模拟电子技术基础9

[本章主要教学内容]

1、 直流电源的组成及各部分的作用；

2、 整流电路的工作原理及其主要参数计算； 3、 各种滤波电路的工作原理和性能特点；

4、 各种稳压电路的工作原理、性能特点和使用。

[本章课时分配] 本章分为3讲，每讲2学时。

第二十九讲 直流电源的概述及单相整流电路

一、主要内容

1、 直流电源的作用

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，大部分电子仪器设备、家用电器、计算机都需要把交流电源变换为直流稳压电源。

2、 直流电源的定义

将频率为50Hz、有效值为220V的交流电压转换为电压幅值为几伏到几十伏、输出电流为几安以下的单相小功率直流稳压电源 3、 直流电源的组成及各部分作用

直流电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分组成，它的方框图如P407图9.1所示；其中变压器是把有效值为220V的交流电压变换为幅值为几伏到几十伏的交流电；整流电路是将交流电转为具有直流电成分的脉动直流电；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稳压及负反馈技术进一步稳定直流电压。

4、 半波整流电路的组成及工作原理分析 1） 半波整流电路如P409图9.2所示。

2） 工作原理分析：u2正半周，二极管D导通，产生电流从A点流出，经过二极管D和

负载电阻RL流入B点，uo=u2；u2负半周，二极管D截止，无电流产生，uo=0。

5、 半波整流电路基本参数的含义及其计算

1）输出电压平均值UO（AV）：负载电阻上电压的平均值

UO(AV)12ππ02U2sintd(t)0.45U2RL

2）输出电流平均值IO（AV）：流过负载电阻上电压的平均值

2U20.45U2π

IO(AV)UO(AV)RL3）脉动系数S：最低次谐波的幅值与输出电压平均值之比

SUO1MU2UO(AV)24）二极管的平均电流ID（AV）：等于负载电流的平均值IO（AV）

2U21.57π2

ID(AV)IO(AV)

5）二极管所承受的最大反向电压URMAX：：

6、 全波桥式整流电路的组成及工作原理分析 1）全波桥式整流电路如P412图9.4所示。

0.45V2RLURmax2U2

2）工作原理分析：u2正半周，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，产生电流从A点流出，经D1、RL、D3流入B点，uo=u2；u2负半周，二极管D2、D4导通，D1、D3截止，产生电流从B点流出，经D2、RL、D4流入A点，uo=-u2。 7、 全波桥式整流电路参数计算

1）输出电压平均值UO（AV）：

UO(AV)12U2sintd(t)π0IO(AV)π22U20.9U2π RL0.9U2RL

UO(AV)2）输出电流平均值IO（AV）：

S3）脉动系数S：

4）二极管的平均电流ID（AV）：等于负载电流的平均值IO（AV）一半

UO1M20.67UO(AV)3

ID(AV)IO(AV)

5）二极管所承受的最大反向电压URMAX：：



0.45V22RLURmax2U2

直流电源的组成及其各个部分的作用：重点讲清各部分作用及其构造思

二、本讲重点

想。

全波桥式整流电路的工作原理分析：重点讲清电路在电源正负半周两种情

况下四个二极管的导通截止情况、电流的流向。



三、本讲难点

整流电路基本参数的计算：可只讲参数的含义和计算方法，可不作仔细的数学推导。

四、教学组织过程

本讲以讲授为主，介绍直流稳压电源的组成及各部分的作用，分析整流电路的工作原理，强调对输出电压及电流的平均值如何估算。

五、课后习题

见相应章节的“习题指导”。

第三十讲 滤波电路和稳压管稳压电路

一、主要内容

1、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。 2、电容滤波电路

现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

图 电容滤波电路

1）滤波原理

若v2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 ，是正弦波。

当v2到达t=/2时，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。在刚过t=/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过t=/2时二极管仍然导通。在超过t=/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图9.8(b)(c)。 2）电容滤波电路参数的计算

电容滤波电路的计算比较麻烦，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

VO2V2(1T)4RLC

T另一种是在RLC=（35）2的条件下，近似认为VO=1.2V2。

3）外特性

整流滤波电路中，输出直流电压VO随负载电流IO的变化关系曲线如图

二极管反向最大名 称 VO(空载) VO(带载) 电压 半波整流 全波整流、电容滤波 桥式整流、电容滤波 桥式整流、电感滤波 每管平均电流 IO 0.5IO 0.5IO 0.5IO 2V2 2V2 2V2 2V2 0.45V2 1.2V2* 1.2V2* 0.9V2 2V2 22V2 2V2 2V2

3、电感滤波电路

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。

桥式整流电感滤波电路和电感滤波的波形图如图所示。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，电感中的电流将更换经由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的导电角都是180°。

图 电感滤波电路的波形图

4、引起输出电压不稳定的原因

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，见下图。 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。 即

VO=f(VI,IO)

图 稳压电源方框图

5、硅稳压二极管稳压电路 1）稳压二极管稳压电路的原理

硅稳压二极管稳压电路的电路图如图9.17所示。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。 a.输入电压变化时如何稳压 根据电路图可知

VO=VZ=VIVRVIIRR

IR=IL+IZ

输入电压VI的增加，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。这一稳压过程可概括如下：

VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓

这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。 b负载电流变化时如何稳压

负载电流IO的增加，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。这一稳压过程可概括如下：

IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

2)、稳压电阻的计算

稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。

a.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，由此计算出来稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即

Rmax=b.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，由此可计算出来稳压电阻的最小值。即

VIminVZIZminILmax

VImaxVZIZmaxILmin Rmin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！

二、本讲重点

Rmin=1、电容滤波电路的原理和参数计算； 2、电感滤波电路的原理和参数计算；

3、硅稳压二极管稳压的基本原理、电路特点及其稳压电阻的计算。

三、本讲难点

电容滤波和电感滤波电路的原理和波形分析。

四、教学组织过程

本讲以讲授为主，介绍直流稳压电源的组成及各部分的作用，分析稳压管稳压电路的工作原理，强调对输出电压及电流的平均值如何估算。

五、课后习题

见相应章节的“习题指导”。

第三十一讲 串联型稳压电路

一、主要内容

1、线性串联型稳压电路

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。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。

1）线性串联型稳压电路的工作原理

a.线性串联型稳压电源的构成

典型的串联型稳压电路如图9.21所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。

b.线性串联型稳压电源的工作原理

根据图9.21，分两种情况来加以讨论。 （1）输入电压变化，负载电流保持不变

输入电压VI的增加，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↓

（2）负载电流变化，输入电压保持不变 负载电流IL的增加，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与基准电压源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

由图可知

VF≈VREF

VOVO1=(1+调节R2显然可以改变输出电压。

R1R2)VREFR3R\"2

2、三端集成稳压器

将线性串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个外引线：输入端、输出端和公共端。它的电路符号如图所示，外形如图所示。 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。

图 集成稳压器符号 图 外形图

二、本讲重点

线性串联型稳压电路的基本原理及其输出电压调节范围的计算。

三、本讲难点

四、教学组织过程

本讲以讲授为主，讲授串联型稳压电路的工作原理、性能特点和使用，最后穿插学生自学集成稳压器和开关型稳压电路的工作原理、特点及其使用方法。

五、课后习题

见相应章节的“习题指导”。

〖本 章 小 结〗

本章主要介绍了直流稳压电源的组成，各部分电路的工作原理和各种不同类型电路的结构及工作特点、性能指标等。学完本章后要求： 1、 正确理解直流稳压电源的组成及各部分的作用；

2、 能够分析整流电路的工作原理，估算输出电压及电流的平均值；了解滤波电路的工作原

理，能够估算电容滤波电路输出电压平均值；掌握稳压管稳压电路的工作原理，能够合理选择限流电阻，并能正确理解串联型稳压电路的工作原理，能够估算其输出电压的调节范围；

3、了解集成稳压器和开关型稳压电路的工作原理、特点及其使用方法。