第4章直流稳压电源共63页

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第4章电路原理图设计(三)绘制直流稳压电源电路原理图

14、修改元件属性：（１）设置元件编号（２）修改元件标称值
（３）不显示元件注释 15、在电路中输入相应的文字和波形图：
16、编译工程：执行菜单命令【Project】/【Compile PCB Project】
17、生成Protel网络表：执行菜单命令【Design】/【Netlist】/【rotel】 18、生成文件报表：执行菜单命令【Reports】/【Bill of Materials】
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原理图模板的制作
（2）绘制模板表格
选择绘图工具栏中的直线工具，按【Tap】按键设置好直线属性，在原理图右下方绘制模板表格。
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原理图模板的制作
（3）添加文字
绘制好模板表格后，在模板中添加文字，选择绘图工具中的文字工具，按【Tap】按键弹出如图所示的属性对话框，在对话框的【Text】栏中输入文字。
原理图元件 PCB管脚封装当前元件库名称
原理图元件库介绍绘制原理图就是将代表实际元件的电气当前库中的原符号（既原理图元件）放置在原理图图纸中，理图元件列表并用具有电气特性的导线或网络标号将其连接起来的过程。Protel DXP为了实现对众当前原理图元件符号预览多原理图元件的有效管理，它按照元件制造商和元件功能进行分类，将具有相同特性的原理图元件放在同一个原理图元件库中，并当前元件默认管脚封装全部放在Protel DXP安装文件夹的Library 文件夹中。
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直流稳压电源

140 第7章直流稳压电源在各种电子电路中，通常需要直流电源。

前面各章节介绍的晶体管放大器、集成运算放大器以及功率放大器等等，都用的是直流电源供电，而发电厂、变电站输送的是交流电．这就需要将交流电变成直流电。

直流稳压电源能够将电网提供的交流电转换成稳定的直流电，作为各种电子电路的直流电源。

对直流电源的主要要求是：一是输出电压的幅值稳定，即当电网电压或负载电流波动时输出电压能基本保持不变；二是输出电压纹波要小；三是交流电变换成直流电时的转换效率要高；四是要具有保护功能，若输出电流过大，或输入交流电压过高，都会使整流管或电路中的晶体管受到损坏，因此电路应具有必要的自我保护功能。

本章首先介绍常用的整流、滤波和稳压电路，再着重介绍线性稳压电源和开关稳压电源。

7.1 直流稳压电源的基本组成及工作原理这里所讨论的直流稳压电源实际是一种单相小功率电源，它将频率为50赫兹、有效值为220伏的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流较小的直流电压。

7.1.1 直流稳压电源的基本组成一个性能良好的单相小功率直流稳压电源通常由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。

如图7-1所示为直流稳压电源的组成框图。

由于大多数电子设备所需的直流电压一般为几至几十伏，而交流电网提供的220伏（有效值）电压相对较大，变压器的作用是将电网提供的220伏、50赫兹的交流电压降压，以适合直流稳压电源的需要。

另外，变压器还可以起到将直流电源与电网隔离的作用。

图7-1 直流稳压电源的组成框图将交流电变为脉动的直流电的过程叫做整流。

整流电路的作用是将降压后的交流电压转换为单极性的脉动电压。

整流电路的输出是脉动电压，这种脉动电压中虽然包含有较大的直流电压成分，但它也含有丰富的交流成分（称为纹波）。

这种脉动电压不能作为电子电路的直流电源。

需要对脉动电压进行平滑处理，也就是对脉动电压进行滤波。

直流稳压电源常用电容或电感来进行滤波，属于无源滤波电路。

电子技术(基础篇)第四版第4章直流稳压电源

入输出电压差至少为2～3V。电容C1在输入线较长时抵销电感效应，以防止产生自激振荡；C2是
为了消除电路的高频噪声，改善负载的瞬态响应。若需要负电源，可采用图右所示电路。
正电压输出电路
负电压输出电路
4.4 稳压电路
4.4.4 集成稳压器 2 三端电压可调式集成稳压器
三端可调式集成稳压器符号
基本稳压电路
桥式整流电感滤波器电感滤波器的外特性曲线
4.3 滤波电路
4.3.3 复式滤波电路
为进一步提高滤波效果，可将电感、电容、电阻组合起来，构成复式滤波电路。在此介绍其中的两种：LC倒L型滤波器和RC-π型滤波器。
两种复式滤波器
4.3 滤波电路
4.3.3 复式滤波电路
4.4 稳压电路
经过整流滤波后的直流电压，受电网电压波动、负载和环境温度变化的影响，将产生变化，
整流稳压电压的构成和各环节波形
4.2 整流电路
4.1.2 N型半导体和P型半导体
利用二极管的单向导电性，将交流电变成单向脉动直流电的电路，称为整流电路。根据交流电的相数，整流电路分为单向整流、三相整流电路等。在小功率电路中（功率1KVA以下）一般采用单相整流电路。常见的单相整流电路有半波、全波和桥式整流三种。
1 硅稳压管
硅稳压管稳压电路
4.4 稳压电路
4.4.2 稳压管稳压电路
2 稳压原理
从稳压管特性可知，电路中若能保持稳压管始终工作在IZmin≤IZ≤IZ max的区域内，则输出电压U0 基本稳定。上图中R为限流电阻，IR=IZ+I0，I0为输出电流或负载电流。
若负载电阻RL不变而电网电压升高使U1增大时，U0也会增大，于是I2增大，IR也增大，则R两
因此必须经过稳压电路以获得稳定的直流电压。根据稳压电路中的电压调整器件与负载RL是并联

第4章直流稳压电源

'
2 U2
UO
T RLC ≥(3~5) 2 UO =1.2U2
0
iD
0
t1 t2
t3 t4
t
0.9U2 0.45U2
0
IO
t
全波整流电容滤波电路的外特性
2. 电感滤波电路 T
L
io
u1
uo
u2
u'o
RL
uo
u'o

uo、 io
2 3
Uo
0.9U2
外特性较硬
t
外特性
Io
电感L越大，滤波效果越好。
3. 单结晶体管振荡电路和工作波形
第4章 4.6
uC
充
R
R2
UP
UBB
电 C
UV
0
t
u
放电 G
uG
t
R1
uG
0
振荡原理
当电容充电到uc≥Up时,单结晶体管导通,经R1放电; 当电容放电至uc<UV时单结晶体管截止,电容重新充电。循环往复,在电阻R1上形成触发脉冲uG 。
第4章 4.6
4. 单结晶体管同步触发整流电路和工作波形
uZ uC uG
t
t
uO

t
t
习题
1. 一个直流稳压电源应该由以下几部分组成:___________
滤波电路；稳压电路。变压器;整流电路;
2. 普通晶闸管控制极的作用是(
a ）。
(a) 加正向电压触发晶闸管使其导通 (b) 加反向电压使晶闸管可靠的截止 (c) 使阳极电流与控制极电流保持线性关系实现电流放大作用
(1) 电路组成 D3 R D4 Rp DZ C R2

直流稳压电源操作规程(三篇)

直流稳压电源操作规程第一章总则第一条为了保证直流稳压电源的安全运行，确保人身安全和设备的正常使用，制定本操作规程。

第二条本操作规程适用于直流稳压电源的操作和维护。

第三条直流稳压电源的操作人员应严格按照本操作规程进行操作，并遵守相关安全操作规定。

第四条直流稳压电源操作人员应具备相关的操作技能和知识，经过培训合格后方可操作。

第五条直流稳压电源操作人员应定期进行安全知识和操作技能的培训，做到熟悉并掌握相关操作规程和应急处理措施。

第六条直流稳压电源的操作人员应服从现场负责人的指挥和管理。

第七条在进行直流稳压电源的操作前，操作人员应先了解设备的工作原理、结构和性能，并检查设备的运行状况。

第二章操作规程第八条直流稳压电源的操作人员应确保电源的工作环境干燥、通风良好，设备周围无易燃物和易爆物。

第九条操作人员应定期对设备进行检查，发现问题及时处理，确保设备的正常运行。

第十条在操作直流稳压电源前，操作人员应先检查设备的电源线是否良好，防止电源线出现漏电和短路导致的事故。

第十一条操作人员应使用符合标准的电源插头和插座，并确保插头的接触良好，没有生锈和破损。

第十二条操作人员应根据设备的要求，选取适当的工作电压和电流，避免超负荷运行，影响设备寿命和稳定性。

第十三条操作人员应先打开设备的电源开关，并根据设备的要求进行预热。

第十四条操作人员应根据设备的工作要求将负载端和电源端正确连接，避免错误连接导致的设备损坏。

第十五条操作人员应根据设备的工作要求设置电流和电压调节，确保电流和电压的稳定输出。

第十六条操作人员应定期检查设备的输出电流和电压，确保符合设备的要求。

第十七条操作人员应及时处理设备故障和报警，采取相应的应急措施，确保设备的安全运行。

第十八条操作人员应定期进行设备的维护和保养，包括清洁设备、紧固连接件的检查和维修，以确保设备的正常使用。

第十九条操作人员应按照设备的工作要求进行设备的关机和断电操作，同时注意切勿改变设备的参数和设置。

直流稳压电源及电压指示电路

目录1. 概述 (1)2. 方案论证 (1)3. 电路工作原理及说明 (3)2.1直流稳压电源电路 (3)2.1.1 电源变压器 (3)2.1.2 整流电路 (4)2.1.3 滤波电路 (5)2.1.4 集成稳压器 (6)2.1.5过流保护 (7)4.电路性能指标的测试 (8)4.1 稳压电源的输出及指示电路 (8)5. 结论 (9)6. 性价比 (10)7课设体会及合理化建议 (10)附录Ⅰ元器件清单 (11)附录Ⅱ整体电路原理图 (12)参考文献 (13)直流稳压电源及电压指示电路摘要：电源电路作为任何电子设备中不可缺少的部分，其设计越来越受到人们的重视。

电子设备一般都需要直流电源供电。

这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。

本文设计了直流稳压电源的两种方案，可通过LED来指示输出电压的高低，并确定其大体范围。

方案一对市电整流、滤波后，利用集成运算放大器及滑动变阻器来调节电压的输出范围。

方案二与方案一原理基本相同，但具有扩大输出电流的功能。

两种方案分别进行了软件仿真和硬件测试，所得结果均符合技术指标的要求。

关键词：稳压电源；发光二极管；电压指示1. 概述电源作为各种电子电路及电子设备工作的能量来源，在一个系统中占有重要地位。

电源的质量在一定程度上也决定了一台设备的可靠性及各项技术指标。

在各种电子线路的应用中，出于应用上的考虑常常不直接采用直流电源，而是将电网上的交流电通过一系列装置转换为直流电源输出。

这种转换电路并不复杂，一般由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路等几部分构成，因此直流稳压电源电路在许多领域有着广泛的应用。

现在各种稳压电器已经广泛使用，其性能稳定，外围所需元件不多，调试方便。

本文要求设计一个可以指示输出电压的直流稳压电源，输出电压在0～5V范围内连续可调；要求用LED指示输出电压的范围，小于2V时只有一个LED点亮，大于等于2V时两个LED同时点亮；并且输出电压的纹波电压（峰峰值）不能超过10mV。

《电工电子技术》课件——直流稳压电源

直流稳压电源
稳压电路的作用：当电网电压波动、负载和温度变化时，维持输出直
流电压稳定。
直流稳压电源的整流电路
主要
内容
滤波电路
稳压电路
单相整流电路工作原理
整流电路
整流电路是指交流电变换成直流电。完成这一任务主要靠二极管的单
向导电特性。因此，二极管是构成整流电路的关键元件。
单相整流电路
半波整流
单相整流电路
电阻 R 上的压降增加，以抵偿 U1 的增加，从而使负载
电压 UO 保持近似不变。
滤波电路
如果交流电源电压降低而使 U1 降低时，负载电压 UO 也要降低，因而
稳压管的电流 IZ 就显著减小，电阻 R 上的压降也减小，仍然保持负载电压 UO
保持近似不变。同理，如果当电源电压保持不变而是负载电流变化引起负载电
负载平均电流为 IO = 0.45 U2 / RL
单相半波整流电路中二极管的平均电流就是整流
输出的电流，即 ID = IO 。
图2 单相半波整流电路
单相整流电路
二极管截止时承受的最大反向电压：
在 u2 负半周时，二极管 VD 所承受到的最大反向电压
为 u2 的最大值，即 UDRM = 2 U2 。
图5 半波整流电容滤波电路及其波形
滤波电路
（1）电容滤波电路
电源在向 RL 供电的同时，又向 C 充电储能，由于充电时间常数很小，充电很
快，输出电压 u0 随 u2 迅速上升，当 uc=√2 U2 后， u2 开始下降，u2 < uc ， VD 反偏
截止，由电容 C 向 RL 放电，放电时间常数由电容 C 和负载电阻 RL 决定，电容较大，
在 u2 正半周时，VD1、VD3 导通，VD2、VD4 截止。此时， VD2、

电子技术基础第五版第四章

一、单相整流电路
1. 单相半波整流电路
uD Ｖ
-
+
~
uu222
+
iF RL
uL –
u2 2U2si nt
1）整流输出电压平均值
UL0.4U 52
2）二极管平均电流
IF
IL
0.45U2 RL
3）二极管最大反向电压
URm 2U2
优点：结构简单，使用元件少缺点：输出电压脉动小，电源利用率低
单相半波整流电路的组成与工作原理
大部分生产厂家按下述方法命名：
3. 硅整流堆的主要参数（1）额定反向峰值电压（2）正向平均整流电流
硅整流堆管脚一般在外壳上都有标记，如桥堆外壳上各引脚对应位置上标有 “~”“＋”“－”。标记“~”管脚表示接交流电源，“＋”为正极输出，“－”为负极输出，这些标记与电路图上标记是一致的。
4. 硅整流堆的检测
4. 整流二极管的检测
5. 整流二极管的使用
自冷
一般塑料封装的小电流整流二极管，靠管脚来散热，使用时，管脚应保持在规定值以上。大功率整流
二极管需加相应的散热装置。
冷却方式：风冷采用风冷或水冷的整流器件，起始工作时，必须按
先启动冷却装置，再启动整流装置；停止工作时，先
切断整流电路电源，再关闭冷却装置。
U2
UL 6V5V
1.2 1.2 1
1
流过每只二极管的电流平均值: IF2IL26030mA
每只二极管承受的最高反向电压： U Rm 2 U 2 1 .4 1 5 4 7V
选二极管应满足: IFM （2 3） IF URM 2U2
可选: 2CZ82A（IF = 100mA， URM = 25V）

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角度，用θ 表示。
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4．4 单相半波可控整流电路
（2）工作原理分析：（波形如图4-15所示）
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4．4 单相半波可控整流电路
3.数量关系
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4．4 单相半波可控整流电路
4.单相半波可控整流电路特点：
（1） VT的α 移相范围为1800。（2）电路结构简单，但输出脉动大，变压器二次侧电流中含直流分量，造成变压器铁芯直流磁化。（3）只适用于小容量，重量轻等技术要求不高的场合。
• (4)稳压电路用来消除由于电网电压波动、负载改变对其产生的影响，从而使输出电压稳定。
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4.1 整流电路
4.1.1 单相半波整流电路
1．工作原理
单相半波整流电路如图4—2(a)所示。它是最简单的整流电路，由整流变压器、整流二极管V及负载电阻RL组成。其中v1 、v2分别为整流变压器的原边和副边交流电压。
4.1 整流电路
2．负载RL上直流电压和电流的计算
在单相桥式整流电路中，交流电在一个周期内的两个半波都有同方向的电流流过负载，因此在同样的V2时，该电路输出的电流和电压均比半波整流大一倍。输出电压为
依据负载RL上的电压VL来求得整流变压器二次电压：
流过负载RL的直流电流平均值：
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4．4 单相半波可控整流电路
4．4．2 单相桥式可控整流电路 1.电路结构
在单相桥式二极管整流电路中，把其中两个二极管换成晶闸管就组成单相半控桥式整流电路，晶闸管VT1、VT2 的阴极接在一起称共阴极连接。即使Ug1、Ug2同时触发两管时，只能使阳极电位高的管子导通，导通后使另一管子承受反压而阻断。VD1、VD2的阳极接在一起称共阳极连接，总是阴极电位低的导通。如图4-16所示。
电子技术基础
第4章直流稳压电源
目录
• 4.1 整流电路 • 4.2 滤波电路 • 4.3 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理 • 4.4 单相半波可控整流电路 • 4.5 稳压电路
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概述
• 小功率直流稳压电源一般由交流电源、变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路几部分组成，如图4-1所示。它们各部分的作用为：
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4．5 稳压电路
图4－9所示是LCπ 型滤波电路，可看成是电容滤波和 LC型滤波电路的组合。
图4—10所示是RCπ 型滤波电路，选用电阻器R来代替电感器L。
当使用一级复式滤波达不到对输出电压的平滑性要求时，可以增添级数，如图4—11所示。
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4．3 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理
• 4．3．1 晶闸管的外形与符号
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4．3 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理
4．3．3 晶闸管的主要参数
1．正向转折电压UBO 2.正向断态重复峰值电压UDRM 3.反向重复峰值电压URRM 4.通态平均电流IT(AV) 5.通态平均电压UT(AV) 6.维持电流IH
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4．4 单相半波可控整流电路
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4．3 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理
3 .结论：
(1)晶闸管与硅整流二极管相似，都具有反向阻断能力，但晶闸管还具有正向阻断能力，即晶闸管的正向导通必须有一定的条件——阳极加正向电压，同时门极还必须加正向触发电压。
(2)晶闸管一旦导通，门极即失去控制作用，这就是晶闸管的半控特性。要使晶闸管关断，必须做到两点：一是将阳极电流减小到小于其维持电流IH，二是将阳极电压减小到零或使之反向。
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4．5 稳ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ电路
3．电路特点
硅稳压管稳压电路结构简单，元件少。但输出电压由稳压管的稳压值决定，不可随意调节，因此输出电流的变化范围较小，只适用于小型的电子设备中。
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4．5 稳压电路
4．5．2 串联型晶体管稳压电路 1．电路结构
图4-18为三极管串联稳压电路原理图，它由取样电路、基准电压、比较放大器及调整元件等环节组成，其方框图如图4-19所示。
4.1 整流电路
3 ．整流二极管上的电流和最大反向电压
在桥式整流电路中，由于每只二极管只有半周是导通的，所以流过每只二极管的平均电流只有负载电流的—半，即
每只二极管承受的最大反向电压也是v2的峰值，即
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4.2 滤波电路
滤波电路利用电容或电感在电路中的储能作用，当电源电压(或电流)增加时，电容(或电感)把能量储存在电场 (或磁场)中；当电源电压(或电流)减小时，又将储存的能量逐渐释放出来，从而减小了输出电压(或电流)中的脉动成分。得到比较平滑的直流电压。实用滤波电路的形式很多，如电容滤波、电感滤波、复式滤波电路(包括倒L型、 RC—π 型、LC—π 型滤波)等，如图4—5所示。
在负载电阻RL得到的是如图4－2 (b)所示的单向脉动电压。
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4.1 整流电路
二 A→极V设→管在R交LV→流因B电→加压A正。正半注向周意电(到0～，压t1忽)而，略v导2二＞极通0，管，A正端电向电压流位降比IL时B的端，电A路点位径电高位，是与C点电位相等，则v2几乎全部加到负载RL上，RL上电流方向与电压极性如图4-2所示。
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4.1 整流电路
2．负载RL上的直流电压和电流的计算
单相半波整流电路中，输出脉动直流电压平均值：
式中V2——整流输入端的交流电压有效值。为了便于计算，有时依据负载RL上的电压VL来求得整流变压器二次
电压V2，这时：
流过负载RL的直流电流平均值IL可根据欧姆定律求出，即
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4．3 晶闸管（可控硅）的结构和工作原理
4．3．2 晶闸管的结构及导电特性 1．结构
不论哪种结构形式的晶闸管，管芯都是由四层三端器件（P1 N1 P2 N2）和三端(A、G、K)引线构成。因此它有三个PN 结J1，J2，J3，由最外层的P层和N层分别引出阳极和阴极，中间的P层引出门极，如图4-13a所示。如果将三个PN结和四层半导体看成是由PNP和NPN型两个三极管连接而成，如图413b所示，则每个三极管的基极和另一个三极管的集电极相连，阳极A相当于V1管的发射极，阴极K相当于V2管的发射极，门极相当于V2管的基极，那么普通晶闸管不仅具有硅整流二极管正向导通、反向截止相似的特性，更重要的是它的正向导通是可以控制的，起这种控制作用的就是门极。
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4．4 单相半波可控整流电路
2.工作原理
1）0 ~ω t1期间：四只管子均截止。 2）ω t1 ~π 期间：VT1、VD2导通，电流1VT1Rd VD22。 3）π ~ω t2期间：四只管子均截止。 4）ω t2 ~2π 期间：VT2、VD1导通，电流2VT2Rd VD11。
4．4．1 单相半波可控整流电路 1.电路结构
单向半波可控整流电路如图4-14所示。其中u2为交流电源变压器的次级电压，变压器TR起变换电压和电气隔离作用；Rd为电阻负载，其特点是：电压与电流成正比，两者波形相同。
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4．4 单相半波可控整流电路
2.工作原理
（1）两个重要概念： 1）触发延迟角：从晶闸管开始承受正向阳极电压起到施加触发脉冲止的电角度，用α 表示，称为触发角或控制角。 2）导通角：晶闸管在一个电源周期内处于通态的电
晶闸管又称可控硅，从外型上区别有螺栓式和平板式等。晶闸管的外形及符号如图4-12所示。晶闸管有三个电极：阳极A、阴极K、门极G。在图4-12(a)中带有螺栓的一端是阳极A，利用它和散热器固定，另一端是阴极K，细引线为门极G。在图4-12(b)中示出大功率的平板式晶闸管，其中间金属环连接出来的引线为门极，离门极较远的端面是阳极A，较近的端面是阴极K，安装时用两个散热器把平板式晶闸管夹在中间，以保证它具有较好的散热效果。晶闸管的图形符号如图4-12(c)所示，文字符号为VT。
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4．5 稳压电路
2．稳压原理
稳压管是利用调节流过自身的电流大小(端电压基本不变)来满足负载电流的改变，并和限流电阻配合将电流的变化转换成电压的变化，以适应电网电压的波动。当电网电压波动或负载变化时，设使得输出电压下降，则流过稳压二极管的反向电流也减小，导致通过限流电阻R上的电流也减小，这样使R上的压降也下降，根据的关系，使输出的下降受到限制，上述过程可用符号表达为
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4．4 单相半波可控整流电路
3.数量关系
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4．5 稳压电路
4．5．1 硅稳压管稳压电路 1．电路组成
图4-17所示的是硅稳压管稳压电路。图中可见稳压管 VDz并联在负载RL两端，因此它是一个并联型稳压电路。电阻R是稳压管的限流电阻，是稳压电路中不可缺少的元件。稳压电路的输入电压Ui是整流、滤波电路的输出电压。
• (1)整流变压器将常规的输入交流电压(220V、380V)变为整流电路所要求的交流电压值。
• (2)整流电路由整流器件组成，它将交流电变换成方向不变但大小随时间变化的脉动直流电。将交流电变换为直流电的过程叫做整流。
• (3)滤波电路再将单方向脉动直流电中所含的大部分交流成分滤掉，得到一个较平滑的直流电。
1．工作原理
单相桥式整流电路是由四个整流二极管接成电桥的形式构成的，如图4—3所示。
无论电压v2是在正半周还是在负半周，负载电阻RL上都有相同方向的电流流过。因此在负载电阻RL得到的是单向脉动电压和电流，忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电路的波形如图4—4所示。
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