模拟电子技术 - 第8章 - 直流稳压电源B

第8章 直流稳压电源

第8章 直流稳压电源

8.1 教学基本要求

主 要 知 识 点 教 学 基 本 要 求 熟练掌握 直流稳压电源的组成及分类 单相桥式整流电路的工作原理及其主要性能指标 滤波电路的工作原理及其主要参数 稳压电路的主要性能指标 串联反馈型线性稳压电路的组成及工作原理 三端集成稳压器及其应用电路 开关型稳压电路工作原理及电路 √ √ √ 正确理解 √ √ 一般了解 √ √

8.2 重点和难点

一、重点

单相桥式整流电路的工作原理及主要性能指标。 二、难点

串联型稳压电路的分析。

8.3 知识要点

整流电路

滤波电路

直流稳压电源 稳压电路

集成稳压器

开关式稳压电源

8.4 主要内容

一、直流稳压电源的组成

电子设备中需要直流电源，它们可以采用干电池、蓄电池或其它直流能源供电。但这些电源成本高，容量有限，在有交流电网的地方，一般采用将交流电变为直流电的直流稳压电源。

Tru1u2整u3滤稳u4Uo流波压RLtt00t电0电0电tt路路路0图8-1 直流稳压电源组成框图

直流稳压电源一般由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成，如图8-1所示。

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第8章 直流稳压电源

电源变压器：将电网供给的交流电变换成符合整流电路要求的交流电。 整流电路：将变压器二次侧的交流电压变换为单向脉动的直流电压。 滤波电路：将脉动的直流电压变换为平滑的直流电压。

稳压电路：将直流输出电压稳定，减少电源电压波动和负载变化对输出直流电压的影响。

二、整流电路

1．整流电路的分类

按交流电的类型：分为单相整流和三相整流。

按输出功率的大小：分为小功率整流和大功率整流。小功率直流电源一般采用单相整流；大功率直流电源一般采用三相整流。

按整流元件：分为可控整流和不可控整流。可控整流一般用可控硅元件，通过控制可控硅的导通角来控制输出电压的大小；不可控整流用二极管整流，输出电压大小不可控。

本课程只讨论单相、小功率、不可控整流电路。

表8-1 类型 单 相 半 波 D电 路 ioRL整流电压的波形 u0 Uo ID URM 特点 电路简单，输出纹波+-u2uo t 0.45U2 Io 2U2 大，电源的利用率低。 单 相 全 波 纹波小，二+u-+2D1Iouuo0 极管的反-u2D2RL0.9 U2 t 1Io 2 22U2 向电压高。 单 相 桥 式 +u2D4D3D1uIo电路复杂，-D2RLuo0 t 0.9 U2 1Io 2纹波小，二2U2 极管的反向电压小，应用最广。 2．整流电路的基本原理

利用整流二极管的单向导电性，将双向变化的交流电变成单向脉动的直流电。 3．单相整流电路及主要参数

设U2为变压器二次侧的电压有效值，Uo为输出电压的直流分量（平均值），Io为输出平均电流，URM为二极管的最大反向电压，ID为流过二极管的平均电流。单相整流电路及主要参数如表8-1所示。

三、滤波电路

整流输出的直流电压脉动分量比较大，为减小脉动，在整流电路之后加上滤波电路。滤波分

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第8章 直流稳压电源

为电容滤波、电感滤波、复式滤波。

滤波电路是利用电容和电感对不同频率的信号表现出不同的电抗，构成低通滤波电路，以减小高频纹波成份。电容在高频时容抗小，和负载并联；电感在高频时感抗大，和负载串联，可使高频分量在负载上的分压大大降低，从而达到减小纹波的目的。

几种滤波电路的主要指标如表8-2所示。

表8-2 电容滤波 电感滤波 电路形式 半波整流 全波整流 桥式整流 半波整流 全波整流 桥式整流 Uo ?U2 URM 22U2 22U2 ID Io 特点 RLC越大，滤波效果越好。二极管的导通角?1.2U2 ?1.2U2 0.45 U2 0.9 U2 0.9 U2 0.5Io 小，冲击电流大。一般适应于输出电压较高，0.5Io 负载电流小且变化也小的场合。 Io 二极管的导通角大，无冲击电流。但由于铁2U2 2U2 22U2 0.5Io 心的存在，电磁干扰大。适应于输出电压较低，0.5Io 输出电流大且负载变化大的场合。 2U2

四、稳压电路

为使输出的直流电压不随电源电压的波动、负载的变化而变化，还需要在滤波电路之后加稳压电路。稳压电路又分为并联型稳压电路和串联型稳压电路两大类。 1．并联型稳压电路

并联型稳压电路就是在滤波电路后，加上稳压管构成稳压电路，如图8-2所示。稳压管的选择应遵循：

UZ＝Uo

IZM＝(1.5 ~3) IOM UI = (2~3) Uo

稳压过程就是利用稳压管上电压的微小变化，会引起稳压管电流的较大变化，电阻R感应这个电流变化，并调整使输出电压基本维持不变。其稳定过程如下： 当负载不变，输入电压UI波动使得输出电压Uo升高，其调节过程为：

UI↑→Uo（UZ）↑→IZ↑→ IR↑→UR↑ Uo↓ 若输入电压UI不变，负载发生变化，如RL减小，其调节过程为：

RL↓→Uo（UZ）↓→IZ↓→ IR↓→UR↓ Uo↑ 当负载电阻RL和输入电压UI一定时，电阻R的选择是根据稳压管的电流不超过正常工作范围来选的。稳压管的电流是在IZmin < IZ < IZM之间，则 IZmin?可得电阻R的取值范围为

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图8-2 稳压管稳压电路IRRIZUIDZIoUZRLUoUI?UZUZ??IZM RRL第8章 直流稳压电源

UI?UZUI?UZ ?R?UZUZIZM?IZmin?RLRL 这种稳压电路输出电压不能调节，负载电流变化范围小，稳压效果差，但电路结构简单。故在要求不高的小功率电子设备中得到广泛应用。 2．串联型稳压电路

串联反馈式稳压电路组成框图如图8-3所示。它由采样环节（R1、RP、R2）、基准环节（R、DZ）、放大环节（A）、调整环节（T）四部分组成。

输出电压的大小调节可以通过改变电位计RP的位置来实现。其公式为： Uo?R1?R2?RPUZ ?R2?R2T??0，UO输出最大值： 当电位器调至最低点时，R2AUomin?R1?R2?RPUZ

R2?RpDZUZ该稳压电路具有如下特点： （1）稳定度高、纹波小、响应速度快。

（2）输出电压可调、输出电流范围大、输出电阻小。

图8-3 串联型稳压电路的组成框图（3）调整管工作在线性状态，管压降较大（3～5V），电路的功率变换效率较低，约30％～50％。

五、集成线性稳压器

集成线性稳压器的电路结构和工作原理与图8-3所示电路类似。输出电压固定的三端集成稳压器有正输出（LM78××）和负输出（LM79××）两个系列。根据输出电流的不同，又可分为三种：LM78××、LM79××的最大输出电流为1.5A；LM78M××、LM79M××的最大输出电流为0.5A；LM78L××、LM79L××的最大输出电流为0.1A。以上各型号中的××表示输出固定电压值，一般有5V、6V、8V、12V、15V、18V、20V、24V等8种。

输出电压可调的三端集成稳压器有LM317、LM117（输出正电压），LM337、LM137（输出负电压）。

三端集成稳压器只有三个引脚：输入端（in）、输出端(out)、公共端(com)。图8-4、图8-5是不可调和可调三端集成稳压器的典型应用电路。

1U2C2LM7805INOUTGND2LM31731INADJ2OUT3C1C30.1 μF220 μF0.33 μFC4100 μFUoU2C1C2RwC4图8-4 三端集成稳压电路的典型应用?9-4 ?????????????图8-5 三端集成可调稳压电路的典型应用图9-5 三端集成可调稳压电路的典型应用

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+-RR1?R2?RP Uomax?UZ

R2Ui??Rp，Uo输出最小值：当电位器调至最高点时，R2

uBUFR1R'1R'2R2RPUoRLR1240 ΩC3Uo

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六、开关式稳压电源

当稳压电源中的调整管T在控制脉冲作用下，工作于开关状态，通过适当调整开通和关断的时间，可使输出电压稳定的稳压电源称为开关稳压电源。

调整管开通和关断时间的控制方式有两种：一种是固定开关频率，控制脉冲宽度（PWM——脉冲宽度调制）；一种是固定脉冲宽度，控制开关频率（PFM——脉冲频率调制）。

开关式稳压电源有如下特点：

（1）调整管工作在开关状态，功耗低，电源的功率转换效率高，约60％～80％，甚至可高达90％以上。

（2）由于控制脉冲的频率高，一般在几十千赫兹以上，滤波电感、电容的数值较小。故大多数开关电源没有工频电源变压器，体积小，重量轻。

（3）电路的其它性能均略低于线性电源。

8.5 典型例题分析

[例8-1] 有一整流电路如例8-1图所示。试求：（1）负载电阻RL1和RL2上整流电压的平均值Uo1和

Uo2，并标出极性；（2）二极管D1、D2、D3上的平均电流ID1、ID2、ID3以及各管所承受的最高

反向电压。

解：（1）D3构成的为半波整流电路，其对应的变压器二次侧的交流电压有效值为：

U’2＝90＋10＝100V

则RL1两端的直流电压为：

UO1＝0.45U’2＝0 .45×100＝45V

A端为直流输出电压的负极。

D1、D2构成全波整流电路，其对应的变压器二次侧的交流电压有效值为

U2＝10V

则RL2两端的直流电压为：

UO2＝0.9U2＝0 .9×10＝9V

B端为直流输出电压的正极。

（2）全波整流电路中二极管D1、D2的平均电流为：

ID1＝ID2＝（1/2）IO2＝0 .5×(UO2/RL2) ＝0.5×（9/100）=0 .045A

半波整流电路中二极管D3的平均电流为：

ID3＝IO1＝UO1/RL1 ＝45/10=4 .5mA u14

90V220V10VD 110VD 3R L2100D 210kBR L1U O2AU O1例8-1图TrD1u2D4D3Io 二极管承受的最大反向电压：

URM1?URM2?22U2?202V

' URM3?2U2?1002V

D2CLRLuo例8-2图175

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[例8-2] 在桥式整流电容滤波电路中（如例8-2图所示），设U2?20V。现用直流电压表测量RL端电压Uo，出现下面几种情况，试分析哪些是合理的？哪些发生了故障？并指明原因。 （1）Uo?28V；（2）Uo?18V；（3）Uo?9V；（4）Uo?24V。

解：桥式整流加电容滤波电路正常输出的直流电压平均值为1.2U2；如果负载开路，则输出为2U2；如果不接电容，则为桥式整流，输出为0.9U2；如果不接电容，并且桥式整流电路某个二极管虚焊，成为半波整流，则输出为0.45U2。所以有：

（1）RL断开或虚焊，电容上电压无放电回路，保持在最大值Uo＝2U2＝28V。 （2）电容CL断开或虚焊，是全波整流输出Uo＝0.9 U2＝18V。

（3）电容CL和某一整流二极管断开或虚焊，为半波整流输出Uo＝0.45 U2＝9V。 （4）正常输出Uo＝1.2 U2＝24V。

[例8-3] 电路如图8-3所示。已知UZ?6V、R1?2k?、R2?1k?、RP?3k?、Ui?30V、T的电流放大系数??50。试求：（1）输出电压的变化范围；（2）当Uo?15V、RL?150?时，调整管T的管耗和运算放大器的输出电流。

TA??0，Uo输出最大值： 当电位器调至最低点时，R2UiDZ Uomax?R1?R2?RP2?1?3UZ??6?36V

R21UZ??Rp，UO输出最小值： 当电位器调至最高点时，R2例8-3图 串联型稳压电路的组成框图Uomin?R1?R2?RP2?1?3UZ??6?9V

R2?Rp1?3（2） 三极管两端的电压为：UCE?Ui?Uo?15V

U 负载上的电流：Io?o?0.1A

RL 三极管集电极上的电流：ICE?Io?0.1A 三极管上的功耗：PT?UCEICE?1.5W

I 运放的输出电流：Iout?CE?2mA

?

8.6习题及其解答(供参考)

一、自测题

8-1 思考题

(1) 衡量稳压电路质量的性能指标有哪些？

答：主要指标有输入调整率Su，稳压系数Sr，负载调整特性SI，输出电阻Ro，温度系数ST。 (2) 如何根据单相桥式整流电路的工作原理分析电路故障现象？

答：若其中一个二极管开路，则为半波整流，一个半周导通，另外半周截止，输出电压Uo=0.45U2；若其中一个二极管反接或短路，则将烧毁变压器，Uo=0V。桥式整流加电容滤波电路正常输出的

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+-R?R2?RP解：（1） 由于 Uo?1UZ

?R2?R2RuBUFR1R'1R'2R2RPUoRL第8章 直流稳压电源

直流电压平均值为1.2U2；如果负载开路，则输出为2U2；如果不接电容，则为桥式整流，输出为0.9U2；如果不接电容，并且桥式整流电路某个二极管虚焊，成为半波整流，则输出为0.45U2。 (3) 试说明常见滤波电路类型以及其外特性。在实际应用中应如何选择电路类型及其元器件的参数？

答：常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。电容滤波的电路结构简单，外特性比较软，输出电压较高，脉动较小，但带负载的能力不强，因此适合负载电流不大且负载变化较小的电子系统。电感滤波的外特性比较硬，整流管的导电角较大，峰值电流很小，输出特性比较平坦，但由于铁心的存在，笨重，体积大，易引起电磁干扰，一般只适用于大电流的场合。复式滤波器结构简单，能兼起降压、限流作用，滤波效能也较高，滤波效能很高，几乎没有直流电压损失，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合。电容滤波可针对不同频率的谐波滤波分量，选择相

T应的电容器容量及数量，滤波电容容量由RLCL?(3~5)确定，电容器耐压应大于2U2。滤波

2电感的选择：如频率不高，如小于70kHz以下，可以选择铁粉心的环，这种环饱和磁通密度大，可以承受比较大的直流电流，并且成本很低，但损耗高一些；频率再高一点，如70kHz

图8-40 题8-1(4)图

答：(a)图可以作为滤波电路，构成低通滤波器；(b)图不可以作为滤波电路，应将电感L置于电容器C之前；(c)图也不可以作为滤波电路，应将电感换成电容，电容换成电感。

(5) 直流稳压电源主要由哪几部分组成，各部分的功能是什么？

答：直流稳压电源是由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。电源变压器是将交流电源电压变换成符合整流、稳压需要的交流电压；整流电路是将变压器二次侧交流电压变化为单向脉动电压，其中整流元件常采用具有单向导电性的晶体二极管或晶闸管；滤波电路是为了减小整流输出电压的脉动程度，采用滤波电路减小脉动电压的纹波幅度，以适应负载的需要；稳压电路是当交流电源电压波动或负载变化时，通过稳压电路使直流输出电压稳定。在某些对直流电压的稳定度要求不高的电子电路中，稳压电路可以采用简单的稳压管稳压电路或不需要稳压环节。

(6) 串联反馈式直流稳压电路主要由哪几部分组成，各部分的功能是什么？ 答：串联反馈式直流稳压电路主要由采样环节、基准环节、放大环节、

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第8章 直流稳压电源

调整环节四部分组成。如右图所示。

各部分作用的功能：VT为调整管，它工作在线性放大区，故又称为线性稳压电路。R3和稳压管VZ组成基准电压源，为集成运放A的同相输入端提供基准电压；R1、R2和Rp组成取样电路，它将稳压电路的输出电压分压后送到集成运放A的反相输入端；集成运放A构成比较放大电路，用来对取样电压与基准电压的差值进行放大。

(7) 试说明常见线性集成稳压电路的种类及其使用特点。

答：常见线性集成稳压电路有三端固定式集成稳压器和三端可调式集成稳压器两类，前者输出直流电压固定不变，后者输出直流电压可以调节。

使用特点：体积小，性能稳定可靠，使用灵活，价格低廉，外围元件少。 (8) 使用线性集成稳压器时应该注意什么？如何正确选用线性集成稳压器？

答：使用线性集成稳压器时应该注意：不同型号，不同封装的线性集成稳压器的三个电极的位置是不同的，使用前要查手册确定；通常输入电压Ui应比输出电压端Uo高3V以上；为减小输出电压纹波，应在稳压器调整端与地之间接入一个10μF左右的电容；三端集成稳压器是一个功率器件，它的最大功耗取决于内部调整管的最大结温，因此，要保证集成稳压器能够在额定输出电流下正常工作，就必须为集成稳压器采取适当的散热措施。要根据实际电路选择合适的稳压器。 (9) 试比较单相半波整流和单相桥式整流电路的各项性能指标，哪种整流电路最好？

答：单相半波整流电路简单，易于调节，但电源利用率低，输出纹波较大，输出电压低。而桥式整流电路的优点是输出电压高，纹波电压较小，管子所承受的最大反向电压较低，同时因电源变压器在正负半周内都有电流供给负载，电源变压器得到充分的利用，效率较高。因此，这种电路在半导体整流电路中得到了广泛的应用。因此桥式整流电路优于半波整流。 8-2 选择题

（1）单相桥式整流的目的是 A 。

A. 将交流变为直流 B. 将高频变为低频 C. 将正弦波变为方波 （2）在单相桥式整流电路中，若有一只整流管接反，则 C 。

A. 输出电压约为2UD B. 变为半波直流 C. 整流管将因电流过大而烧坏 （3）直流稳压电源中滤波电路的目的是 B 。

A. 将交流变为直流 B. 将高频变为低频 C. 将交、直流混合量中的交流成分滤掉 （4）直流稳压电源的滤波电路应选用 B 。

A. 高通滤波电路 B. 低通滤波电路 C. 带通滤波电路

(5) 当输出电压平均值相等时，单相桥式整流电路中的二极管所承受的最高反向电压为12V，则单相半波整流电路中的二极管所承受的最高反向电压为 A 。

A. 12V B. 6V C. 24V D. 8V。 (6) 已知整流二极管的反向击穿电压为20V，按通常规定，此二极管的最大整流电压为 D 。 A. 20V B. 15V C. 10V D. 5V

(7) 稳压二极管稳压时，其工作在 C ；发光二极管发光时，其工作在 A 。

A．正向导通区 B．反向截止区 C．反向击穿区 8-3 填空题

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(1) 稳压二极管是利用二极管的 反向击穿 特性工作的。

(2) 如果变压器二次侧(即副边)电压的有效值为12V，桥式整流后(不带滤波)的输出电压为 10.8 V，经过电容滤波后为 17 V，二极管所承受的最大反向电压为 17 V。 (3) 直流稳压电源是一种将 交流电 转换为直流信号的波形变换电路。 (4) 稳压电源主要是要求在 输入信号 和 负载 发生变化的情况下，其输出电压基本不变。

(5) 在图8-41所示电路中，调整管为 T1 ，采样电路由R1，R2和R3组成，基准电压电路由 R和DZ 组成， 比较放大电路由 T2 组成，保护电路由 T3和R0 组成；输出电压最小值的表达式为Uo?式为Uo?R1?R2?R3UZ，最大值的表达

R3?R2图8-41 图8-3(5) 串联稳压电源电路R1?R2?R3UZ。

R3(6) 在变压器二次侧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。

(7) 若U2为电源变压器二次侧电压的有效值，则半波整流电容滤波电路的输出电压为 U2 ；全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压为 2U2 。

二、习题

8-4试画出线性串联稳压电路的组成框图，并从反馈角度分析其工作原理及影响稳压性能的主要因素。

串联反馈式稳压电路稳定输出电压是利用了电压负反馈稳定输出电压的基本原理。当输入电压Ui增加(或负载电流Io增大)时，导致输出电压Uo增加，随之反

RUi基准电压TuB调整UFR1取样AR2馈电压UF= Uo=FuUo也增加(Fu为反馈系

R1?R2数)。UF与基准电压UREF相比较，其差值电压经比较放大器放大后使uB和IC减小，调整管T的c–e极间的电压

比较放大DZ题8-4图 串联型稳压电路的原理电路UCE增大，使Uo下降，从而维持Uo基本恒定。同理，当输入电压Ui减小(或负载电流Io减小)时，也将使输出电压基本保持不变。

8-5如图8-42所示电路为全波整流电路，变压器二次侧电压有效值为2U2。 (1) 画出u2、iD1、iD2和uo的波形；

(2) 求出输出电压uo的平均值Uo和输出电流Io的表达式； (3) 二极管的平均电流ID和所承受的最大反向电压URM的表达式。 解：（1）各处波形如题8-5解图所示 （2）Uo?0.9U2

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图8-42 题8-5图+-UoUREFRLR2u20?tiD1iD2uo0?t?t题8-5图A00?t第8章 直流稳压电源

Uo0.9U2 ?RLRL1U（3）ID?Io?0.452

2RLIo? URM?22U2

8-6 全波整流电路如图8-3(a)所示，变压器一次侧接220V交流电压，

(1) 变压器二次侧交流电压为15V，负载电阻为75Ω。试求输出直流电压Uo、直流输出电流Io、整流二极管平均整流电流ID和二极管最大反向峰值电压URM；

(2) 若要求输出直流电压为5V，试确定电源变压器二次侧电压U2和一次侧与二次侧线圈的匝数比。

解：（1）Uo?0.9U2?0.9?15?13.5V

Io?Uo13.5??0.18A RL75Tr11ID?Io??0.18?0.09A

22u1u21D4u22D3D1URM?2U2?2?15?21.21V

（2）若要求输出直流电压为5V，则

D2RL1uo1uo2+-+-U2?Uo5??5.56V 0.90.9RL2图8-43 题8-7图一次侧与二次侧线圈的匝数比为

U220?40 k?1?U25.568-7 电路如图8-43所示，变压器一次侧接220V交流电压。

(1) 标出uo1和uo2对地的极性。uo1和uo2的波形是全波整流还是半波整流？

(2) 若U21?U22?20 V，计算出uo1和uo2的平均值。

(3) 若U21=18V，U22=22V，画出uo1和uo2的波形，并求出uo1和uo2的平均值。

解：（1）如图所示，uo1和uo2的波形都是全波整流； (2) 若U21?U22?20 V，则

u210?tu220?tuo1uo20?t?t题8-7解图Uo1?Uo2?0.9U21?0.9?20?18V

(3) 若U21=18V，U22=22V，其uo1和uo2的波形如题8－7解图所示

0Uo1?Uo2?0.45U21?0.45U22?0.45?18?0.45?22?18V

8-8 如图8-3(a)所示桥式整流电路所示，已知变压器二次侧电压U2?100V，负载电阻RL?2 k?。忽略二极管的正向压降和反向电流。

(1) 求负载电阻RL两端的电压平均值Uo和电流平均值Io； (2) 求二极管中的平均电流ID和各管承受的最高反向电压URM； (3) 若有某只二极管接反、短路或断开，将会出现何种情况？

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第8章 直流稳压电源

解：(1) Uo?0.9U2?0.9?100?90V

Uo90??45mA RL2?10311(2) ID?Io??45?22.5mA

22Io?URM?2U2?2?100?141.4V

(3) 若有某只二极管接反、短路，则会将变压器二次侧被短路；若有某只二极管断开，则成为单相半波整流。

8-9 在如图8-5(a)所示桥式整流电路中，已知输出电压平均值Uo=15V，负载电流平均值Io＝100mA。

(1)求变压器二次侧电压有效值U2；

(2)设电网电压波动范围为220(1±10％)V，在选择二极管的参数时，其最大整流平均电流IF和最高反向电压URM的下限值约为多少？

解：(1)桥式整流电容滤波电路的输出为Uo?1.2U2，则

U2?Uo15??12.5V 1.21.2(2) 为了使整流二极管能安全工作, 通常应大于输出平均电流的(2～3)倍,即

IF?(2~3)Io?(200~300)mA

对于单相桥式整流电路而言，无论有无滤波电容，二极管的最高反向工作电压都是实际应用中常选URM?2U2m的整流二极管，即

URM?2U2m(1?10%)?22?12.5(1?10%)?38.89V

8-10如图8-44所示电路，已知稳压管的稳定电压为5V，最小稳定电流为5mA，允许耗散功率为300mW；输入电压为20～25V，R1＝300Ω。

(1) 为保证空载时稳压管能够安全工作，R2应选多大？

(2) 当R2按上述原则选定后，负载电阻允许的变化范围是多少？ 解：稳压管的最大稳压电流为 IZM? (1)由题意有

2U2，

PZM300?10??60 mA UZ5-3图8-44 题8-10图25?520?5?50 mA，IR1max??66.667 mA

0.3 kΩ0.3 kΩ 当Ui?25 V，IZM?60 mA时，IR2?66.667?60?6.667 mA

IR1min? 因此，为保证空载时稳压管能够安全工作，R2?5 V?750?

6.667 mA（2）当R2取750Ω时，负载电阻的选择应使稳压管的电流为

IZM?IZ?IZmin

为了满足 IZ?IR1?IR2?IL

181

第8章 直流稳压电源

ILmax?IR1min?IR2?IZmin?50?6.67?5?38.33mA

RLmin?Uz5??130 Ω ILmax38.33?10?3 RLmax??

8-11 在图8-45所示稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ为6V，最小稳定电流IZmin＝5mA，最大稳定电流IZM＝40 mA；输入电压UI为15V，波动范围为±10％；限流电阻R＝200Ω。 (1)电路是否能空载？为什么？

(2)作为稳压电路的指标，负载电流IL的范围为多少？ 解：（1）当空载时，其稳压管的电流为

IRRIZUIDZIoUZRLUoIZmaxU?UZ15?15?10%?6?1??52.5mA?IZM

R0.2 kΩ故负载不能开路。

U?UZ?ILmax，负载电流的最大值 （2）根据IZmin?IminRU?UZ?IDZmin?32.5mA ILmax?IminRU?UZ?ILmin，负载电流的最小值 根据IZmax?ImaxR

题8-11图ILmin?UImax?UZ?IDZmax?12.5mA

RTrD1P所以，负载电流的范围为12.5～32.5mA。

8-12 具有整流滤波和比较放大器的稳压电路如图8-46所示。

u2D4D3R1C1T1QMR2T2DzR3ND2RwUoRL1000uFUZR4题8-12图(1)分析电路中各个元件的作用，从反馈放大电路的角度来看哪个是输入量？T1、T2各起什么作用？反馈是如何形成的？

UCES≈ 1V，(2)若UP?24 V，稳压管稳定电压UZ=5.3V，晶体管UBE≈0.7V，R3=R4=RW=1kΩ，

试计算Uo的可调范围。

(3)试问变压器二次侧电压的有效值U2大约是多少？若R3改为2 kΩ，调节RW时能输出的Uo最大值是多少？

解：（1）由D1～D4构成桥式整流电路；由C1构成电容滤波电路； T1构成调整电路；R3，Rw与R4组成反馈网络用来反映输出电压的变化(取样)；DZ和R2构成基准稳压电路；从反馈放大电路来看，T2管的输出为T1输入量，T1构成电压反馈，稳定输出电压，T2构成误差放大。输出电压的变化量由反馈网络R3，Rw与R4取样后，经放大管T2放大后去控制调整管T1的c–e极间的电压降，从而达到稳定输出电压Uo的目的。

182

第8章 直流稳压电源

（2）由于在深度负反馈情况下，UN?故 Uo?UZ?R4?RwUo?UZ

R3?R4?RWR3?R4?Rw ?R4?Rw若Rw的滑动端在最下端时，其输出电压最大，即 Uomax?UZR3?R4?Rw1?1?1?5.3??15.9V

R41R3?R4?Rw1?1?1?5.3??7.95V

R4?Rw1?1若Rw的滑动端在最上端时，其输出电压最小，即

Uomin?UZ故Uo的可调范围为7.95V~15.9 V。

(3)由于UP?24 V，而UP?1.2U2，故变压器二次侧电压的有效值U2为 U2?UP24??20V 1.21.2若R3改为2 kΩ，调节RW时能输出的Uo最大值

Uomax?UZ

R3?R4?Rw2?1?1?5.3??21.2V

R418-13 图8-47所示电路中，Uz?6V，R1=2 kΩ，R2=R3=1kΩ，Rw?5 kΩ,Ui= 30V，调整管的电流放大系数β=80。

（1）求输出电压Uo的调节范围；

（2）当Uo=15V，RL=150 Ω时，求比较放大器的输出电流I。

UiTIoA?R2?Rw解：（1）由于UF?Uo?UZ，其中R?W

R1?R2?Rw为可变电阻器滑动触头下面的电阻。则

DzUz题8-13图Uo?UZR1?R2?Rw ?R2?Rw当R?W＝0时，输出电压最大，为 Uomax?UZR1?R2?Rw2?1?5?6??48V

R21R1?R2?Rw2?1?5?6??8V

R2?Rw1?5当R?W＝RW＝5kΩ时，输出电压最小，为

Uomin?UZ故输出电压Uo的调节范围为（8～48）V。 （2）当Uo=15V，RL=150 Ω时，输出电流为

Io?

Uo15??0.1A RL150183

+-R3uBIR1UFI1RWRLUoUREFR2第8章 直流稳压电源

采样支路的电流为 I1?Uo15??1.875mA 3R1?R2?Rw(2?1?5)?10100 mA?1.25 mA 80故三极管发射极电流Ie?Io?0.1A，则比较放大器的输出电流即三极管基极电流为

I?

IE??8-14采用桥式整流电容滤波电路和集成稳压器设计一个直流稳压电源。已知RL?5~500?，要求输出电压Uo＝＋5V。

(1) 试确定电源变压器二次侧电压U2和一次侧与二次侧线圈的匝数比； (2) 确定整流二极管平均整流电流ID和二极管最大反向峰值电压URM； (3) 选择电路中其他元器件参数，并画出电路图。

解：（1）由于要求输出电压Uo＝＋5V，故若采用三端集成稳压器，则其最小输入输出电压之差为2~3V，则取滤波输出电压为8V。若采用桥式整流电容滤波电路，则变压器二次侧电压U2应取6.7V。若变压器一次侧输入为220V，则变压器的匝数比应取33； (2)由于输出最大电流为1A，则整流二极管平均整流电流ID为0.5A，二极管最大反向峰值电压URM为

+1LM7805INOUTGND23~u1u2-C1C2题8-14图C3C4RLUo2?6.7?9.5V。

(3)电路如题8-14图所示，其中二极

管选择2CZ11A；电容C1选10μF/50V；C2选择0.33μF；C3选择1μF；C4选10μF/10V；

8-15全波整流电路如题8-15图所示，变压器一次侧接220V交流电压，若采用集成稳压器LM7812给负载RL供电。

(1) 试确定电源变压器二次侧电压U2和一次侧与二次侧线圈的匝数比；

(2) 若RL?50~300 Ω，求输出直流电压Uo、输出直流电流Io、整流二极管平均整流电流ID和二极管最大反向峰值电压URM。画出电路图。

解：(1) 集成稳压器的输入端电压应取15V，即电容滤波输出电压。则电源变压器二次侧电压U2为U2?TrD1u1u2D4LM7812D3D2CLRLuo题8-15图15?12.5 V 1.2电源变压器的匝比为k?220?17.6 12.5(2) 若RL?50~300 Ω，由于采用集成稳压器LM7812，故输出的直流电压为Uo?12V；输

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第8章 直流稳压电源

出直流电流Io为40～240mA；整流二极管平均整流电流ID为20～120mA；二极管最大反向峰值电压URM为2?12.5?17.68V。

8-16在图8-48所示电路中，R1＝240Ω，Rw＝3kΩ；LM317输入端和输出端电压允许范围为3～40V，输出端和调整端之间的电压UR为1.25V。试求： (1)输出电压的调节范围； (2)输入电压允许的范围。 解：(1)输出电压为

1INADJ2LM317OUT3RUo?UREF(1?w)

R1当Rw调到最下端时，输出电压为

U2R1240 ΩC1RwC23 kΩUoRLUomin?UREF(1?Rw)?UREF?1.25V R1题8-16图当Rw调到最上端时，输出电压为

UominRw3?103?UREF(1?)?1.25?(1?)?11.25V

R1240故输出电压的调节范围（1.25~11.25）V。

(2) 由于集成稳压器的输入和输出之间最小电压差为（2～3）V，故输入电压允许的范围为（3.25~14.25）V。

8-17在图8-49所示电路中，正常工作时Up?24 V，若出现下列现象，你认为是哪个（或哪些）元件有问题（短路或开路）。

(1) Up比正常值（24V）低，约为18V，且脉动幅度大，调节Rw时Uo可随之改变，且稳压效果差；

(2) Up比正常值（24V）高，约为28V，

Uo很低接近零伏，调节Rw不起作用；

(3) Uo≈ 4.6V，调节Rw不起作用； (4) Uo≈ 22V，调节Rw不起作用。 解：(1)说明电容C断路；

(2)说明T1和P点之间是断开的，且输出端短路；

图8-49 题8-17图(3)说明桥式整流电路中的4个二极管之一开路，且电容C开路； (4)说明采样电路开路。

8-18 三端稳压器LM7815组成如图8-50所示电路，已知LM7815的Iomax=1.5A，Uo=15V，

UI max?40V，稳压管的UZ=+5V，IZmax= 60 mA，IZmin= 10 mA。

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第8章 直流稳压电源

(1) 要使UI= 30 V，求变压器二次侧电压有效值U2； (2) 试计算限流电阻R的取值范围； (3) 试计算输出电压Uo的调整范围； (4) 试计算三端稳压器上的最大功耗PCM。

题8-18图解：(1)要使UI= 30 V，二次侧电压有效值U2? (2) 计算限流电阻R的取值范围 当UI= 30 V时，应满足 IZmin?

UI30??25 V 1.21.2

UI?UZUZ??IZmax，因此 R10 kΩUI?UZUI?UZ ?R?UZUZIZmax?IZmin?10 k?10 kΩ3Ω 即 420 Ω?R?2.6 k(3) 输出电压Uo的调整范围

当10k电位器中心触点调到最下端时，输出电压Uo?15 V 当10k电位器中心触点调到最上端时，输出电压Uo?15 ?5?20 V (4) 当UI= 30 V时，三端稳压器上的最大功耗PCM为 P W CM?(UI?Uo min)?Io max?(30?15)?1.5?22.5 186

第8章 直流稳压电源

(1) 要使UI= 30 V，求变压器二次侧电压有效值U2； (2) 试计算限流电阻R的取值范围； (3) 试计算输出电压Uo的调整范围； (4) 试计算三端稳压器上的最大功耗PCM。

题8-18图解：(1)要使UI= 30 V，二次侧电压有效值U2? (2) 计算限流电阻R的取值范围 当UI= 30 V时，应满足 IZmin?

UI30??25 V 1.21.2

UI?UZUZ??IZmax，因此 R10 kΩUI?UZUI?UZ ?R?UZUZIZmax?IZmin?10 k?10 kΩ3Ω 即 420 Ω?R?2.6 k(3) 输出电压Uo的调整范围

当10k电位器中心触点调到最下端时，输出电压Uo?15 V 当10k电位器中心触点调到最上端时，输出电压Uo?15 ?5?20 V (4) 当UI= 30 V时，三端稳压器上的最大功耗PCM为 P W CM?(UI?Uo min)?Io max?(30?15)?1.5?22.5 186

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