§10.1 支流穩壓電源的組成

一 為什么需要直流穩壓電源

由于交流電的獲得相比從電池，蓄電池化學電源得到要廉價且方便。將電網交流電源經變換，整流，濾波，穩壓后組成的直流穩壓電源，因其經濟容量范圍大，性能優良等優點，已成為大多數電子電路的工作電源。本教授只討論單相小功率直流電源。

二 直流穩壓電源的組成框圖 見圖10.1

1. 電源變壓器

將220V,50HZ的交流電壓變換成與輸出直流電壓大致相當的低壓交流電壓

2. 整流電路

利用二極管的單向導電性將低壓交流電變換成單向脈動電壓，可由半波，全波整流之分。

3. 濾波電路

利用電感和電容的阻抗特性，將整流后的單向脈動電流中的交流分量濾去，是單向脈動電流變換成平滑的直流電。

4. 穩壓電路

當電網電壓波動或負載的變動會導致負載上得到的直流電不穩定，影響電子設備的性能，用穩壓管，即采用一些負反饋方式的穩壓電路，使之自動調節不穩定因素，從而得到穩定電壓。

§10.2 整流與濾波

一 整流（單向整流）

1. 工作原理

利用整流二極管的單向導電性及一定的電路連接（半波或全波整流），將極性和瞬間值均作周期性變化的交流電，變換成瞬間值，雖隨時間而變化，但極性不變的單向脈動電，兩者最根本的區別在于交流電在一個周期中的平均值為零，即不含直流分量，而單向脈動電在一個周期中的平均值即直流分量。

2. 幾種基本單向整流電路的比較，見表10.1

若以上面基本電路中每個二極管均換向，則上面波形中脈動電均為負向，其直流分量（）均為負值。

二 濾波電路

利用電抗元件L,C的貯能作用，當整流后的單向脈動電流電壓，電流增大時，將部分能量貯存，反之則放出能量，達到輸出電流，電壓平滑的目的。

1. 兩種基本濾波電路：并聯電容和串聯電壓濾波，見圖10.2.1

① 并聯電容濾波：

（i）>0時，經過2個整流二極管對C充電（假設）電容上電壓為零，此時會有一個浪涌充電電流對整流二極管充擊較大。選整流二極管時要考慮增大電流容量。，很快充到，此時會使整流管反偏截止。而通過放電，，可見即隨負載電流增大（即減少）而很快下降（ 放電加快了），所以紋波系數（或脈動系數）變大，即外特性較差。見圖10.2（b）。顯而易見，電容濾波通常適合于負載電流變化不大，即

（ii）電容濾波輸出電壓的計算

當滿足時（半波整流電容濾波） =

當滿足時（全波整流電容濾波） 

當時，（只充電，不放電），S=0

② 串聯電感濾波：適宜于大電流輸出（或較�。┑膱龊�

（i）由于電感的貯能特性，當­ 時，L中產生反電勢（ ），阻止電流增大，將一部分能量貯存在電感中，而當¯ 時，電感放出能量，阻止電流減少，輸出電流即平滑了。

（ii）輸出電壓及紋波系數S

輸出直流分量，即(為L的直流電阻，通常)=0.9

經穩態分析，可得，可見L­ ,¯ (負載電流大)S¯ ，而下降不多，僅損失L直流電阻的壓降。

2. 復式濾波器 見圖10.2.2

動畫演示

① T型采用了串聯電感與并聯電容兩種基本濾波的級聯，它具有串聯電感濾波的較穩定的特點，與無關。其=0.9。

② LC型，采用了一級并聯電容與一級T型級聯；兼有二者的特點，輸出電壓較T型高，但隨負載而變動。其=1.2（估計值），適合于小電流工作。

③ RC型，用R代替L，降低成本與體積，但R上損失電流壓降，尤其當輸出電流較大時（ 較小時），適合于小電流的場合。此時=1.2（估算）

3. 小結

① 參照圖10.2.2（d），幾種濾波電路可知，并聯電容，LC 和RC，他們具有并聯電容的特點，輸出電壓較高，1.2（估算），但穩定性不如串聯電感，T型濾波電路，當變大，¯ ，S­ ，性能變差，僅適應用小電流，負載較穩定的濾波電路，此外也存在剛開機或剛充電時的浪涌電路，選整流二極管時須注意留意其電流容量

② 串聯電感和T型濾波，具有電感濾波的特點，即較穩定，基本與負載無關，=0.9，適合于大電流的場合，當然其輸出電壓相對電容濾波要低一些。

4. 倍壓整流

① 在一些需要高壓小電流的場合，如果用前面的整流，濾波電路實施時，必須要增加變壓器副邊繞組的匝數，以提高，這會引來許多麻煩，如變壓器制作的難度，整流二極管及濾波電容需要更高的耐壓。倍壓整流僅靠電容對充電電壓的保持（ 很大時），即二極管的單向導電性，可以成倍的增加輸出的直流電壓。圖10.2.3即為最簡單的二倍壓電路。

原理：當>0，D1導通并向C1充電（）；當<0時，與 串聯使D2導通，并對C2充電，使C2兩端輸出負電壓，輸出的幅度為，此時為空載，即 ，在充電過程中會伴隨放電過程，¯ ，S­ ，可見，倍壓整流只選用于固定的輕載或小電流的情況下使用。

② 如果要獲得n倍壓整流電路，根據同相原理，只要把更多的電容串聯起來并配以相應的二極管分別對它們充電即可。

§10.3 穩壓電路

為了消除由于電網電壓的波動及負載的變化所引起的輸出直流電壓的不穩定，必須在整流濾波后接穩壓電路。穩壓電路可分為兩類：一類自動調節部分與輸出并聯

另一類則與輸出串聯。

一 硅穩壓管穩壓電路，見圖10.3.1

1. 工作于反向擊穿狀態，當變化很大時，幾乎是不變的，即的動態電阻很小，它與并聯。的作用是限流（使）及調節。

2. 工作原理

當直流輸入電壓波動或負載改變引起增大，此時亦增大，劇增，使增大（），使R兩端的電壓降增大，從而抑制了的增大，達到穩定的目的。

3. 穩壓電路的主要指標

①穩定系數 即 固定時，輸出電壓的相對變化量與輸出電壓的相對變化量之比。

②輸出電阻，即當 不變時，輸出電壓的變化量與輸出電流的變化量之比。我們跟定義可求得：

二 串聯反饋型穩壓電路：調整管與串聯而名之。

構成框圖及電路如圖10.3.2

1. 電路組成：
⑴ 取樣電路：由電阻，， 組成分壓器，它取出部分輸出電壓 ，接至運放A（作為比較放大器）的反相輸入端。

⑵ 基準電壓：由穩壓管提供，接至運放A的同相輸入端，為限流電阻。

⑶ 比較放大器：用運放或差分放大器組成，它將采樣電壓與基準電壓 的差值放大，其輸出送至調整管的基極。

⑷ 調整管：在比較放大器的輸出電壓的控制下，改變其管降的值，以使 穩定，通常由功率管構成，必須確保調整管工作于線性放大區，滿足。

2. 穩壓原理

設當或變化引起增大，取樣電路的也增大，與不變的經過運放A輸出至調整管基極，減少，¯ ，¯ ，­ 。使¯ （）

3. 從負反饋概念來看穩壓原理

將圖10.3.2（b）改畫成圖10.3.3，從改畫圖中可將比較放大器，，看作反饋網絡，基準電壓 成了運放同相端的輸入電壓。這正是一個同相輸入比例放大器。它顯然屬于電壓串聯負反饋反饋組態，則改電路對輸出電壓有極好的穩定作用。

4. 輸出電壓及調節范圍

若固定， 動臂調至最左端，則負反饋最弱，則最大。

動臂調至最右端，則負反饋最強，最小

三 集成穩壓器

集成穩壓器是一種集成化的串聯型穩壓器。目前常用的是能夠輸出正或負電壓的三端集成穩壓器，又分固定輸出和輸出可調的兩類。常用的是

1. 三端固定輸出正電壓的集成穩壓器 w78xx系列

3. 三端電壓可調正電壓集成穩壓器 w317,w117

4. 三端電壓可調負電壓集成穩壓器 w337,w137

其中w78xx 和w79xx系列型號中的“xx”是兩個數字，表示輸出的固定電壓Uxx，“xx”一般有05（5v）,06(6v),08(8v),12(12v),15(15v),18(18v),24(24v)等幾種，每一種系列的穩壓器其輸出電流又有：100mA(78LXX),0.5A(78MXX),及1.5A(78XX)