§10.1 支流稳压电源的组成

一 为什么需要直流稳压电源

由于交流电的获得相比从电池，蓄电池化学电源得到要廉价且方便。将电网交流电源经变换，整流，滤波，稳压后组成的直流稳压电源，因其经济容量范围大，性能优良等优点，已成为大多数电子电路的工作电源。本教授只讨论单相小功率直流电源。

二 直流稳压电源的组成框图 见图10.1

1. 电源变压器

将220V,50HZ的交流电压变换成与输出直流电压大致相当的低压交流电压

2. 整流电路

利用二极管的单向导电性将低压交流电变换成单向脉动电压，可由半波，全波整流之分。

3. 滤波电路

利用电感和电容的阻抗特性，将整流后的单向脉动电流中的交流分量滤去，是单向脉动电流变换成平滑的直流电。

4. 稳压电路

当电网电压波动或负载的变动会导致负载上得到的直流电不稳定，影响电子设备的性能，用稳压管，即采用一些负反馈方式的稳压电路，使之自动调节不稳定因素，从而得到稳定电压。

§10.2 整流与滤波

一 整流（单向整流）

1. 工作原理

利用整流二极管的单向导电性及一定的电路连接（半波或全波整流），将极性和瞬间值均作周期性变化的交流电，变换成瞬间值，虽随时间而变化，但极性不变的单向脉动电，两者最根本的区别在于交流电在一个周期中的平均值为零，即不含直流分量，而单向脉动电在一个周期中的平均值即直流分量。

2. 几种基本单向整流电路的比较，见表10.1

若以上面基本电路中每个二极管均换向，则上面波形中脉动电均为负向，其直流分量（）均为负值。

二 滤波电路

利用电抗元件L,C的贮能作用，当整流后的单向脉动电流电压，电流增大时，将部分能量贮存，反之则放出能量，达到输出电流，电压平滑的目的。

1. 两种基本滤波电路：并联电容和串联电压滤波，见图10.2.1

① 并联电容滤波：

（i）>0时，经过2个整流二极管对C充电（假设）电容上电压为零，此时会有一个浪涌充电电流对整流二极管充击较大。选整流二极管时要考虑增大电流容量。，很快充到，此时会使整流管反偏截止。而通过放电，，可见即随负载电流增大（即减少）而很快下降（ 放电加快了），所以纹波系数（或脉动系数）变大，即外特性较差。见图10.2（b）。显而易见，电容滤波通常适合于负载电流变化不大，即

（ii）电容滤波输出电压的计算

当满足时（半波整流电容滤波） =

当满足时（全波整流电容滤波） 

当时，（只充电，不放电），S=0

② 串联电感滤波：适宜于大电流输出（或较小）的场合

（i）由于电感的贮能特性，当­ 时，L中产生反电势（ ），阻止电流增大，将一部分能量贮存在电感中，而当¯ 时，电感放出能量，阻止电流减少，输出电流即平滑了。

（ii）输出电压及纹波系数S

输出直流分量，即(为L的直流电阻，通常)=0.9

经稳态分析，可得，可见L­ ,¯ (负载电流大)S¯ ，而下降不多，仅损失L直流电阻的压降。

2. 复式滤波器 见图10.2.2

动画演示

① T型采用了串联电感与并联电容两种基本滤波的级联，它具有串联电感滤波的较稳定的特点，与无关。其=0.9。

② LC型，采用了一级并联电容与一级T型级联；兼有二者的特点，输出电压较T型高，但随负载而变动。其=1.2（估计值），适合于小电流工作。

③ RC型，用R代替L，降低成本与体积，但R上损失电流压降，尤其当输出电流较大时（ 较小时），适合于小电流的场合。此时=1.2（估算）

3. 小结

① 参照图10.2.2（d），几种滤波电路可知，并联电容，LC 和RC，他们具有并联电容的特点，输出电压较高，1.2（估算），但稳定性不如串联电感，T型滤波电路，当变大，¯ ，S­ ，性能变差，仅适应用小电流，负载较稳定的滤波电路，此外也存在刚开机或刚充电时的浪涌电路，选整流二极管时须注意留意其电流容量

② 串联电感和T型滤波，具有电感滤波的特点，即较稳定，基本与负载无关，=0.9，适合于大电流的场合，当然其输出电压相对电容滤波要低一些。

4. 倍压整流

① 在一些需要高压小电流的场合，如果用前面的整流，滤波电路实施时，必须要增加变压器副边绕组的匝数，以提高，这会引来许多麻烦，如变压器制作的难度，整流二极管及滤波电容需要更高的耐压。倍压整流仅靠电容对充电电压的保持（ 很大时），即二极管的单向导电性，可以成倍的增加输出的直流电压。图10.2.3即为最简单的二倍压电路。

原理：当>0，D1导通并向C1充电（）；当<0时，与 串联使D2导通，并对C2充电，使C2两端输出负电压，输出的幅度为，此时为空载，即 ，在充电过程中会伴随放电过程，¯ ，S­ ，可见，倍压整流只选用于固定的轻载或小电流的情况下使用。

② 如果要获得n倍压整流电路，根据同相原理，只要把更多的电容串联起来并配以相应的二极管分别对它们充电即可。

§10.3 稳压电路

为了消除由于电网电压的波动及负载的变化所引起的输出直流电压的不稳定，必须在整流滤波后接稳压电路。稳压电路可分为两类：一类自动调节部分与输出并联

另一类则与输出串联。

一 硅稳压管稳压电路，见图10.3.1

1. 工作于反向击穿状态，当变化很大时，几乎是不变的，即的动态电阻很小，它与并联。的作用是限流（使）及调节。

2. 工作原理

当直流输入电压波动或负载改变引起增大，此时亦增大，剧增，使增大（），使R两端的电压降增大，从而抑制了的增大，达到稳定的目的。

3. 稳压电路的主要指标

①稳定系数 即 固定时，输出电压的相对变化量与输出电压的相对变化量之比。

②输出电阻，即当 不变时，输出电压的变化量与输出电流的变化量之比。我们跟定义可求得：

二 串联反馈型稳压电路：调整管与串联而名之。

构成框图及电路如图10.3.2

1. 电路组成：
⑴ 取样电路：由电阻，， 组成分压器，它取出部分输出电压 ，接至运放A（作为比较放大器）的反相输入端。

⑵ 基准电压：由稳压管提供，接至运放A的同相输入端，为限流电阻。

⑶ 比较放大器：用运放或差分放大器组成，它将采样电压与基准电压 的差值放大，其输出送至调整管的基极。

⑷ 调整管：在比较放大器的输出电压的控制下，改变其管降的值，以使 稳定，通常由功率管构成，必须确保调整管工作于线性放大区，满足。

2. 稳压原理

设当或变化引起增大，取样电路的也增大，与不变的经过运放A输出至调整管基极，减少，¯ ，¯ ，­ 。使¯ （）

3. 从负反馈概念来看稳压原理

将图10.3.2（b）改画成图10.3.3，从改画图中可将比较放大器，，看作反馈网络，基准电压 成了运放同相端的输入电压。这正是一个同相输入比例放大器。它显然属于电压串联负反馈反馈组态，则改电路对输出电压有极好的稳定作用。

4. 输出电压及调节范围

若固定， 动臂调至最左端，则负反馈最弱，则最大。

动臂调至最右端，则负反馈最强，最小

三 集成稳压器

集成稳压器是一种集成化的串联型稳压器。目前常用的是能够输出正或负电压的三端集成稳压器，又分固定输出和输出可调的两类。常用的是

1. 三端固定输出正电压的集成稳压器 w78xx系列

3. 三端电压可调正电压集成稳压器 w317,w117

4. 三端电压可调负电压集成稳压器 w337,w137

其中w78xx 和w79xx系列型号中的“xx”是两个数字，表示输出的固定电压Uxx，“xx”一般有05（5v）,06(6v),08(8v),12(12v),15(15v),18(18v),24(24v)等几种，每一种系列的稳压器其输出电流又有：100mA(78LXX),0.5A(78MXX),及1.5A(78XX)