第十八章 直流稳压电源电源是生产和实验中的重要能源，许多大功率场合下需要交流电，但电解、电镀及直流电动机需要直流电。而在电子线路和自动控制装置中还需要电压非常稳定的直流电。为了得到直流电，除直流发电机外，更广泛采用的就是半导体直流电源。

交流电源

负载

变压 整流 滤波 稳压

ut

ut

ut

ut

ut

半导体直流电源的原理方框图

本章内容：

§18–1 整流电路§18–2 滤波器§18–3 稳压管稳压电路§18–4 串联型稳压电路§18–5 集成稳压电源

本章要求本章要求

1.1. 理解理解单相、桥式整流电路和滤波电路的单相、桥式整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算工作原理及参数的计算 ;;

2. 2. 理解理解稳压管稳压电路和串联型稳压电路稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理的工作原理 ;;

3. 3. 了解了解集成稳压电路的性能及应用。集成稳压电路的性能及应用。

§18–1 整流电路

一、单相半波整流电路 i D

电路如图：设变压器副边电压为

整流电路 : 将交流电压变换为单向脉动电压的电路。整流元件是具有单向导电能力的二极管或晶闸管。

TrD

R

+

a

b

~ u uotUu sin2

t

tu

uo io

根据二极管的单向导电性，在二极管加正向电压时导通，负载两端有输出电压；而在加反向电压时二极管截止，负载得不到输出电压。负载的电压波形及电流波形见右下曲线图。

二极管只在半个周期能够导电，而负载上得到的电压是单一方向，大小随时间而变的 ( 单向脉动电压 ) 。对这种整流的输出电压，常用一个周期的平均值来表示它的大小。其平均值为

整流电压的平均值

U2

t0

u

T

Uo

UU

tdtUUo

45.02

)(sin221

0

如果电路负载已知，则整流输出电流的平均值为

LLo R

U

R

UI 45.00

i DTr

R

a

b

~ u uo

D二极管所承受的最大反向电压：

UUU mRM 2

例 有一单相整流电路 , 负载电阻为 750, 变压器副边电压为 20V ，试求 Uo ， Io 及 UDRM, 并选用二极

管。解

VUUo 92045.045.0

mAR

UI

L

oo 12

750

9

VUU RM 2.282022

查二极管参数，选用 2AP4(16mA,50V) 。为了使用安全此项参数选择应比计算值大一倍左右。

二、单相桥式整流电路 单相半波整流电路只利用了电源的半个周期，并且整流电压的脉动较大。为此常采用全波整流电路，最常见的就是单相桥式整流电路。

~ RL

uo~ RL

u uo

a

~

Tr

RL

b

u uo ~ RL

u uo

桥式整流电路的工作情况在变压器副边电压 u 为正半周时，二极管 D1 、 D3

导通，而二极管 D2 、 D4

截止；uo

a

~

Tr

RL

b

u

D1

D2D3

D4

uo

a

~

Tr

RL

b

u

D2

D4

t0

uU2

TUU

tdtUUo

9.022

)(sin210

当副边电压 u 为负半周时，二极管 D2 、 D4 导通，而二极管 D1 、 D3 截止。

Uo

单相桥式整流电路的输出电压：UUo 9.0

负载电阻中通过的输出电流：

LLo R

U

R

UI 9.00

每只二极管中通过的电流仅为输出电流一半：

LD R

UII 45.02

10

每只二极管承受的最高反向电压：

UURM 2

常见的几种整流电路

U Uo

Io

U Uo

Io U

UoU

Io

整流电压平均值

t0

uo

t0

uo

t0

uo

电 路

整流电压波形

UUo 45.0 UUo 9.0 UUo 9.0

二极管平均电流 oI

2oI

2oI

二极管反向电压 UU 41.12 UU 41.12 UU 83.222

副边电流有效值 oI57.1 oI79.0 oI11.1

§18–2 滤波器 整流电路仅将交流电转换成单向脉动的直流电压。这种电压对许多电子设备远达不到要求，往往再加接滤波器以改善电压的脉动程度。

一、电容滤波器 (C 滤波器 )

TrD

RL

a

b

~

uC =uo

C

t0

u

t0

u

D 截止

D 导通

D 导通

D 截止

D 导通电容滤波器的作用

电容滤波器输出电压的脉动程度有所改善，但带负载能力较差。 在负载不同的情况下，取用输出电流 Io 愈大输出平均电压Uo 愈小。其外特性曲线如右图：

Io

Uo

0

1.4U电容滤波

0.45U 无电容滤波

采用电容滤波时，输出电压的脉动程与电容器的放电时间常数 RLC 有关，其值愈大则脉动程度就愈小。一般认为

2)5~3(T

CRL 或C

RL 1

)15~10(

即可达到要求，此时输出电压 Uo 由下式估算：UUo

UUo 2.1

( 半波 )( 全波 )

电容滤波电路中元件的选择：

由于二极管的导通时间较短，因此通过二极管的的电流峰值较大，应避免电流冲击损坏二极管；由于滤波电容保持有电压输出，应注意二极管截止时所承受的最高反向电压 URM 有所不同，带电容滤波的半波整流电路

UURM 22

带电容滤波的桥式整流电路 URM 不变；

适用于输出电压较高，负载电流较小并且变化也较小的场合。

二、电感电容滤波器 (LC 滤波器 )要进一步减小输出电压的脉动程度，可在滤波电容之前串入铁心电感线圈 L—— 即 LC 滤波器。

~

Tr

RL

u C

L

电感电容滤波电路

由于电感线圈对整流电流的交流分量具有阻抗， L 比RL 大得愈多则滤波效果就愈好。一般需要线圈的电感量较大，但其直流电阻也较大，因而会造成输出电压的下降。

LC 滤波器适于电流较大、输出电压脉动很小的场合，更适合高频滤波。

三、形滤波器

形 LC 滤波电路

如果需要输出电压的脉动更小，可以再加一个滤波电容。 形 LC 滤波器的效果跟好，但整流二极管的冲击电流较大。

RL

u C2

L

C1

由于线圈体大且重，有些情况可用电阻代替电感线圈以构成 形 RC 滤波器。R 愈大滤波效果愈好，但将使输出电压下降，所以适用于负载电流较小、电压脉动很小的场合。

形 RC 滤波电路

RL

u C2

R

C1

§18–3 稳压管稳压电路

RL

UiDZ

R

C~ Uo

IZ

Io

经整流和滤波后，虽脉动程度有了最大改善，但直流电压幅度还会随着电网的波动或负载的变化而变化。最简单的直流稳压电源是利用稳压管组成的。如图采用桥式整流和电容滤波，得到直流电压 Ui ，再经过限流电阻 R 和稳压管 DZ ，使负载得到一个比较稳定的直流电压。

稳压管稳压电路

RL

UiDZ

R

C~ Uo

IZ

Io

稳压管稳压电路

电压的稳定过程

选择稳压管一般规律： UZ=Uo

IZmax=(1~5)Iomax

Ui=(2~3)Uo

u↑→ Ui↑→ Uo ↑ →

IZ ↑ → UR ↑ → 保持负载电压 Uo近似不变。

当电源电压升高时

当负载 增加时Io↑→ UR↑→ Uo ↓ → IZ ↓ → UR ↓ → 保持负载电压 Uo

近似不变。

恒压源恒压源 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。

UO

RF

R2

R1

+

–+

+–

RL

+

–UZ

R

DZ

+U

UO

RF

R2

R1

++

–

+

–RL

R

DZ

+

–UZ

+U

反相输入恒压源 同相输入恒压源

ZF

O1

UR

RU

ZF

O )(11

UR

RU

改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。

Ui

T

R2UZ

RL UO

+

–R3+

+

––

+

UB

+

–DZ

+

–Uf

+

–

R11R

1R

1. 1. 电路结构电路结构 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。

调整元件

比较放大

基准电压

取样电路

§18–4 串联型稳压电路

当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压 U

O 升高时，有如下稳压过程：

2. 2. 稳压过程稳压过程

O21

21f U

RR

RRUU

ZUU

由电路图可知由电路图可知

)( fZuoB UUAU

UO Uf UB UO

IC UCE

由于引入的是串联电压负反 馈，故称串联型稳压电路。

UI

T

R2UZ

RL UO

+

–R3+

+

––

+

UB

+

–DZ

+

–Uf

+

–

R11R

1R

3. 3. 输出电压及调节范围输出电压及调节范围

Z21

1

BO

)(1 URR

RUU

输出电压输出电压

Ui

T

R2UZ

RL UO

+

–R3+

+

––

+

UB

+

–DZ

+

–Uf

+

–

R11R

1R

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 ,故称之为三端集成稳压器。1. 分类

XXXX 两位数字为输出电压值

三端稳压器

输出固定电压

输出可调电压输出可调电压

输出正电压78XX

输出负电压79XX

（ 1. 25 ~ 37 V 连续可调）

§18–5 集成稳压电源

2. 2. 外形及引脚功能外形及引脚功能

W7800系列稳压器外形1—输入端

3 —公共端2 —输出端

W7900系列稳压器外形

1 — 公共端3—输入端

2 —输出端

塑料封装塑料封装

3.3. 性能特点性能特点（（ 78007800 、、 79007900 系列）系列）

• 输出电流超过 1. 5 A（加散热器）• 不需要外接元件• 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• 输出电压容差为 4%

输出电压额定值有输出电压额定值有 :: 5V 、 6V 、 9V 、 12V 、 15V 、 18V 、 24V等 。

输出为固定正电压时的接法如图所示。 (1)(1) 输出为固定电压的电路输出为固定电压的电路

输入与输输入与输出之间的出之间的电压不得电压不得低于低于 3V3V！！

4. 4. 三端固定输出集成稳压器的应用三端固定输出集成稳压器的应用

CO

W7805

CiUi

+

_

+

_

UO

1 2

3

0.1~1F 1F

为了瞬时增减负载电流为了瞬时增减负载电流时，不致引起输出电压时，不致引起输出电压有较大的波动。即用来有较大的波动。即用来改善负载的 瞬态响应。改善负载的 瞬态响应。

用来抵消输入端接线用来抵消输入端接线较长时的电感效应，较长时的电感效应，防止产生自激振荡。防止产生自激振荡。即用以改善波形。即用以改善波形。

(2)(2) 同时输出正、负电压的电路同时输出正、负电压的电路

23

220V

24V +C

24V+C

W7815

Ci

+15V1 2

3

Ci

W7915

1CO

CO

– 15V

1F

1F

0.33F

0.33F

1000F

1000F

DZ

UZ

UCi

Co

W78

1 2

3Ui Uo

+

–

+

–

+ +

R

提高输出电压的应用电路输出电压为

Zo UUU

扩大输出电流的电路

W78

Ci CoUi Uo

R I2

IC

IB

IR I1

一般 I3很小，则

Co

CBEBR

III

I

R

UIIII

2

12

（（ 33））提高输出电压的电路提高输出电压的电路（（ 44））提高输出电流的电路提高输出电流的电路

作业 p173 18.1.6 p173 18.2.2 p176 18.3.4