成电路稳压器来完成稳压过程，使直流 目前已广泛采用集成电路稳压器来完成稳压过程， 稳压电源的设计、安装和调试变得简单、易于实现。 稳压电源的设计、安装和调试变得简单、易于实现。
直流稳压电源的研究与设计
一、实验目的
1. 学会选择变压器、整流二极管、滤波电容及集成稳 学会选择变压器、整流二极管、 器来设计直流稳压电源。 压 器来设计直流稳压电源。 2. 掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法。 掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法。
二、实验原理
电子设备一般都需要直流电源供电。 电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电 除了少数直接利用干电池和直流发电机外， 除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是 采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。 采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。
质量指标1稳压系数sr负载电流io和环境温度不变的情况下输入电压的相对变化和输出电压的相对变化之比2电流调整率si3输出电阻ro当电压和温度不变时因rl变化导致负载电流变化了io相应的输出电压变化了uo两者比值的绝对值为输出电阻ro4温度系数st5纹波电压和纹波抑制比1集成稳压器的选择选择集成稳压器主要依据输出电压负载电流等性能指标
直流稳压电源由电源变压器T、整流、滤波和稳压电路四 部分组成，其原理框图如图1 所示。电网供给的交流电压 u1(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的 交流电压u2，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间 变化的脉动电压u3，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到 比较平直的直流电压uI。但这样的直流输出电压，还会随交 流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求 较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更 加稳定。
直流电源的相关计算
直流电源电子设备一般都需要直流电源供电。
获得直流电源的方法很多，如干电池、蓄电池、直流电机等。
但比较经济实用的办法是，把交流电源变换成直流电源。
这就是我们要讨论的问题。
一般直流电源的组成如下：交流电网→变压器→整流电路→滤波器电路→稳压电路→负载§1 单相整流电路一、单相半波整流1．电路工作原理正半周：2u u o = 0=D uL D o R u i i 2== 负半周：0=o u 2u u D = 0==D o i i 2．直流电压U o 和直流电流I o 计算直流电压Uo 是输出电压瞬时值uo 在一个周期的平均值220220045.02)(sin 221)(211U U t td U t d u dt u T U o T o o ≈====⎰⎰⎰πωωπωπππL L o D o R UR U I I 245.0===3．脉动系数S定义：输出电压基波的最大值U o1m 与输出直流电压值U o 之比 o mo U U S 1=其中U o1m 可通过半波输出电压u o 的富氏级数求得221U U m o = 57.1222221≈===ππU U U U S o m o可见，半波整流电路的脉动系数为157%，所以半波整流的脉动成份很大。
4．选管原则根据二极管的电流I D 和二极管所承受的最大反向峰值电压U RM 进行选择，即：D F I I ≥22U U U RM R =≥5．半波整流的优缺点优点：结构简单，使用元件少 缺点：只利用了电源的半个周期，所电源利用率低，输出的直流成份比较低；输出波形的脉动大；变压器电流含有直流成份，容易饱合。
半波整流只用在要求不高，输出电流较小的场合。
二、单相全波整流1．电路工作原理为提高电源利用率，可将两个半波整流电路合起来组成一个全波整流电路，采用带中心抽头的变压器实现。
2．直流电压U o 和直流电流I o 计算229.022U U U o ≈=πL L o o R UR U I 29.0==3．脉动系数S全波整流输出电压的基波频率为ω2，求得基波最大值为：π32421U U m o =故脉动系数为：67.03222324221≈===U U U U S om o ππ全波整流电路的脉动系数下降到67%。
整流变压器的设计
整流变压器的设计整流变压器是整流设备的电源变压器。
整流设备的特点是原方输入电流，而副方通过整流原件后输出直流。
变流是整流、逆流和变频三种工作方式的总称，整流是其中应用最广泛的一种。
作为整流装置电源用的变压器称为整流变压器。
工业用的整流直流电源大部分都是由交流电网通过整流变压器与整流设备而得到的整流变压器整流变压器是将电网电源转换为整流装置所需要的电源，广泛应用于变频、电化学电解、牵引、传动、直流输电、电镀、充电、励磁、静电除尘及一般工业用整流电源等领域。
整流变压器和普通变压器的原理相同.变压器是根据电磁感应原理制成的一种变换交流电压的设备．变压器一般有初线和次级两个互相独立绕组，这两个绕组共用一个铁芯．变压器初级绕组接通交流电源，在绕组内流过交变电流产生磁势，于是在闭合铁芯中就有交变磁通．初、次级绕组切割磁力线，在次级就能感应出相同频率的交流电.变压器的初，次级绕组的匝数比等于电压比.．如一个变压器的初级绕组是440匝，次级是220匝．初级输入电压为220V，在变压器的次就能得到110V的输出电压．有的变压器可以有多个次级绕组和抽头．这样就可以获得多个输出电压了。
与整流器组成整流设备以便从交流电源取得直流电能的变压器。
整流设备是现代工业企业最常用的直流电源，广泛用于直流输电、电力牵引、轧钢、电镀、电解等领域。
整流变压器的原边接交流电力系统，称网侧；副边接整流器，称阀侧。
整流变压器的结构原理和普通变压器相同，但因其负载整流器与一般负载不同而有以下特点：①整流器各臂在一个周期内轮流导通，导通时间只占一个周期一部分，所以，流经整流臂的电流波形不是正弦波，而是接近于断续的矩形波；原、副绕组中的电流波形也均为非正弦波。
图中所示为三相桥式Y/Y接法时的电流波形。
用晶闸管整流时，滞后角越大，电流起伏的陡度也越大，电流中谐波成分也越多，这将使涡流损耗增大。
由于副绕组的导电时间只占一个周期的一部分，故整流变压器利用率降低。
直流电源系统
直流系统一.概述由交流配电、充电模块、直流馈电、监控模块、蓄电池组成的，电力系统中发电厂、变电所的直流电源系统，我们称之为直流系统。
直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。
直流系统是一个独立的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。
直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性。
直流系统是以电池容量标称,如65AH,100AH常用名称:GZDW-65AH,GZDW-100AH。
蓄电池的分类，目前，应用较多的蓄电池主要有三大类: 铅酸蓄电池、碱性镉镍蓄电池以及阀控式密封铅酸蓄电池。
直流系统在电站中的作用？直流电源是电站非常重要的一种二次设备，它的主要任务就是给继电保护、开关分合及控制提供可靠的直流操作电源，它在发电厂是一个独立的电源，不受交流电源的影响，在全厂失电的情况下仍能保证控制信号、保护自动装置等电源及事故处理工作。
它的正常与否直接影响电站的安全可靠运行。
直流系统的重要性直流系统，像人体的血管一样，遍布全站，保证着电站的安全可靠运行。
直流系统发生故障失灵时，断路器将因失去跳闸的直流电源而不能跳闸切除故障，强大的短路电流将烧坏发电机、主变压器等重要电器设备，造成灾难性的后果。
二.直流系统的组成2.直流系统主要由两大部份组成。
一部份是电池屏另一部份是直流充电屏（直流屏）。
电池屏就是一个可以摆放多节电池的机柜（800×600×2260）。
电池屏中的电池一般是由2V-12V的电池以9节到108节串联方式组成，对应电的电压输出也就是110V或220V。
目前使用的电池主要是阀控式密封免维护铅酸电池。
直流屏主要是由机柜、整流模块系统、监控系统、绝缘监测单元、电池巡检单元、开关量检测单元、降压单元及一系列的交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等配电回路。
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。
电源供电工作原理
电源供电工作原理电源供电是现代电子设备正常运行的基础。
无论是家用电器，还是工业设备，都需要电源供电才能提供所需的电能。
本文将探讨电源供电的工作原理，介绍不同类型的电源供电方式以及其特点。
一、直流电源供电工作原理直流电源是一种常见的电源供电方式，其工作原理基于直流电流的流动。
直流电源通常由电源适配器、电池或者直流稳压电源组成。
在直流电源供电中，电源适配器起到转换交流电为直流电的作用。
它将输入电压通过整流、滤波和稳压电路转化为稳定的直流电压。
这样，电子设备就可以通过直流电源进行供电。
电池也是一种直流电源供电方式，它将储存的化学能转化为直流电能。
电池内的化学反应产生的电子流动形成了直流电流，用于供电。
直流稳压电源则通过稳压电路，控制输入直流电压的稳定性。
它能够将输入的不稳定电压转化为稳定的输出电压，保证电子设备的正常工作。
二、交流电源供电工作原理交流电源是另一种常见的电源供电方式，其工作原理基于交流电的周期性变化。
常见的交流电源包括市电和发电机。
市电交流电源通过输电线路和变压器将电能传输到用户家庭或工业场所。
用户设备通过插座或接线板将交流电源连接到电子设备上，供设备使用。
发电机交流电源是用于一些场所无法接入市电的情况，例如野外工作或灾害救援。
发电机通过燃油、气体或其他能源驱动，产生机械能，然后将机械能转化为电能。
交流电源供电需要注意电压、频率和插座类型的匹配。
不同国家和地区的电网标准存在差异，使用时需确保电源和设备的匹配性，以免损坏设备或引发安全问题。
三、无线电源供电工作原理随着科技的进步，无线电源供电成为了一种新兴的供电方式。
它通过无线传输电能，不需要物理连接。
无线电源供电的工作原理基于电磁感应和共振。
发射端会产生电磁场，而接收端则能够捕捉到电磁场，并将其能量转化为电能，供电给设备。
无线电源供电有助于解决设备之间的连接问题，并提供更大的灵活性和便利性。
例如，无线充电器可以为智能手机或其他设备充电，而不需要插拔线缆，提高了用户体验。
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电子设备所需的直流电源，一般都是采用由交流电 网供电，经“整流”、“滤波”、“稳压”后获得。 整流：指把大小、方向都变化的交流电变成单向脉动的 直流电，能完成整流任务的设备称为整流器。 滤波：指滤除脉动直流电中的交流成分，使得输出波形 平滑，能完成滤波任务的设备称为滤波器。 稳压：指输入电压波动或负载变化引起输出电压变化时， 能自动调整使输出电压维持在原值。
7.2 稳压电路 7.2.1 并联型稳压电路
并联型稳压电路如图7.4所示。
图7.4 并联型直流稳压电路
其稳压过程分述如下： 当交流电网波动而RL未变动时，若电网电压上升，则
Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓ 当电网未波动而负载RL变动时，若RL 减小，则
IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑
图7.7 固定输出三端集成稳压器基本应用电路
(2) 扩展输出电压的应用电路 如果需要高于三端集成稳压器的输出电压，可采用 如图7.8所示的升压电路。
图7.8 提高输出电压电路
在根据稳定电压值选择稳压器的型号时，要求经整流滤 波后的电压要高于三端集成稳压器的输出电压2~3V（输出 负电压时要低2~3V），但不宜过大。
(a) 外形
（b）符号
图7.6 固定输出三端集成稳压器的外形及符号
(1) 基本应用电路 固定输出的三端集成稳压器的基本应用电路如图7.7所示。图
中：C1用以抑制过电压，抵消因输入线过长产生的电感效应并消 除自激振荡；C2用以改善负载的瞬态响应，即瞬时增减负载电流 时不致引起输出电压有较大的波动。C1，C2一般选涤纶电容，容 量为0.1μF至几个μF。安装时，两电容应直接与三端集成稳压器 的引脚根部相连。
本章将介绍串联型稳压电路、开关型稳压电 路的原理和应用。
7.1 整流和滤波电路
7.1.1整流电路 1. 电路组成
单相桥式整流电路如图7.1（a）所示，图7.1（b） 是 其简化电路。
（a） 电路原理图
（b）电路简化图
图7.1 单相桥式整流电路
图7.2 单相桥式整流电路输出波形
3．参数估算
U L
（a）原理图
（b）波形图
图7.3 电容滤波电路
2. 电容滤波的特点
(1) 滤波后的输出电压中直流分量提高了，交流分量降低 了。
(2) 电容滤波适用于负载电流较小的场合。
(3) 存在浪涌电流。可在整流二极管两端并接一只0.01μF的 电容器来防止浪涌电流烧坏整流二极管。
(4) RLC值的改变可以影响输出直流电压的大小。RL开路时， 输出UL约为1.4U2；C开路时，输出UL约为0.9U2；若C的 容量减小，则输出UL小于1.2U2。
(2) 基准单元
基准单元由限流电阻R3与稳压管T3组成。 （3）放大单元
放大由三极管T1组成，它是串联型稳压电路的核 心元件。T1必须选择大功率三极管 。
2. 工作原理 串联型稳压电路的自动稳压过程按电网波动和负载 电阻变动两种情况分述如下：
Ui↑→Uo↑→Uf↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→UCE2↓→ UBE1↓→IB1↓→UCE1↑→Uo↓
2 T
T 2 0
2U 2 sinωtdt
2
2U 2 0.9U 2
IL
UL RL
0.9 U 2 RL
1 IV 2 I L
U DRM 2U 2
因此，二极管最大整流应电流满足IF ≥ IL ；最高反 向工作电压应满足URM ≥U2 。
7.1.2 滤波电路
滤波电路的主要元件是电容和电感，以电容滤波电路最 常用，如图7.3所示。
RL↓→Uo↓→Uf↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→ UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑
当Ui↓或RL↑ 时的调整过程与上述相反。 由上分析可知，这是一个负反馈系统。正因为电路 内有深度电压串联负反馈，所以才能使输出电压稳定。
串联型稳压电路的输出电压Uo，由采样单元的分 压比和基准电压的乘积决定。因此调节电位器RP的滑
并联型稳压电路结构简单，但受稳压管最大电流限 制，又不能任意调节输出电压，所以只适用于输出 电压不需调节，负载电流小，要求不甚高的场合。
7.2.2 串联型稳压电路
1. 电路组成 串联型稳压电路如图7.5所示。电路由四部分组成。
T1
T2 T3
图7.5 串联型稳压电路
(1) 采样单元
采样单元有R1、R2、和RP组成，与负载RL并联， 通过它可以反映输出电压Uo的变化。
集成稳压器有三端及多端两种外部结构形式。输出电 压有可调和固定两种形式：固定式输出电压为标准值，使 用时不能再调节；可调式可通过外接元件，在较大范围内 调节输出电压。此外，还有输出正电压和输出负电压的集 成稳压器。
稳压电源以小功率三端集成稳压器应用最为普遍。常 用的型号有W78××系列、W79××系列、W317系列、 W337系列。
1. 固定输出的三端集成稳压器 固定输出的三端集成稳压器的三端指输入端、输出端及 公共端三个引出端，其外形及符号如图9.9所示。固定输出 的三端集成稳压器W78××系列和W79××系列各有七个品 种，输出电压分别为±5V、±6V、±9V、±12V、±15V、 ±18V、±24V；最大输出电流可达1.5A；公共端的静态电 流为8mA。型号后两位数字为输出电压值 。
Uomin=
R1
R2
R2
RP RP
U
Z
= 36 2
= 9V
故：该串联型稳压电路的输出电压可在9V~18V之 间调节。
3. 稳压电源的主要电参数 4. 基准电路
7.2.3 三端集成稳压器
目前，集成稳压器已达百余种，并且成为模拟集成电 路的一个重要分支。它具有输出电流大，输出电压高，体 积小，安装调试方便，可靠性高等优点，在电子电路中应 用十分广泛。
动端子，可调节输出电压Uo的大小。Uo的调节范围为
Uomax=
R1
R2 R2
RP
U
Z
Uomin=
R1
R2
R2
RP RP
U
Z
[例] 在图7.5中，设稳压管工作电压UZ=6V，采样 单元中R1=R2=RP，试估算输出电压的调节范围。
解：
Uomax=
R1
R2 R2
RP
U
Z
= 3×6 = 18V