電工與電子技術(shù)第9章-直流穩(wěn)壓電路原理

第9章直流穩(wěn)壓電源整流變壓器：將正弦交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。整流電路：利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟ňw二極管、晶閘管），將交流電壓變換為單向脈動電壓。濾波電路：減小整流電壓的脈動程度，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路：在交流電源電壓波動或負(fù)載變化時，使直流輸出電壓穩(wěn)定。9.1單相整流濾波電路9.1.1單相半波整流電路一種最簡單的整流電路，由變壓器、二極管D和負(fù)載電阻RL組成。

設(shè)整流變壓器的副邊的電壓

當(dāng)u2在正半周時，電流從A點流出，經(jīng)二極管D和負(fù)載電阻RL流入B點，輸出電壓當(dāng)u2在負(fù)半周時，二極管D因承受反向電壓，而處于截止?fàn)顟B(tài),輸出電壓變壓器的副邊電壓u2、輸出電壓uO和二極管端電壓uD的波形。

整流輸出電壓uO是一個單向脈動直流電壓，其大小用一個周期內(nèi)的平均值表示，或者稱為半波的直流分量。

流過負(fù)載電阻RL的負(fù)載電流（整流電流）的平均值IO為

二極管D正向電流的平均值ID，即一個周期內(nèi)通過二極管D的平均電流單相半波整流電路中二極管截止時承受的最高反向電壓就是變壓器副邊交流電壓的幅值U2max

考慮到電網(wǎng)電壓的波動（允許波動幅度±10％），在實際選擇時，至少要留有10％的余地，以保證二極管安全工作，所以應(yīng)遵循如下原則：

（1）所要選的二極管的參數(shù)最大整流電流IF應(yīng)大于實際流過二極管的平均電流ID

（2）所要選的二極管的參數(shù)最高反向工作電壓UR應(yīng)大于其實際承受的最高反向電壓URmax

【例9-1】

在所示的電路中，已知變壓器的副邊電壓有效值V，負(fù)載電阻Ω。試求：（1）整流電壓平均值和整流電流平均值；（2）二極管所承受的最大反向電壓和流過的電流平均值，并選擇所用二極管的型號。解：（1）整流電壓平均值V

整流電流平均值mA

（2）流過二極管的電流的平均值mA

二極管所承受的最高反向電壓V所選的二極管的參數(shù)應(yīng)滿足mAV查手冊可知，應(yīng)選用型號為2CZ82C的硅整流二極管。單相橋式整流電路由四個二極管組成，其構(gòu)成原則就是保證在變壓器副邊電壓u2的整個周期內(nèi)，負(fù)載上都有電壓和電流輸出，且其方向應(yīng)始終保持不變。

9.1.2單相橋式整流電路設(shè)變壓器副邊電壓

當(dāng)u2在正半周時，A點電位高，B點電位低，二極管D1、D3因承受正向電壓，而處于導(dǎo)通狀態(tài),二極管D2、D4因承受反向電壓，而處于截止?fàn)顟B(tài)。

當(dāng)u2在負(fù)半周時，B點電位高，A點電位低，二極管D1、D3因承受反向電壓，而處于截止?fàn)顟B(tài),二極管D2、D4因承受正向電壓，而處于導(dǎo)通狀態(tài)。

D1、D3和D2、D4兩對管子在u2的整個周期內(nèi)交替導(dǎo)通，使得負(fù)載電阻RL上在u2的整個周期內(nèi)都有電流流過，而且方向不變。

當(dāng)變壓器副邊電壓u2變化一個周期時，在負(fù)載電阻RL上的電壓uO和電流iO是單向全波脈動電壓和電流，單相橋式整流電路的整流輸出電壓的平均值UO比半波時增加了一倍。流過負(fù)載電阻的電流（整流電流）的平均值

二極管正向電流的平均值

整流電路二極管在截止時承受的最高反向電壓

單相橋式整流電路與半波整流電路相比，輸出電壓高，變壓器的利用率高，而對二極管參數(shù)的要求一樣

【例9-2】在圖示電路中，已知變壓器的副邊電壓有效值V，負(fù)載電Ω，試求：（1）整流電壓平均值和整流電流平均值；（2）二極管所承受的最大反向電壓和流過的電流平均值，并選擇所用二極管的型號。解：（1）整流電壓平均值V整流電流平均值mA（2）流過二極管的電流的平均值

mA

二極管所承受的最高反向電壓V所選的二極管的參數(shù)應(yīng)滿足

mAV查手冊可知，應(yīng)選用型號為2CZ82C硅整流二極管。阻9.1.3濾波電路1．電容濾波電路

電容濾波電路就是利用電容的充、放電作用，在輸出端得到趨于平滑的電壓。一般采用電解電容，在接線時一定要注意其正、負(fù)極。①

加了電容濾波以后，輸出電壓的脈動程度降低了，輸出電壓趨于平滑；輸出電壓的平均值UO提高了。決定電容C的放電速度，放電速度的放電過程愈慢，那么輸出電壓愈高，同時脈動程度愈低，濾波效果愈好?？炻葲Q定輸出電壓的脈動程度的大小，又決定輸出電壓的大小。愈大，②電容放電時間常數(shù)③電阻RL變化，會影響輸出電壓的大小，即電阻RL變小，輸出電壓UO會降低，這說明電容濾波電路的外特性較軟，只適合于負(fù)載電壓較高、負(fù)載電流較小且負(fù)載變化不大的場合。④接入電容以后，二極管的導(dǎo)通時間縮短了，管子承受得沖擊電流大，對管子的壽命不利，所以必須選擇較大容量的整流二極管。選擇濾波電容的容量原則此時2．電感濾波電路

電感濾波主要適用于負(fù)載功率較大的情況。電感濾波的優(yōu)點是二極管的導(dǎo)通角較大，輸出電流大時濾波效果好，電路具有較好的外特性，因此帶負(fù)載能力強(qiáng)。其缺點是電感線圈體積大、笨重，易引起電磁干擾，因此，適用于低電壓、大電流的場合。

9.2穩(wěn)壓電路9.2.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓管DZ和限流電阻R組成，穩(wěn)壓管在電路中應(yīng)為反向聯(lián)接，它與負(fù)載電阻RL并聯(lián)后，再與限流電阻串聯(lián)，也稱其為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。1．負(fù)載電阻RL不變化，電源電壓波動時的穩(wěn)壓情況2．負(fù)載電阻RL變化，電源電壓不變化時的穩(wěn)壓情況

穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ就是負(fù)載電壓UO。如果一只穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓值不夠，可用多只穩(wěn)壓管串聯(lián)實現(xiàn)，即每只穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓UZ相加等于負(fù)載電壓UO，在選擇元件時，應(yīng)首先知道負(fù)載所要求的電壓UO，，負(fù)載電流IO的最小值IOmin和最大值IOmax，整流濾波后的電壓UI的變化范圍（電源電壓波動范圍）。整流濾波后的電壓UI應(yīng)該大于負(fù)載電壓UO。

限流電阻R的大小應(yīng)該滿足兩個條件。

限流電阻R應(yīng)為

限流電阻R的額定功率P穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路具有電路結(jié)構(gòu)簡單及所用元件少的優(yōu)點。但是，由于它的輸出電壓不可調(diào)，而且，受自身參數(shù)的限制，輸出電流又較小，所以使用場合受到了限制，一般只適用于負(fù)載電流較小，且負(fù)載電壓不變的場合。

9.2.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路在要求較高的情況下，一般采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由取樣、基準(zhǔn)、比較放大和調(diào)整四部分組成。電阻R1、R2和R3構(gòu)成輸出電壓的取樣電路，對輸出電壓UO進(jìn)行采樣；電阻R與穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成基準(zhǔn)電壓電路；集成運放作為比較放大電路；T為調(diào)整管。電路輸出電壓的變化通過取樣電壓反映出來，并與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，將比較結(jié)果放大后，送調(diào)整管去控制輸出電壓，使輸出電壓穩(wěn)定。

↓↑→

↑→

↑→

9.2.3三端集成穩(wěn)壓器1．三端集成穩(wěn)壓器的分類目前常見的三端集成穩(wěn)壓器按性能和用途可分為以下四類。1）三端固定輸出正穩(wěn)壓器所謂三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和公共接地端。輸出正是指輸出正電壓。國內(nèi)外各生產(chǎn)廠家均將此系列穩(wěn)壓器命名為W78XX系列。如W7805、W7812等。2）三端固定輸出負(fù)穩(wěn)壓器此穩(wěn)壓器即W79XX系列。除輸出電壓為負(fù)電壓，引腳排列不同外，其命名方法、外形等均與W78XX系列相同。3）三端可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器此處的三端是指電壓輸入端、電壓輸出端和電壓調(diào)整端。在電壓調(diào)整端外接電位器后可對輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。4）三端可調(diào)輸出負(fù)穩(wěn)壓器該穩(wěn)壓器除輸出為負(fù)電壓外，其余和可調(diào)輸出正穩(wěn)壓器相同。2．三端電壓固定式集成穩(wěn)壓器

常用的三端電壓固定式集成穩(wěn)壓器，有輸出為正電壓的W7800系列和輸出為負(fù)電壓的W7900系列。每一系列三端穩(wěn)壓塊的輸出電壓都有5V、6V、9V、12V、15V、18V和24V共七個檔次。其型號的后兩位數(shù)字表示其輸出電壓的穩(wěn)壓值。外接電容C1是用來抵消因輸入端線路較長而產(chǎn)生的電感效應(yīng)，防止電路自激振蕩的。外接電容C2是用來消除電路的高頻噪聲，改善負(fù)載的瞬間響應(yīng)的。

3．三端電壓可調(diào)式集成穩(wěn)壓器

三端電壓可調(diào)式集成穩(wěn)壓器輸出電壓可調(diào)。有輸出為正電壓的W117、W217、W317系列的正電壓穩(wěn)壓器；輸出為負(fù)電壓的W137、W237、W337系列的負(fù)電壓穩(wěn)壓器。

設(shè)W317的輸出端和調(diào)整端之間的電壓是UX，當(dāng)忽略穩(wěn)壓器的靜態(tài)電流IQ，電位器R2滑動端處于最下端時

電位器R2滑動端處于最上端時

穩(wěn)壓電路輸出電壓的可調(diào)范圍是

本章小結(jié)1.直流電源由變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分電路組成。變壓器將交流電源電壓轉(zhuǎn)換為整流電路所需的交流電壓，整流電路將交流電壓轉(zhuǎn)換為脈動直流電壓，濾波電路將脈動直流電壓變?yōu)橼呌谄交闹绷麟妷?，穩(wěn)壓電路將濾波電路的輸出電壓轉(zhuǎn)換為在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載變化時，都基本保持不變的恒定直流電壓。2.單相半波整流電路輸出電壓的平均值與變壓器副邊電壓有效值之間的關(guān)系

UO=0.45U2，二極管截止時承受的最高反向電壓

URmax=

U2，通過二極管負(fù)載電流ID=IO。

3.單相橋式整流電路是典型的全波整流電路，輸出電壓的平均值與變壓器副邊電壓有效值之間的關(guān)系

UO=0.9U2，二極管截止時承受的最高反向電壓

URmax=

通過二極管的電流等于負(fù)載電流的一半ID=IO/2。

4.濾波電路有電容濾波、電感濾波和復(fù)式濾波電路。

作用，在輸出端得到趨于平滑的電壓。在大電流負(fù)載的情況下，應(yīng)采用電感濾波電路；為了得到更好的濾波效果，還應(yīng)采用復(fù)式濾波電路。電容濾波電路就是的電流就等于U2利用電容的充、放電精品課件！精品課件！5.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路是一種最簡單的直流穩(wěn)壓電源，也稱其為并聯(lián)型穩(wěn)壓電路。它是利用穩(wěn)壓管所起的電流調(diào)節(jié)作用，通過限流電阻R上的電壓或電流的變化進(jìn)行補償，來達(dá)到穩(wěn)壓的目的。限流電阻是不可缺少的元件。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的優(yōu)點是電路結(jié)構(gòu)簡單、所用元件少。但是，它的輸出電壓不可調(diào)，輸出電流又較小，一般只適用于負(fù)載電流較小，且負(fù)載電壓不變的場合。6.串聯(lián)型穩(wěn)壓電路是由取樣、基準(zhǔn)、比較放大和調(diào)整管四部分組成。電路輸出電壓的變化通過取樣電