第 13 讲

第13讲 直流稳压电源一、直流稳压电源的组成和功能二、单相整流电路(17.2.1) 三、滤波电路四、稳压电路(12.8.2) 五、集成稳压电源(12.8.2)

整流电路 滤波电路稳压电路 u1 u2 u3 u4 uo 一、直流稳压电源的组成和功能稳压电路整流电路滤波电路 • 电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。 • 整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。 • 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。 • 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。

二极管 可控硅单相三相半波全波桥式倍压整流整流电路的任务：把交流电压转变为直流脉动的电压。整流电路分类：本课主要介绍：单相半波整流，单相全波整流，单相桥式整流

D T a + + io u1 u2 RL uo – – b 二、单相整流电路 1.单相半波整流电路 u2 >0 时: 二极管导通，忽略二极管正向压降， uo=u2 u2<0时: 二极管截止, uo=0 为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

u2 uD t  2 3 D 0 4 T a uo u1 u2 RL uo uD b 单相半波整流电压波形

uD uo io D T a t 0  2 u1 u2 RL uo 1 p ( ) ò w = sinw t d t 2 U 1 p ( ) 2 ò p 2 2 = w U u d t 0 b o o p 2 0 2 U = 2 = 0 . 45 U 2 p 输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )： Io= Uo /RL =0.45 U2 / RL

uD uD io D T a t  2 0 u1 u2 RL uo UDRM b 二极管上的平均电流： ID = IO 2 U UDRM= 2 承受的最高反向电压: 二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：

+ + D1 T a – – + + io u1 u2 RL – – u2 uo b D2 2.单相全波整流电路原理：变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压u2 当u2正半周时， D1导通， D2截止。当u2负半周时， D2导通， D1截止。

u2 + D1 t T  2 3 0 4 a – uo + io u1 u2 RL – u2 uo uD1 b D2 uD2 0 ~ ： uD2 = 2u2 单相全波整流电压波形 + 忽略二极管正向压降

D1 uo T a t io u1  0 2 u2 RL u2 uo 1 1 p ( ) p ( ) ò b ò w = w = sinw t d t U u d t 2 U p p o o 2 D2 0 0 2 2 U = = 2 0 . 9 U 2 p 输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（Io )： Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL

D1 T a io u1 u2 RL u2 uo uD b D2 t = U U  2 0 2 2 DRM 2 1 = I I D o 2 二极管上的平均电流及承受的最高反向电压：二极管上的平均电流：二极管承受的最高反向电压：

T D3 RL u1 u2 D1 uo D4 D2 D1 u2 D2 RL uo u2 uo D3 D4 3. 单相桥式整流电路组成：由四个二极管组成桥路

+ T D3 RL u1 u2 D1 uo D4 D2 – u2正半周时电流通路 D1、D4导通， D2、D3截止

- T D3 RL u0 u1 u2 D1 D4 + D2 u2负半周时电流通路 D2、D3导通， D1、D4截止

a D3 RL D1 u2 uo D4 D2 b u2 uD2,uD3 uD1,uD4 uo = U U 2 二极管最大反向电压： DRM 2 单相桥式整流电路输出波形及二极管上电压波形 u2>0 时 u2<0 时 D1,D4导通 D2,D3截止电流通路: a D1 RLD4b D2,D3导通 D1,D4截止电流通路: b D2 RLD4a 整流输出电压平均值： Uo=0.9U2 负载电流平均值: Io= Uo /RL =0.9 U2 / RL 二极管平均电流：ID=Io/2

 +  –  – + ~+~-  u2 uo 集成硅整流桥：

uo t  0 2 1 ( ) 2 π ò = w U u d t o o 2 π 0 U = o I o R L 4. 整流电路的主要参数 (1)整流输出电压的平均值负载电压 Uo的平均值为: 负载上的(平均)电流:

uo t  0 2 基波基波峰值输出电压平均值 2. 脉动系数Ｓ S定义：整流输出电压的基波峰值Uo1M与Uo平均值之比。S越小越好。用傅氏级数对全波整流的输出 uo分解后可得:

1 = I I D o 2 (3)二极管平均电流与反向峰值电压平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主要依据。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。（选购时：二极管额定电流2ID) 二极管截止时两端承受的最大反向电压：（选购时：最大反向电压  2URM)

滤波整流 L C RL RL 三、滤波电路交流电压脉动直流电压直流电压滤波电路的结构特点:电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。

a D4 u1 u1 S u2 D1 uo D3 C RL D2 b 桥式整流电容滤波电路 1. 电容滤波电路 (1)电容滤波原理以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。

a D4 u1 u1 S u2 D1 uo D3 C RL D2 b uo u2 t1 设t1时刻接通电源 t t 整流电路为电容充电 RL未接入时(忽略整流电路内阻) 没有电容时的输出波形 uc 充电结束

D4 u1 u1 S u2 D1 uo D3 C u2 RL D2 b t uo t RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻) 加入滤波电容时的波形无滤波电容时的波形

uo t u2下降， u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。电容C通过RL放电， uc按指数规律下降，时间常数 = RL C u2上升， u2大于电容上的电压uc，u2对电容充电， uo= uc u2

D4 u1 u1 S u2 D1 uo D3 C RL D2 b uo u2 t t 只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。二极管中的电流

D4 u1 u1 S u2 D1 uo D3 C RL D2 b u2 uo t t RL接入（且RLC较大）时 (考虑整流电路内阻) 电容充电时，电容电压滞后于u2。 RLC越小，输出电压越低。

一般取 = ³ - (T:电源电压的周期) ) R C ( 5 10 T τ L (c) 二极管承受的最高反向电压 (2)电容滤波电路的特点 (a) 输出电压平均值Uo与时间常数 RLC 有关 RLC 愈大 电容器放电愈慢  Uo(平均值)愈大近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL (b) 流过二极管瞬时电流很大 RLC 越大  Uo越高负载电流的平均值越大 ;整流管导电时间越短  iD的峰值电流越大

L u1 u2 uo RL 2. 电感滤波电路电路结构:在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成了电感滤波电路。

L u1 u2 uo RL 当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为： Uo=0.9U2 电感滤波原理对直流分量:XL=0 相当于短路,电压大部分降在RL上对谐波分量:f越高，XL 越大,电压大部分降在XL上。因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。

R uo1´ u1 u2 RL uo C1 C2 3. RC –型滤波器改善滤波特性的方法：采取多级滤波 RC – 型滤波器将RC – 型滤波器中的电阻换为电感，变为LC – 型滤波器

滤波稳压整流交流电压脉动直流电压有波纹的直流电压直流电压四、稳压电路稳压电路的作用:

常用稳压电路 (小功率设备) 开关型稳压管线性稳压电路稳压电路稳压电路稳压电源类型: 效率较高，目前用的也比较多，但因学时有限，这里不做介绍。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。以下主要讨论线性稳压电路。

1. 稳压电路的主要性能指标 (1)稳压系数 S（越小越好）稳压系数S反映电网电压波动时对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。 (2)输出电阻Ro （越小越好）输出电阻用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。

调整元件 + + T 基准电压比较放大 Uo取样 + _ UI RL UO FUO UR – – 2. 串联反馈式稳压电路 (1)电路结构的一般形式串联式稳压电路的组成：（1）基准电压；（2）比较放大；（3）输出电压取样电路；（4）调整元件

调整元件 + + T1 基准电压比较放大 Uo取样 + _ UI RL UO FUO UR +UI – – 比较放大 R3 UB1 Uo RL 因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为：串联反馈式稳压电路。若因输入电压变化或负载变化而使UO加大,比较放大电路使UB1变小,从而使UO降低.

T1 + _ T1调整管 R1、 RW、R2采样电阻 + _ R3 R1 R RW1 T2 RW RL UI UO RW2 UB2 R2 UZ R、 UZ基准电压 R3、 T2比较放大 (2)一种实际的串联式稳压电源

T1 + _ + _ R3 R1 R RW1 T2 RW RL UI UO RW2 UC2 （UB1 ） UB2 R2 UZ Uo UB2 Uo UBE2=（UB2-UZ） UC2 （UB1 ）稳压原理当 UI 增加或输出电流减小使 Uo升高时

T1 + _ + _ R3 R1 R RW1 T2 RW RL UI UO RW2 UB2 R2 UZ + + R R R + ( ) R R = + 1 2 W U U U + + R R R 因为： W 2 2 O Z BE 2 = + + 1 2 W U U U R R O Z BE 2 W 2 2 + + R R R = 1 2 W U Z + R R 所以： W 2 2 忽略UBE2 (3) 输出电压的确定和调节范围

T1 + _ + _ R3 R1 R RW1 T2 RW RL UI UO RW2 UB2 R2 UZ + + 4.7 4.7 4.7 = 4=6V + 4.7 4.7 + + R R R = 1 2 W U U Omin Z + + + R R R + + R R 4.7 4.7 4.7 = 1 2 W W 2 U U = 4=12V Omax Z 4.7 R 2 例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出电压的调节范围。

T1 + _ + _ R3 R1 R RW1 T2 RW RL UI UO RW2 UB2 R2 UZ (4) 实际的稳压电源采取的改进措施集成化集成稳压电源 1. 比较放大级采用差动放大器或集成运放 2.调整管采用复合三极管 3. 采用辅助电源(比较放大部分的电源) 4. 用恒流源负载代替集电极电阻以提高增益 5. 内部加短路和过热保护电路

五、集成稳压电源 特点：体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉内部电路：串联型晶体管稳压电路类型：W7800系列 —— 稳定正电压 W7805 输出+5V W7809 输出+9V W7812 输出+12V W7815 输出+15V W7900系列 —— 稳定负电压 W7905 输出-5V W7909 输出-9V W7912 输出-12V W7915 输出-15V

1 3 W7805 2 + _ + _ UI CI Co Uo 0.1~1F 1µF 3 2 1 W7800系列稳压器外形及接线图 +10V +5V 注意：输入与输出端之间的电压不得低于3V！ 1端: 输入端 2端: 公共端 3端: 输出端

2 3 W7905 1 – + – + UI CI Co Uo 0.1~1F 1µF 3 2 1 W7900系列稳压器外形及接线图 -10V -5V 1端: 公共端 2端: 输入端 3端: 输出端

1 3 W7805 + _ + _ RL CI 2 u1 u2 1F Co Uo C1 300µF 1µF 集成稳压电源应用电路 U1=220V U2=8V UC1=1.2 U2 =9.6V Uo=5V

第7章可控硅及其应用 7.1 晶闸管工作原理 7.2 晶闸管特性与参数 7.3 可控整流电路 7.4 触发电路 7.5 单结管触发的可控整流电路 7.6 晶闸管的其它应用 7.7 晶闸管的保护及其它类型

晶闸管（Thyristor） 别名：可控硅（SCR)（Silicon Controlled Rectifier）是一种大功率半导体器件，出现于70年代。它的出现使半导体器件由弱电领域扩展到强电领域。特点：体积小、重量轻、无噪声、寿命长、容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。应用领域： • 整流（交流  直流） • 逆变（直流  交流） • 斩波（直流  直流） • 变频（交流  交流）此外还可作无触点开关等。

A（阳极） 三个 P1 四层半导体 PN N1 结 P2 G（控制极） N2 K（阴极） 7.1 工作原理 1. 结构 PNPN四层半导体结构

A A A 阳极 P P1 N N G G 控制极 N1 G P P K P2 N 阴极 N2 K K 2. 工作原理符号

A P A RL ßßig N N T2 UAK G P P G ß ig T1 ig UGK N K K 等效为由二个三极管组成 T1、T2都导通后，即使去掉UGK， T1、T2仍然导通

A RL T2 A UAK ßßig G T1 G UGK ß K K ig ig 可控硅导通的条件：（1）阳极A加正电压（2）控制极G加正的触发电压可控硅截止的条件： (1)阳极A加反向电压，或不加触发信号（即UGK= 0 ）。 (2)可控硅正向导通后,若令其关断,必须减小UAK(或使UAK反向),使可控硅中电流小于某一最小电流IH（ IH称为维持电流）

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