数字电路 第七章 直流稳压电源

=
1 π
π 0
2V sinωt d( ωt ) = 2 2 V = 0.9V π
流过负载电阻RL的电流io的平均值Io
Io
=
Vo RL
= 0.9
V RL
流经每个二极管的平均电流
ID
=
1 2
Io
=
0.45
V RL
最高反向电压VDRM VDRm = 2V
纹波系数(脉动系数)kr
kr
=
4 3
2V / 2 2V ≈ 0.67 ππ
vi
2 ωt
vo
2 ωt
io = iD
2 RL
ωt
负载上得到的整流电压是单方向的、大小变化的脉动 电压， vo是一个非正弦周期电压，可用傅里叶级数表 示为
vo =
2 V[1+ π sin ωt − 2 cos 2ωt − 2 cos 4ωt −L]
π
2
3
15
vo的大小常用一个周期的平均值来表示：
∫ vo
止了输出电压的增加。
VI↑→VO↑→Vf↑→VB↓→VCE↑→VO↓
IE VE
R
IB
Vi
VB
VZ
R1
Vf
R2 Vo
RL
R3
2.输出电压调节范围的计算
根据图可知 Vf=VZ
VZ
R1 + R2 + R3 R2 + R3
≤ VO
≤
VZ
R1
+
R2 R3
+
R3
调节R2改变输出电压。
IE VE
R
IB
Vi
VB
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加， 在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而 已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。
(2) 当负载电流变化时如何稳压
负载电流IL的增加，必然引起IR的增加，即VR增 加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR 减小，VR减小，从而使输出电压VO增加。这一稳压过 程可概括如下：
7.3.1 电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来
说明。电容滤波电路如下图所示，在负载电 阻上并联了一个滤波电容C。
(1) 滤波原理
负 载 未 接 入 时 ， v2 正 半 周 ， v2 通 过 D1、D3向电容C充电； v2负半周， v2 通 过 D2、D4 向 电 容 C 充 电 ， 电 容 器很容易就充到 ，由于电容器 无放电回路，故输出电压保持在
经过滤波得到的输出电压还会随电网电压波动(一般有10％左 右的波动)，且随负载和温度的变化而变化，因此在整流、滤波
电路之后，还需加稳压电路，以维持输出电压的稳定。稳压
电路可以利用稳压二极管的反向击穿特性来稳压，实际中广泛 使用的是晶体管串联型稳压电路和晶体管开关型稳压电路。
整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。 滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。 稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。
(2)电容滤波的计算
电容滤波电路输出电压的平均值Vo的大小与电容C和负载RL的大小有关。 空载(RL)时，Vo＝√2V2；RL越小，时间常数RLC越小，放电越快，输出电压平 均值VO减小。当RL很小(输出电流很大)时，输出电压平均值Vo与桥式整流无电 容滤波电路的输出电压平均值(VO＝0.9V2)接近相等。
半波整流+电 容滤波电路
全波整流+电 容滤波电路
输出电压 （空载）
2V2 2V2 2V2
输出电压 （有载）
1.2V2 *
输出电压 （负载很小）
0.9V2
V2 *
0.45V2
1.2V2 * 0.9V2
*使用条件：
τd
=
RLC
≥
(3
~
5) T 2
其中，T为交流源的周期
特点：
• 电容滤波电路简单，负载上直流电压Vo较高， 纹波也较小。
对直流稳压电源的主要要求：
1)输出电压要稳定。
• 定义稳压系数r为： r = ∆VO / ∆Vi VO Vi
2)电源内阻要小。
3)输出纹波要小。输出纹波的大小主要取决于滤波和稳压电 路的质量。
4)具有保护功能。
7.2 整流电路
7.2.1 半波整流电路
VD iD
v1
v2 = vi
RL
vo
vi = 2V sin ωt
• 晶体管V起调整电压的作 用，称为调整管，调整管 与负载电阻串联，因此称 为晶体管串联型稳压电路。
由 限 流 电 阻 R 和 稳 压 管 VZ 组 成 基准电压VZ，VZ是一个稳定性 较高的直流电压。由于某种原
因 使 输 出 的 负 载 电 压 Vo 下 降 时
R
，由于UZ不变，则VBE随Uo的下 Vi
=
1 2π
π 0
2V sin ωt d(ωt) = 2 V = 0.45V π几个概念整流电流：v1
Io
=
Vo R
=
0.45 V R
最高反向电压VDRm： VDRM = 2V
纹波系数(脉动系数)kr：kr
=
VOlm Vo
最低次谐波的幅值与平均值的比值称为脉动系数
对半波整流，有：
kr
=
V/ 2
2V = 1.57 π
VZ
R1
Vf
R2 Vo
RL
R3
7.4.4 集成稳压电路
将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳 压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压 器只有三个：输入端、输出端和公共端，称为三端集成 稳压器。
集成稳压器符号
外形图
三端集成稳压器有如下几种：
1.三端固定正输出集成稳压器，国标型号为CW78--/CW78M--/CW78L--
VD iD
v2 = vi
RL
vo
半波整流的主要缺点——
输出波形脉动大，直流成分(平均值)比较低，交流电
压有半个周期没有利用上。一般不适于用作电源。
注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电 路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）—用有效值或最大值； 输出（交直流）—用平均值； 整流管正向电流—用平均值； 整流管反向电压—用最大值。
Io
=
IL
=
2 2V2 π RL
=
0.9V2 RL
二极管所承受的最大反向电压 VDRM = 2 2V2
单相全波整流电路的脉动系数Kr:
kr
=
4
2V2 3π
2
2V2 π
= 2 = 0.67 3
4 优缺点：
提高了输出电流、电压的平均值
用了有中心抽头的变压器，结构复杂。 对二极管的耐压要求提高了。
7.2.3 桥式全波整流电路
0.9V2 0.45V2
0.9V2
输出电流 整流管正向 整流管反向 (平均值) 电流(平均值) 电压(最大值)
0.9V2 RL
0.45V2 RL
0.9V2 RL
0.45V2 RL
0.45V2 RL
0.45V2 RL
2V2 2V2 2 2V2
7.3 滤波电路
滤波的基本概念
滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现 滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并 联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因 此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、 又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小 了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。
民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。
应用电路
三端固定输出集成稳压器的 典型应用：
三端可调输出集成稳压器的 典型应用：
应用电路(固定)
7.2.2 单相全波整流电路
1、电路原理图
2、工作原理： v2 的正半周，D1导通，D2截止，
vo=v2 v2 的负半周，D1截止，D2导通，
vo=-v2
3、参数计算
根据上图可知，全波整流电路的输出平均电压为
∫ VO
= VL
=
1 π
π
2V2
sin
ω
td(ω
t) =
22 π
V2
=
0.9V2
0
流过负载的平均电流为
接入负载后，由于v2<vC,二极管受反 向电压作用而截止 ，电容经负载放 电。与此同时，交流电压按正弦规律 上升。 当v2>vC时， D1、D3受正向电压作用 而导通。此时，v2一方面向负载提供 电流，另一方面向电容充电； vC随交流电压v2升高到接近最大 值 。然后v2又按正弦规律下降， 当v2<vC时，二极管受反向电压作用 而截止，电容又经负载放电。
• 输出电压平均值Vo是(0.9～ √2)V2之间的不同数值。
RL开路时，VO = 2V2 ; Rl很小时，VO ≈ 0.9V2
• 一般要求： RLC≥（3～5）T/2 • 输出电压平均值Vo可按经验公式计算： Vo=1.2V 2 • 滤波电容的数值——一般在几十微法到几千微法。
桥式整流+电 流滤波电路
降而增大，因而IB增大，IC增大
，VCE减小，从而使Vo回升，这
样使Vo基本维持不变。
电路的稳压过程可描述如下：
VO↓→ VBE↑ → IE（IB）↑ →VCE↓→ Vo↑ 同样可分析Vo增大时电路的稳压调节过程。
IE
IB Vo RL
VZ
具有放大环节的晶体管串联型稳压电路
1、工作原理
输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经 过取样电路取出一部分信号Vf也有所增加， 由于Vf加在运放的反 相输入端，因此输出VB下降。调整管接成射随器，发射极输出和 基极输入电压的变化相同，使调整管的发射极电压下降，从而阻