电源 整流电路是将工频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负反馈技术进一步稳定直流电压。

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。

单相桥式整流电路(1) 工作原理

当正半周时二极管 D1 、 D3 导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时二极管 D2 、 D4 导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。

动画 5-1

动画 5-2

(2) 负载上的直流电压和直流电流 输出电压是单相脉动电压。通

常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为

22

π

0

2L 9.0π

22dsin2

π

1VVttVV

流过负载的平均电流为

L

L

R

V

R

V

R

VI

L

2

L

2L

9.0

π

22

L

2

L

2LD

45.0

π

2

2 R

V

R

VII

流过二极管的平均电流为

2Rmax 2VV 二极管所承受的最大反向电压

滤波电路 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。 经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一

部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。

电容滤波电路 单相桥式电容滤波整流电路。在负载电阻上并联了一个滤波电容 C 。

当 v2 到达 90° 时， v2 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Ｒ L 放电。指数放电起始点的放电速率很大。

(1) 滤波原理 若电路处于正半周，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 ，是正弦形。

电容滤波波形图

所以，在 t1 到 t2 时刻，二极管导电，Ｃ充电， vC=vL 按正弦规律变化； t2 到 t3 时刻二极管关断， vC=vL 按指数曲线下降，放电时间常数为 RLC 。

在刚过 90° 时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过 90° 时二极管仍然导通。在超过 90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，二极管关断。

需要指出的是，当 放电时间常数 RLC 增加时，

t1 点要右移， t2 点要左移，

二极管关断时间加长， 导通角减小，见曲线 3 ； 反之， RLC 减少时，导通

角增加。显然，当Ｒ L 很

小，即 IL 很大时，电容滤

波的效果不好，见滤波曲线 中的 2 。反之，当Ｒ L 很大，

即 IL 很小时，尽管 C 较小 , RLC 仍很大 , 电容滤波的效果也很好 ,

见滤波曲线中的 3 。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。

电容滤波的效果

动画 5-3

动画 5-4

(2) 电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，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：

)4

1(2L

2OL CR

TVVV

一种是用锯齿波近似表示，即

另一种是在 RLC=(35)T/ 2 的条件下，近似认为 VL=VO=1.2V2 。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足 RLC≥6~10 。）

（ 3）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压 VL 随负

载电流 IO 的变化关系曲线。

整流滤波电路的外特性

2O

Ld

2O

2OL

1.22

)53(=

0.9=, 0

2=,=

VV

TCR

VVC

VVR

～

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Ｒ L 相串联，也可以起到滤波的作用。

电感滤波电路 波形图

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 的导通角都是 180° 。

稳压电路概述

稳压电源方框图

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。

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。),(= OIO IVfV

稳压电路的技术指标

用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。 VI 和 IO 引起的 VO 可用下式表示

(1) 稳压系数 Sr 0=I

O

I

Or O

=IV

V

V

VS

定义为

OoIrOO

OI

I

OO IRVSI

I

VV

V

VV

有时稳压系数也用下式定义

0=II

OOr O/

/=

IVV

VVS

当输出电流从零变化到最大额定值时，输出电压的相对变化值。

（ 4）电流调整率SI

%100=0=

O

OI I

VV

VS

(3) 输出电阻 Ro0=

O

Oo I

=VI

VR

%1001

=0=

I

O

OV O

IV

V

VS

(2) 电压调整率 SV

一般特指 ΔVi/Vi=±10% 时的 Sr

输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数。

（ 6 ）输出电压的温度系数ST

%1001

=0=0,=

O

OT IO

VIT

V

VS

如果考虑温度对输出电压的影响 , 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数

),,(= OIO TIVfV

（ 5 ）纹波抑制比Srip p-op

p-iprip 20lg=

V

VS

硅稳压二极管稳压电路的原理 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。

(1) 当输入电压变化时如何稳压由图可知 ZLR += IIIRIVVVVV RIRIZO == 输入电压 VI 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。这一稳压过程概括为：

VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓

(2) 当负载电流变化时如何稳压

负载电流 IL 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。这一稳压过程概括为： IL↑→IR↑→VR↑→VZ↓ （ VO↓ →） IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

稳压电阻的计算 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 ，由此可计算出稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即

LmaxZmin

ZIminmax =

II

VVR

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 此可计算出稳压电阻的最小值。即

LminZmax

ZImaxmin =

II

VVR

maxmin < RRR

(1)

(2)

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！

串联反馈式稳压电源 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的工作电流较大，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。

串联反馈式稳压电路的工作原理 典型的串联反馈式稳压电路，由基准电压、比较放大、调整、取样几个部分组成。

1 ．输入电压变化，负载电流保持不变

输入电压 VI 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 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 与基准源电压 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可知 Vf≈VREF

REF3

1O1O )+(1= V

R

RVV

显然，调节 RW 可以改变输出电压。

动画 16-2

串联反馈式稳压电路的工作原理

当 VI↑ 时：→VO↑ →Vf↑ →VB 、 IC↓

021

2 VRR

RVF

→VCE↑→VO↓

0VFV

)( 0VFVAV VREFVB

0V

动画 16-1

16.3.2 稳压电路的保护环节 串联型稳压电源的内阻很小，如果输出端短路，则输出短路电流很大。同时输入电压将全部降落在调整管上，使调整管的功耗大大增加，调整管将因过损耗发热而损坏，为此必须对稳压电源的短路进行保护。过载也会造成损坏。

保护的方法

反馈保护型 温度保护型

截流型 限流型利用集成电路制造工艺，

在调整管旁制作 PN 结温度传感器。当温度超标时，启动保护电路工作，

工作原理与反馈保护型相同。

截流型

限流型

当发生短路时，通过保护电路使调整管截止，从而限制了短路电流，使之接近为零。截流特性见图 16.05 。

是当发生短路时，通过电路中取样电阻的反馈作用，输出电流得以限制。限流特性见图 16.06 。

图 16.05 截流型特性

图 16.06 限流型特性

三端集成稳压器

将串联稳压电源和保护电路集成在一起就是集成稳压器。集成稳压器有：输入端、输出端和公共端，称三端集成稳压器。

集成稳压器符号

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。

外形图

三端可调式集成稳压器

21

0 )( RIR

VVV abj

REFREF 2

1

2 )1( RIR

RV abjREF

)1(1

20 R

RVV REF

1IIabj

三端集成稳压器的分类1. 三端固定正输出集成稳压器 国标型号 :CW78--/CW78M--/CW78L--

2. 三端固定负输出集成稳压器 国标型号 :CW79--/CW79M--/CW79L--

3. 三端可调正输出集成稳压器 国标型号 :CW117--/CW117M--/CW117L-

CW217--/CW217M--/CW217L--

CW317--/CW317M--/CW317L--

4. 三端可调负输出集成稳压器 国标型号 :CW137--/CW137M--/CW137L-

CW237--/CW237M--CW237L-- CW337--/CW337M--/CW337L--

5. 三端低压差集成稳压器6. 大电流三端集成稳压器

以上 1---为军品级； 2---为工业品级； 3---为民品级。 军品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围 -55℃～ 150℃； 工业品级为金属外壳或陶瓷封装，工作温度范围 -25℃～ 150℃； 民品级多为塑料封装，工作温度范围 0℃～ 125℃。

应用电路三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图所示。

可调输出三端集成稳压器的内部，在输出端和公共端之间是1.25 V 的参考源，因此输出电压可通过电位器调节。

)1(25.1+=1

PPaP

1

REFREFO R

RRIR

R

VVV

三端可调输出集成稳压器的典型应用电路如图所示。

防自激震荡 防高频噪声

利用三端集成稳压器组成恒流源

稳压器做恒流源 可调稳压器做恒流源电路

小电流恒流源

大电流恒流源

三端集成稳压器可

做恒流源使用。

16.4 开关型稳压电源

为解决线性稳压电源功耗较大的缺点，研制了开关型稳压电源。开关型稳压电源效率可达 90% 以上，造价低，体积小。现在开关型稳压电源已经比较成熟，广泛应用于各种电子电路之中。开关型稳压电源的缺点是纹波较大，用于小信号放大电路时，还应采用第二级稳压措施。

16.4.1 开关型稳压电路的工作原理16.4.2 集成开关型稳压器

16.4.1 开关型稳压电路的工作原理 开关型稳压电源的原理可用图 16.13 的电路加以说明。它由调整管、滤波电路、比较器、三角波发生器、比较放大器和基准源等部分构成。

图 16.13 开关型稳压电源原理图

三角波发生器通过比较器产生一个方波 vB ，去控制调整管的通断。调整管导通时，向电感充电。当调整管截止时，必须给电感中的电流提供一个泄放通路。续流二极管 D 即可起到这个作用，有利于保护调整管。 根据电路图的接线，当三角波的幅度小于比较放大器的输出时，比较器输出高电平，对应调整管的导通时间为 ton；反之输出为低电平，对应调整管的截止时间 toff 。

输出波形中电位水平高于高电平最小值的部分，对方波而言，相当方波存在的部分。

输出波形中电位水平低于低电平最大值的部分，对方波而言，相当方波不存在的部分。

为了稳定输出电压，应按电压负反馈方式引入反馈，以确定基准源和比较放大器的连线。设输出电压增加， FVO 增加，比较放大器的输出 Vf 减小，比较器方波输出的 toff 增加，调整管导通时间减小，输出电压下降。起到了稳压作用。

各点波形见图 16.14 。由于调整管发射极输出为方波，有滤波电感的存在，使输出电流 iL 为锯齿波，趋于平滑。输出则为带纹波的直流电压。

图 16.14 开关电源波形图

分析见下

页

qVT

tV

tVVT

tVT

tvT

tvT

VT

t

t

Ion

I

onCESIoffD

E0 EO

)(1

+)(1

d1

d1

=1

1

可以通过改变比较器输出方波的宽度（占空比）

来控制输出电压值。这种控制方式称为脉冲宽度调制

(PWM) 。

q 称为占空比 方波高电平的时间占整个周期的百分比。

在输入电压一定时， 输出电压与占空比成正比。

忽略电感的直流电阻，输出电压 VO 即为 vE 的平均分量。于是有

1 ．调整管工作在开关状态，功耗大大降低， 电源效率大为提高；2 ．调整管在开关状态下工作，为得到直流输出， 必须在输出端加滤波器；3 ．可通过脉冲宽度的控制方便地改变输出电压值；4 ．在许多场合可以省去电源变压器；5 ．由于开关频率较高，滤波电容和滤波电感的体 积可大大减小。

由以上分析可以得出如下结论：

16.4.2 集成开关型稳压器

典型的开关电源控制器和开关电源见下表 型号 电源范围 /V 最大输出电流 /A 内部参考源 /V 输出级形式 TL494 7 ～ 40 0.2 5 推挽或单端 SG3524 8 ～ 35 0.1 5 推挽 SG3525 8 ～ 35 0.5 5 推挽 LM2575 3.5 ～ 35 1 1.23 _ 表中前三个是开关电源控制器，后一个是单片开关电源稳压器。

实际上就是一个脉冲宽度调制（ PWM）控制器，经常也用于其它脉宽调制场合。

集成开关稳压器，一般有两大类型。一类是包括调整管在内的集成开关稳压器 ; 另一类称为开关电源控制器，它不包括调整管。

(1) 开关稳压电源概述

利用开关电源控制器可以方便地构成开关电源。 SG3524

是一个典型的性能优良的开关电源控制器，其内部的结构框图如图 16.15 所示。

(2) 开关稳压电源控制器 SG3524

图 16.15 SG3524 的内部方框图

它的内部包括误差放大器、限流保护环节、比较器、振荡器、触发器、输出逻辑控制电路和输出三极管等环节。

SG3524构成开关稳压电源的典型电路如图 16.16 所示。

图 16.16 开关稳压电源应用电路

3524从 11 和 14脚输出在时间上互相错开的两路控制信号，其开关频率由 6 和 7脚外接的 RT 和 CT 决定。 1 和 2脚是内部运算放大器的输入端， R1 和 R2构成反馈回路。 16脚是基准源，由 R3 和 R4 给误差运算放大器提供一个与反馈信号比较的给定电压。 V3 和 V4 是或非门的输出，只要或非门的输入端有高电平，它的输出即为低电平。 V3 和 V4 的输出由 V2 、 CP 、 Q

或 Q 决定。因 Q 和 Q 只能有一个是高电平， T2 和 T1 不可能同时导通。 T1 和 T2 只能按推挽方式工作，轮流交替导通。

SG3524 电路控制过程的波形如图 16.17 所示。

图 16.17 SG3524 的波形图

锯齿波由振荡器提供， V1 是误差放大器的输出，它们一起加到比较器上。 V2 是比较器的输出。振荡器输出的时钟驱动 T '触发器， CP 、 Q 和 V2 的或非是 V3 ，决定 T1 的通断。 CP 、 Q 和 V2 的或非是 V4 ，决定 T2 的通断。由于 Q和 Q等宽，加上 V2 的存在，所以 V3 和 V4这两路信号之间有一定的死区，以保证 T1 和 T2 管不会同时导通。

当 V1 降低时， V2 加宽， T1 和 T2 的宽度变窄，导通时间减小。反之，当 V1 增加时， T1 和 T2 的导通时间增加。

图 16.16 开关稳压电源应用电路

设负载电流加大， VO 下降，反馈电压减小，误差放大器的输出 V1 增加， T1 和 T2 的导通时间增加，输出电压 VO

增加。

(3) SG3524 构成的开关稳压电源 现在来讨论 3524构成的开关稳压电源的工作原理。

图 16.15 SG3524 的内部方框图

反之，当 VO

增加时，反馈电压增加， V １输出减小， T1

和 T2 的导通时间减小，输出电压 VO 减小。

SG3524 的 10脚也有保护功能，当 10脚加高电平时，可以强迫 V1 下降， T1 和 T2 关断。 10脚与 4脚可实现双重保护。

当三极管的电流过大时，电阻 R9 上的压降增加到使限流运算放大器的输出为低，即 V1 在大大下降， 使 T1 和 T2 关断。

由于 SG3524 可在较高的频率下工作， T1 和 T2 应选用高频开关管。变压器应采用高频变压器，滤波电感和滤波电容都可以选用较小的数值。

实验十三 单片集成直流稳压电路的应用

变压器 硅桥整流 滤波 稳压

实验十三 单片集成直流稳压电路的应用

★ 调节 RL ，使 IL≤200mA 。

1.调节调压器使输出 V1=220V ，再测量 V2 的电压。2. 用双踪示波器同时观察硅桥的输入、输出电压波形。3.测量 V3 的值。（用万用表直流档测量）

★接上滤波电容 C1 。（先断开电源）4. 用双踪示波器同时观察 V2 、 V4 的电压波形。5.测量 V4 的值。（用万用表直流档测量）

实验十三 单片集成直流稳压电路的应用

★用示波器观察 V0 的波形。并测量 VI 和 V0 的值。（用万用表直流档测量）

测量稳压系数：

I

I

VV

VV

0

0

保持不变LI

调节调压器使输出 V1 分别为 242V 和 198V ，再分别测量输

入电压 VI’ 、 VI

’’ 和输出电压 V0’ 、 V0

’’ 。则：

I

II

VVV

VVV

0

00

保持不变LI

实验十三 单片集成直流稳压电路的应用

★ 调节 RL ，使 IL≤200mA 。并测量 VI 和 V0 的值。（用万用表直流档测量）

测量输出电阻：保持不变IVLI

VR

00

断开 RL(IL=0) ，测量输出 电压 V0’’’ ，则：

保持不变IVLI

VVR

000

0

实验十三 单片集成直流稳压电路的应用

1. 调节调压器，用万用表监视 VI ，使 VI =30V 。2.调节电位器 RW ，观察输出电压，分别测得 V0max 和 V0min 的值。

3. 当 V0=V0max 时，在重新测量 γ 和 R0 。

LM324运放

面包板

面包板装配 CCV

bR cR 2C1C

LR

iV

0V

b ce