整流电路 是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。

1. 电源 滤波电路是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。 稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。 整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。

2. 小功率整流滤波电路 单相桥式整流电路 (1) 工作原理 当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

3. 动画5-1

4. 动画5-2

5. (2) 负载上的直流电压和直流电流 输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。 输出平均电压为 流过负载的平均电流为 流过二极管的平均电流为 二极管所承受的最大反向电压

6. 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。

7. 电容滤波电路 单相桥式电容滤波整流电路。 在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

8. (1)滤波原理 在刚过90°时，正弦曲线下降 的速率很慢。所以刚过90°时 二极管仍然导通。在超过90° 后的某个点，正弦曲线下降的 速率越来越快，二极管关断。 当v2到达90°时，v2开始 下降。先假设二极管关断， 电容C就要以指数规律向 负载ＲL放电。指数放电起 始点的放电速率很大。 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2，是正弦形。 所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。 电容滤波波形图

9. 需要指出的是，当 放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断时间加长， 导通角减小，见曲线3； 反之，RLC减少时，导通 角增加。显然，当ＲL很 小，即IL很大时，电容滤 波的效果不好，见滤波曲线 中的2。反之，当ＲL很大， 即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好,见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。 电容滤波的效果

10. 动画5-3

11. 动画5-4

12. (2)电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法： 一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足RLC≥6~10。）

13. （3）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线。 整流滤波电路的外特性

14. 电感滤波电路 当v2正半周时，D1、D3导电， 电感中的电流将滞后v2。当负半周时， 电感中的电流将经由D2、D4提供。因 桥式电路的对称性，和电感中电流的 连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、 D4的导通角都是180°。 利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。 电感滤波电路 波形图

15. 稳压电源方框图 稳压电路概述 引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化。 • 负载电流的变化会 • 在整流电源的内阻上产生电压降， • 从而使输入电压发生变化。

16. (1)稳压系数Sr 定义为 稳压电路的技术指标 用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。 VI和IO引起的VO可用下式表示 有时稳压系数也用下式定义

17. (3)输出电阻Ro （4）电流调整率SI 一般特指ΔVi/Vi=±10%时的Sr (2)电压调整率SV • 当输出电流从零变化到最大额定值时， • 输出电压的相对变化值。

18. （6）输出电压的温度系数ST • 输入电压交流纹波峰峰值与输出电压 • 交流纹波峰峰值之比的分贝数。 • （5）纹波抑制比Srip 如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数

19. 硅稳压二极管稳压电路的原理 它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。 (1)当输入电压变化时如何稳压 由图可知 输入电压VI增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程概括为： VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓

20. (2) 当负载电流变化时如何稳压 负载电流IL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。这一稳压过程概括为： IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

21. 稳压二极管在使用时 一定要串入限流电阻，不 能使它的功耗超过规定值， 否则会造成损坏！ 稳压电阻的计算 (1) 当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即 当输入电压最大，负载电流最小时，流过 稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由 此可计算出稳压电阻的最小值。即 (2)

22. 稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源的工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电子电路之中。 串联反馈式稳压电源 串联反馈式稳压电路的工作原理 典型的串联反馈式稳压电路，由基准电压、比较放大、调整、取样几个部分组成。

23. 1．输入电压变化，负载电流保持不变 输入电压VI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与基准源电压VREF比较，获得误差信号ΔV。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。 VI↑→VO↑→Vf↑→VO1↓→VCE↑→VO↓

24. 2．负载电流变化，输入电压保持不变 负载电流IL增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号Vf与基准源电压VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加，使输入电压减小的影响。 IL↑→VI↓→VO↓→Vf↓→VO1↑→VCE↓→VO↑ 3.输出电压调节范围的计算 可知 Vf≈VREF 显然，调节RW可以改变输出电压。

25. 动画16-2

26. 串联反馈式稳压电路的工作原理 →VO↑ →Vf↑ →VB、IC↓ 当VI↑时： →VCE↑→VO↓

27. 动画16-1

28. 16.3.2稳压电路的保护环节 串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。 保护的方法 反馈保护型 温度保护型 利用集成电路制造工艺， 在调整管旁制作PN结温度传感器。 当温度超标时，启动保护电路工作， 工作原理与反馈保护型相同。 截流型 限流型

29. 图16.05 截流型特性 图16.06 限流型特性 截流型 当发生短路时，通过保 护电路使调整管截止，从而 限制了短路电流，使之接近 为零。截流特性见图16.05。 限流型 是当发生短路时，通过 电路中取样电阻的反馈作用， 输出电流得以限制。限流特 性见图16.06。

30. 三端集成稳压器 将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压器。 外形图 集成稳压器符号 要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器，它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。

31. 三端可调式集成稳压器

32. 三端集成稳压器的分类 • 1.三端固定正输出集成稳压器国标型号:CW78--/CW78M--/CW78L-- • 2.三端固定负输出集成稳压器国标型号:CW79--/CW79M--/CW79L-- • 3.三端可调正输出集成稳压器国标型号:CW117--/CW117M--/CW117L- • CW217--/CW217M--/CW217L-- • CW317--/CW317M--/CW317L-- • 4.三端可调负输出集成稳压器国标型号:CW137--/CW137M--/CW137L- • CW237--/CW237M--CW237L-- • CW337--/CW337M--/CW337L-- • 5.三端低压差集成稳压器 • 6. 大电流三端集成稳压器 • 以上1---为军品级；2---为工业品级；3---为民品级。 • 军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-55℃～150℃； • 工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围-25℃～150℃； • 民品级多为塑料封装，工作温度范围0℃～125℃。

33. 应用电路 三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图所示。 三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图所示。 防自激震荡 防高频噪声 可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25V的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。

34. 小电流恒流源 大电流恒流源 可调稳压器做恒流源电路 利用三端集成稳压器组成恒流源 三端集成稳压器可 做恒流源使用。 稳压器做恒流源

35. 16.4 开关型稳压电源 为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制了开关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达90%以上，造价低，体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟，广泛应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。 16.4.1 开关型稳压电路的工作原理 16.4.2 集成开关型稳压器

36. 16.4.1 开关型稳压电路的工作原理 开关型稳压电源的原理可用图16.13的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。 图16.13 开关型稳压电源原理图

37. 三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。三角波发生器通过比较器产生一个方波vB，去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。 续流二极管D即可起到这个作用，有利于保护调整管。 输出波形中电位水平高于高电 平最小值的部分，对方波而言，相 当方波存在的部分。 输出波形中电位水平低于低 电平最大值的部分，对方波而言， 相当方波不存在的部分。 根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，对应调整管的导通时间为ton；反之输出为低电平，对应调整管的截止时间toff。 为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加，FVO增加，比较放大器的输出Vf减小，比较器方波输出的toff增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。

38. 各点波形见图16.14。由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。各点波形见图16.14。由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流iL为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。 分析见下页 图16.14 开关电源波形图

39. 忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为vE的平均分量。于是有忽略电感的直流电阻，输出电压VO即为vE的平均分量。于是有 q称为占空比 方波高电平的时间占整个周期的百分比。 在输入电压一定时， 输出电压与占空比成正比。 可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比） 来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制 (PWM)。

40. 由以上分析可以得出如下结论： • 1．调整管工作在开关状态，功耗大大降低， • 电源效率大为提高； • 2．调整管在开关状态下工作，为得到直流输出， • 必须在输出端加滤波器； • 3．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值； • 4．在许多场合可以省去电源变压器； • 5．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体 • 积可大大减小。

41. 16.4.2 集成开关型稳压器 (1)开关稳压电源概述 集成开关稳压器，一般有两大类型。一类是包括调整管在内的集成开关稳压器;另一类称为开关电源控制器，它不包括调整管。 实际上就是一个脉冲宽度调制（PWM）控制器， 经常也用于其它脉宽调制场合。 典型的开关电源控制器和开关电源见下表 型号 电源范围/V 最大输出电流 /A 内部参考源 /V 输出级形式 TL494 7～40 0.2 5 推挽或单端 SG3524 8～35 0.1 5 推挽 SG3525 8～35 0.5 5 推挽 LM2575 3.5～35 1 1.23 _ 表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。

42. 图16.15 SG3524的内部方框图 (2)开关稳压电源控制器SG3524 利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。 SG3524是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图16.15所示。 它的内部包括误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等环节。

43. SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图16.16所示。SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图16.16所示。 图16.16 开关稳压电源应用电路

44. V3和V4是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。 V3和V4的输出由V2、CP、Q或Q决定。因Q和Q只能有一个是高电平，T2和T1不可能同时导通。 T1和T2只能按推挽方式工作，轮流交替导通。 3524从11和14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，其开关频率由6和7脚外接的RT和CT决定。1和2脚是内部运算放大器的输入端，R1和R2构成反馈回路。16脚是基准源，由R3和R4给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。

45. 锯齿波由振荡器提供，V1是误差放大器的输出，它们一起加到比较器上。 V2是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动T '触发器，CP、Q和V2的或非是V3，决定T1的通断。CP、Q和V2的或非是V4，决定T2的通断。由于Q和Q等宽，加上V2的存在，所以V3和V4这两路信号之间有一定的死区，以保证T1和T2管不会同时导通。 图16.17 SG3524的波形图 SG3524电路控制过程的波形如图16.17所示。

46. 当V1降低时， V2加宽， T1和T2的宽度变窄，导通时间减小。反之，当V1增加时， T1和T2的导通时间增加。

47. 图16.16 开关稳压电源应用电路 图16.15 SG3524的内部方框图 (3) SG3524构成的开关稳压电源 现在来讨论3524构成的开关稳压电源的工作原理。 设负载电流加大，VO下降，反馈电压减小，误差放大器的输出V1增加， T1和T2的导通时间增加，输出电压VO增加。 反之，当VO增加时，反馈电压增加， V１输出减小， T1和T2的导通时间减小，输出电压VO减小。

48. 当三极管的电流过大时，电阻R9上的压降增加到使限流运算放大器的输出为低，即V1在大大下降， 使T1和T2关断。 SG3524的10脚也有保护功能，当10脚加高电平时，可以强迫V1下降， T1和T2关断。10脚与4脚可实现双重保护。 由于SG3524可在较高的频率下工作，T1和T2应选用高频开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都可以选用较小的数值。

49. 实验十三 单片集成直流稳压电路的应用 变压器 硅桥整流 滤波 稳压

50. 实验十三 单片集成直流稳压电路的应用 ★ 调节RL，使IL≤200mA。 1.调节调压器使输出V1=220V，再测量V2的电压。 2.用双踪示波器同时观察硅桥的输入、输出电压波形。 3.测量V3的值。（用万用表直流档测量） ★接上滤波电容C1。（先断开电源） 4.用双踪示波器同时观察V2、V4的电压波形。 5.测量V4的值。（用万用表直流档测量）