1.1 识读直流稳压电源方框图及各单元电路

许多电子产品从外部来看，都是由220V的市电电网供电的，但在它们的内部，大部分都需要将交流电转换成不同规格的低压直流电，这其中就必须使用直流稳压电源。分立式直流稳压电源的方框图如图1-1所示。

分立式直流稳压电源一般由降压、整流、滤波及稳压等几大单元电路组成，各方框图的主要作用如下。

降压电路：一般用变压器将市电220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低压，同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。

整流电路：对交流电压进行整形，即把交流电压变换为单向脉动的直流电压。整流电路一般由整流二极管或整流桥来担任。

滤波电路：将整流后单向脉动电压中的交流成分进行滤除，使之成为平滑的直流电压。滤波电路一般由电容器或三极管组成的电子滤波器来完成。

稳压电路：为了消除因电网电压波动而造成滤波后的电压不稳或因负载改变而引起滤波后的电压不稳，在滤波后再加一级稳压电路，以获得稳定的直流输出电压。稳压电路一般用稳压二极管及其外围电路等来组成。

1.1.1 降压电路

降压电路一般采用电源变压器来完成。按电源变压器次级绕组的不同，可分为单绕组、双绕组和多绕组等几种形式，其外形和符号如图1-2所示。

单绕组电源变压器一般用于半波或全桥整流电路，双绕组电源变压器一般用于全波整流电路或全桥整流电路，多绕组电源变压器可灵活选择半波、全波及全桥整流电路等。

1.1.2 整流电路

整流电路常采用的电路形式有半波整流、全波整流和全桥整流，各整流电路的特点及工作原理如下。

1.单相半波整流电路

如图1-3（a）所示是单相半波整流电路原理图，电路由电源变压器T、整流二极管VD和负载电阻RL组成。

1）工作原理

设电源变压器T的初级接交流电U1，在次级感应出交流电压U2。当U2＞0（正半周）时，二极管VD导通，忽略二极管正向压降：UO=U2；当U2＜0（负半周）时，二极管VD截止，输出电流为0，UO=0。其波形图如图1-3（b）所示。

2）负载和整流二极管上的电压和电流

RL两端的平均电压值为

通过RL两端的平均电流值为

由电路图1-3可知，流过整流二极管的正向电流IV和流过负载RL的电流相等，即

当二极管截止时，它承受的反向峰值电压URM的最大值，即

选用半波整流二极管时应满足下列两个条件：

（1）二极管允许最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；

（2）二极管允许最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。

3）电路特点

单相半波整流电路具有结构简单，使用元件少的优点。但是也存在一些缺点：如输出波形脉动大、直流的成分较低、变压器只有半个周期导电、利用率低；变压器电流含有直流成分，容易饱和。因此，一般只在输出电流较低，要求不太高的电路中运用。

2.单相全波整流电路

如图1-4（a）所示是单相全波整流电路原理图，电路由电源变压器T、整流二极管VD1和VD2及负载电阻RL组成。

1）工作原理

设电源变压器T的初级接交流电 U1，在次级感应出交流电压 U2 （两组）。当U2为正半周时，二极管VD1承受正向电压而导通，VD2承受反向电压而截止。此时电流的路径为：a→VD1→RL→d。

当U2为负半周时，二极管VD2承受正向电压而导通，VD1承受反向电压而截止。此时电流的路径为：b→VD2→RL→d。其波形图如图1-4（b）所示。

2）负载和整流二极管上的电压和电流

全波整流电路能利用交流电压的正、负半周，故负载两端的平均电压值是半波整流的两倍，即RL两端的平均电压值为

通过RL两端的平均电流值为

由电路图1-4可知，每个二极管在电源电压变化一周期内只有半个周期导通，因此，每个二极管的平均电流值是负载电流的一半，即

当二极管截止时，它承受的反向峰值电压URM的最大值，即

选用半波整流二极管时应满足下列两个条件：

（1）二极管的最高反向工作电压为

（2）二极管的最大整流电流为

3）电路特点

全波整流电路也存在明显的缺点：二极管所承受的反向峰值电压高，是半波整流电路的两倍；全波整流电路必须采用具有中心抽头的变压器，并且每个线圈只有一半时间参与导电，因此变压器的利用率也不高。

3.单相全桥整流电路

如图1-5（a）所示是单相全桥整流电路原理图，电路由电源变压器T、整流二极管VD1～VD4和负载电阻RL组成。

1）工作原理

设电源变压器 T的初级接交流电 U1，在次级感应出交流电压U2。当U2为正半周时，二极管 VD1、VD3承受正向电压而导通，VD2、VD4承受反向电压而截止。此时电流的路径为：a→VD1→RL→VD3→b。

当U2为负半周时，二极管VD2、VD4承受正向电压而导通，VD1、VD3承受反向电压而截止。此时电流的路径为：b→VD2→RL→VD4→a。其波形图如图1-5（b）所示。

2）负载和整流二极管上的电压和电流

全波整流电路能利用交流电压的正、负半周，故负载两端的平均电压值是半波整流的两倍，即RL两端的平均电压值为

通过RL两端的平均电流值为

由电路图1-4可知，每个二极管在电源电压变化一周期内只有半个周期导通，因此，每个二极管的平均电流值是负载电流的一半，即

当二极管截止时，它承受的反向峰值电压URM的最大值，即

选用半波整流二极管时应满足下列两个条件：

（1）二极管的最高反向工作电压为

（2）二极管的最大整流电流为

3）电路特点

单相全桥整流电路输出的直流电压脉动小，由于能利用交流电的正、负半周，故整流效率高。

在实际画整流桥时，有时采用简化画法或其他画法，如图1-6所示。

整流桥在实际应用时，一般做成桥堆形式，即把4个二极管封装在一起，如图1-7所示。

1.1.3 滤波电路

滤波电路常采用的电路形式有单电容滤波、LC滤波、∏型滤波和电子滤波等，各滤波电路的特点如表1-1所示。

为了帮助大家在实际工作中根据需要选用各种不同的整流滤波电路，现将常用的几种电路列于表1-2中，以供大家参考。

例1.1 在桥式整流电容滤波电路中，负载电阻为100Ω，输出直流电压为18V，试确定电源变压器次级的电压，并确定整流二极管。

解：已知RL=100Ω，UO=18V

桥式整流电容滤波电路的输出直流电压为UO=1.2U2，所以电源变压器次级电压为

二极管承受的最大反向电压为

流过二极管的电流为

根据以上计算，可选用额定电流为50mA，最大反向电压为50V的二极管。查晶体管手册，1N4001可满足条件。

1.1.4 稳压电路

稳压电路常采用的电路形式有单二极管稳压电路、串联型稳压电路和集成稳压电路等，各稳压电路的特点（集成稳压电路参看下节内容）如下。

1.单二极管稳压电路

单二极管稳压电路如图1-8所示。

单二极管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用。

稳压应满足的条件：稳压二极管在电路中需要加反向电压；加到稳压二极管两端的电压不能小于它的击穿电压（即稳压值）；需串联限流电阻。

2.串联型稳压电路

1）串联式直流稳压电路的基本形式

串联式直流稳压电路的基本形式如图1-9所示。

该电路实际上是射极输出器，其中 UO与 UZ满足“跟随”关系，即UO=UZ-UBE。一旦UZ稳定，在输入电压UI，负载电流IL的一定变化范围内，输出也基本稳定。在加入射极输出器后，负载电路不再通过稳压管，而是通过调整管，因此，负载电流的变化量可以比稳压管工作电流的变化量扩大（1+β）倍。

该电路有两个主要缺点：稳压效果不好；输出电压不可调。但带负载的能力比单稳压管稳压强。

2）具有放大环节的可调串联型稳压电路

上面的串联式直流稳压电路虽然带负载能力有所改进，但稳压效果并不理想，更显著的缺点是输出电压不可调节。如图1-10所示为稳压性能较好且输出电压在一定范围内连续可调的串联型稳压电路。下面分析该稳压电路的组成、主要元器件的作用及工作原理。

具有放大环节的可调串联型稳压电路由4个单元电路组成。

取样电路：采集输出电压的稳定程度及数值，主要由电阻R3、R4、RP担任。

基准电路：标准的电压源，主要由电阻R2（限流电阻，保护稳压二极管）、稳压二极管VD担任。

比较放大电路：取样电路电压（输入基极）与基准电路电压（经发射极）在此进行比较，比较后输出（集电极）误差电压，送至调整电路，来控制调整的深度。其主要由电阻R1（同时也是调整管的偏置电阻）、晶体管VT2担任。

调整电路：在误差电压的控制下进行放大，调节发射极与集电极的电压，从而达到调整输出电压的目的。其主要由晶体管VT1担任。

因调整管与负载接成射极输出器形式，为深度串联电压负反馈，故称之为串联反馈式稳压电路。

稳压原理：当电网电压升高或负载变轻时，输出电压在这种情况下有上升的趋势，取样电路的分压点VT2B电压升高，因VD（稳压值）不变，所以VT2E电压升高，IC2随之增大，VT2C电压降低，则调整管VT1B电压也降低，发射极正偏电压VT1BE下降，IB1下降，IC1随着减小，VT1集-射间电阻RCE增大，UCE1增大，使输出电压UO下降。因而输出电压上升的趋势受到遏制而保持稳定。上述稳压过程可表示为：

调节电位器RP的滑动端子，可以调节输出电压Uo的大小。Uo的调节范围为

输出功率较大的稳压电源，多采用大功率三极管作为调整管。大功率三极管往往β值小，影响稳压性能，在实际电路中常常采用复合管来替代单个调整管。调整管的连接方法如图1-11所示，关于复合管的知识可参考第6章的有关内容。