第11章直流电源1.1 教学内容与要求本章讨论直流电源的构成,各部分的工作原理及电路分析。

包括整流电路、滤波电路和稳压电路、。

教学内容与教学要求如表11.1所示。

表1.1 第11章教学内容与要求11.2 内容提要11.2.1直流稳压电源的组成电源是向负载提供功率（一定电压与电流）的电装置，是其它设备的能源。

电源有很多种。

本章介绍单相小功率电源，它将频率为50Hz、有效值为220V的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流较小的直流电压。

1. 单相小功率电源由四部分组成：电源变压器，整流电路，滤波电路和稳压电路。

2. 各部分的作用如下：电源变压器：将交流电源的电压变换为符合整流需要的数值。

整流电路：利用具有单向导电性能的整流元件，将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压，有半波整流电路和全波整流电路之分。

滤波电路：尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。

稳压电路：使输出直流电压基本不受电网电压波动和负载电阻变化的影响，从而获得足够高的稳定性。

11.2.2 整流电路整流电路的任务是把正、负交变的电压变成单方向脉动的直流电压。

整流电路有单相整流，属于小功率整流，还有三相整流及多相整流。

小功率整流的单相整流电路包括半波整流、全波整流、桥式整流、倍压整流等。

各种整流电路的组成与性能指标如表11.1所示。

表11.1 单相整流电路11.2.3 滤波电路滤波是利用电容两端电压不能突变或电感中电流不能突变的特性来实现的，用于滤去整流输出电压中的纹波。

1. 滤波电路的分类常用的滤波电路类型有：电容滤波，电感滤波，RC-Π型滤波,LC-Π型滤波等。

2. 电容滤波电路（1）电容滤波电路的特点滤波电容愈大，电路负载能力愈强，滤波效果愈好；负载电阻愈小，输出电压的平均值愈低，脉动系数愈大。

（2）电容滤波电路的输出 当负载开路时，2)(2U U AV o =实际电路中通常取2/)5~3(T C R L =时，2)(2.1U U AV o = （3）对滤波电容的要求考虑到电网电压的波动范围为±10％，电容的耐压值应大于221.1U 。

在半整流路中，为获得较好的滤波效果，电容容量应选得更大些。

（4）电容滤波电路的适用场合电容滤波电路通常适用于负载电流变化不大，负载整流电压较高的场合。

3. 其他滤波电路电感滤波电路适用于负载电流较大的场合，其冲击电流很小。

复合型滤波电路可以获得较为理想的滤波效果，将二者结合起来并且接成多级LC 型滤波，能使脉动成分降到更低。

在负载电流不大的情况下，还可以来用阻容滤波的形式。

11.2.2 稳压电路1. 稳压管稳压电路（1）电路组成稳压管稳压电路如图11.1所示u o-+图11.1（2）稳压原理在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，来达到稳压的目的。

（3）特点及适用范围电路最为简单，但稳压值不能任意调节而且稳压性能不好。

仅适用于负载电流较小且其变化范围也较小的情况。

2. 串联型线性稳压电源（1）电路组成串联型线性稳压电源由调整管、基准电压电路、采样电路、比较放大电路及保护电路组成。

如图11.2所示。

+-U O如图11.2（2）特点串联型稳压电路具有输出电压可调、输出电流大、带负载能力强、输出纹波小等优点，但由于串联型稳压电路的调整管始终工作在线性区(即放大区)．功耗较大，因而电路的效率低。

3. 集成稳压电路（1）三端稳压器组成三端稳压器是将串联型直流稳压电路、保护电路和启动电路集成在一个芯片中构成。

（2）三端集成稳压器分类：三端集成稳压器按功能分为：固定式稳压器（正输出w7800系列和负输出w7900系列）可调式稳压器[（正输出（W117系列）和负输出（W137系列）]三端集成稳压器通过外接电路可扩展输出电流和电压。

4. 开关型稳压电路开关型稳压电路中的调整管工作在开关状态，因而功耗小，电路效率高，但一般输出的纹波电压较大，适用于输出电压调节范围小、负载对输出纹波要求不高的场合。

自 测 题11.1 在图T11.1中所示的整流电路中，变压器次级电压有效值22221U U U ==，负载电阻均为L R 。

判断下列结论是否正确。

（用√表示正确，用×表示错误）T o i o VD1o o o（a ） (b) (c)图 T11.11. 图(a)所示电路输出电压平均值最小；（ ）2. 图（b ）、图（c ）所示电路输出电压平均值近似相等；（ ）3. 图（c ）所示电路中二极管承受的反向电压最高；（ ）4. 图（b ）所示电路的变压器在次级电压的正负半周负载均衡。

（ ） 【解11.1】1. √ 2. √ 3. × 4. √11.2 填空题1．常用小功率直流稳压电源系统由 、 、 和 四部分组成。

2．稳压电源主要是要求在 和发生变化的情况下，其输出电压基本不变。

3．串联反馈式稳压电路的调整管工作在 ，而开关稳压电源的调整管是工作在 。

4．在图T11.2.4所示电路中，调整管为 ，采样电路由 组成，基准电压电路由 组成， 比较放大电路由 组成， 保护电路由 组成；输出电压最小值的表达式为 ，最大值的表达式为 。

-+U o图 T11.2.4【解11.2】1. 电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路 2. 电网电压，负载电阻 3. 放大状态，开关状态 4. VT 1，1R 、2R 和3R ，电阻R 与稳压管Z VD ，VT 2和R C ，R 0和VT 3，)(2BE Z 32321min O U U R R R R R U ++++=，)(2BE Z 3321max O U U R R R R U +++=。

11.3 试分析在下列几种情况下，应该选用哪一种滤波电路比较合适。

1. 负载电阻为1Ω，电流为10 A ，要求脉动系数S ＝10％； 2. 负载电阻为lK Ω，电流为l0mA ．要求脉动系数S ＝0.1％；3. 负载电阻从20 Ω变到100 Ω，要求脉动系数S ＝1％，且输出电压U O 变化不超过20％；4. 负载电阻为l00Ω可调，电流从零变到l A ，要求脉动系数S ＝1％，且希望U 2尽可能低。

【解11.3】1. 电感滤波 2. ∏-RC 型滤波 3. RC 有源滤波电路 4. LC 滤波电路11.4 判断题1.稳压电源的输出电阻越小，意味着由输入电源电压变化对输出电压的影响越小。

（ ） 2．由硅稳压管组成的并联稳压电路，必须在与输入电压组成的回路中，串接限流电阻。

( )3．若U 2为电源变压器副边电压的有效值，则半波整流电容滤被电路和全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压均为22U 。

( )4．因为串联型稳压电路中引入了深度负反馈，因此也可能产生自激振荡。

( ) 5．在稳压管稳压电路中，稳压管的最大稳定电流必须大于最大负载电流。

( )而且，其最大稳定电流与最小稳定电流之差应大于负载电流的变化范围。

( )6．在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下。

桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。

( )。

因此，它们的整流管的平均电流比值为2：1。

( )7．一般情况下，开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。

( )8．当输入电压U I 和负载电流I L 变化时，稳压电路输出电压是绝对不变的。

（ ） 【解11.4】1. √ 2. √ 3. √ 4. √ 5. × √ 6. √ × 7. √ 8. ×11.5 已知在图T11.5所示电路中所标注的电压均为交流有效值，现将一纯电阻负载接入电路不同的位置，测得其平均电压的数值分别为：（1）18V ； （2）36V 。

试问，上述两个电压值是负载电阻分别接在哪两点之间? 要求答出所有可能的情况。

ADE图 T11.5【解11.5】（1）输出平均电压为18V 时，电阻可能接在C 和E 之间，或D 和E 之间，或A 和C 之间，或A 和D 之间，也可能是B 和C 之间，或B 和D 之间。

（2）输出平均电压为36V 时，电阻可能接在C 和D 之间。

11.6 整流滤波电路如图T11.6所示，希望输出电压平均值为24V 。

指出图中有哪些错误及不妥之处。

-+U o图 T11.6【解11.6】图中的错误之处为：变压器二次侧一端接地，这样将整流二极管VD 3短路。

应将接地端断开。

不妥之处为： 电容的容量与耐压值的选择。

根据公式2/)5~3(T CR L =，取2/5T C R L =，所以s 05.0250/15L ==C R 已知R L =100Ω，所以μF 500F 10500100s05.005.06L =⨯===-R C 电容C 应大于500μF 。

又因为输出电压为24V ，所以电容的耐压值必须大于24V 。

图中滤波电容的电容值和耐压值都不满足需要。

11.7图T11.7为一三端集成稳压器组成的直流稳压电赂，试说明各元器件的作用，并指出电路在正常工作时的输出电压值。

o图 T11.7【解11.7】图中的三端集成稳压器W7812的作用是稳定输出电压。

电容1C 用于抵消输入线较长时的电感效应，以防止电路产生自激振荡。

电容2C 用于消除输出电压中的高频噪声，改善负载的瞬态效应。

电路在正常工作时的输出电压值为+12V 。

习 题11.1 整流电路及参数如图P11.1所示。

负载电阻R L1＝R L2＝300Ω。

⑴ 求负载电阻R L1、R L2两端电压的平均值。

⑵ 求流过二极管D 1、D 2、D 3的电流平均值。

⑶ 求二极管D 1、D 2、D 3所承受的最大反向电压。

o1-+图P11.1【解11.1】（1）负载电阻R L1两端电压的平均值为U O1(AV)=0.45×（30V＋10V）＝18V负载电阻R L2两端电压的平均值为U O2(AV)=0.9×10V＝9V（2）流过二极管D1的电流平均值为A06.0300V18L1O1(AV))AV(1D=Ω==RUI流过二极管D2、D3的电流平均值为A015.03002V92L2O2(AV))AV(3D)AV(2D=Ω⨯===RUII（3）二极管D1所承受的最大反向电压为V6.56V10302RM1=+⨯≈）（U二极管D2、D3所承受的最大反向电压为V3.28V1022RM3RM2=⨯≈=UU11.2桥式整流电路如图P11.2所示，要求输出直流电压OU为25V，输出直流电流为200 mA。

试问；(1)输出电压是正是负?电解电容C的极性如何连接?(2) 变压器次级绕组输出电压2U的有效值为多大?(3)电容C至少应选多大数值?(4)整流管的最大平均整流电流和最高反向电压如何选择?图P11.2【解11.2】(1)输出为电压为负，电解电容C的极性为上负下正。