整流电路、滤波电路及稳压电路
实验8整流、滤波及稳压电路
整流、滤波及稳压电路
二、实验仪器 1、示波器 2、数字万用表 3、直流毫安表 三、实验内容 1、半波整流电 路：实验电路如 图13-2所示, 用 示波器观察UZ及 UL的波形.并测量 UZ、UD、UL。
图13-2
整流、滤波及稳压电路
三、实验内容 2、桥式整流电路：实验电路如图13-3所示,用示波器观察UZ及UL的 形。ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ测量UZ、UD、UL。
图13-3
整流、滤波及稳压电路
三、实验内容 3、电容滤波电路： 实验电路如图13-4 所示。 (1) 当RL=1K 时，分别将不同的 电容接入电路，用 示波器观察UL波形， 用万用表的电压档 测量UL并记录。 (2)将RL=1K 改为150时，重复 上述实验。
图13-10
电容滤波电路
整流、滤波及稳压电路
整流、滤波及稳压电路
二、实验原理 1、电源变压器的作用是把220V电网电压变换成符合整流电路所需的电 压。 整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电变换成脉动的直流 电。本实验采用单相桥式整流电路。 滤波电路：整流电路输出的电压是脉动的，即含有直流分量，又有 交流分量，经过滤波电路后，可将大部分交流分量滤掉，从而使波形变 得比较平滑的直流电压。本实验采用电容器滤波。 稳压电路：由于整流、滤波电路输出的直流电压稳定性较差，当电 网电压波动或负载变化时输出的电压也随之变化，采用稳压电路后，输 出电压的稳定程度将大为提高。本实验采用并联稳压电路、串联稳压电 路、集成稳压器。
0 与输出电流变化量△Io之比，即 R 0 ΔI0 源 ΔU 0
i
ΔU
。 Ro是稳压电
的另一个重要指标，它表示电源驱动负载的能力接近理想电压源的程 101 ~ 103 度，其值越小越好，一般在 。 （3）最大输出纹波电压是指在输出额定电流时，输出纹波电压的有 效值。纹波越小，表示稳压性能越高，一般在毫伏数量级，经特殊处 理可做到μV数量级。 3、串联型直流稳压电源的组成及电压调节 图13-1是串联型直流稳压电源的基本结构，它包括采样电阻R1、 R2，基准电源Dz，电压比较放大器T1 ，电压调整管T2和滤波电容C1、 C2及各种保护电路等三部分组成。
简述直流稳压电源的组成和工作原理。
直流稳压电源是一种将交流电源转换为直流电源的装置，其组成和工作原理如下：
组成：
直流稳压电源由电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路四部分组成。
电源变压器：将电网的交流电压转换成所需等级的交流电压，以满足整流电路和输出直流电压的要求。
整流电路：利用整流元件（如硅整流二极管）的单向导电性，将交流电转换为脉动的直流电。
滤波电路：利用电容元件的储能作用，将脉动的直流电平滑化，得到比较平滑的直流电压。
稳压电路：利用稳压元件（如硅稳压管）的电压调整作用，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来稳定输出直流电压。
工作原理：
第一步，变压器：是直流稳压电源中最重要的组成部分之一。
其主要作用是将电网提供的交流电压转换为适合整流电路使用的交流电压。
通过调整变压器的变比，可以得到满足要求的交流电压。
第二步，整流滤波：利用整流二极管的单向导电性，将交流电转换为脉动的直流电。
同时，通过滤波电容将脉动的直流电中的交流成分滤除，得到比较平滑的直流电压。
第三步，稳压：利用稳压管两端的电压稍有变化就会引起其电流有较大变化的特性，通过调节与稳压管串联的限流电阻上的压降来达到稳定输出直流电压的目的。
6-4 整流、滤波及稳压电路
6-4整流、滤波及稳压电路所谓整流，就是某电路的输入端加上一正弦电压，通过电路对输入进行处理以后，而在负载上得到一直流电压，即大小变化，而方向不变的脉动电压。
该电路称为整流电路，且有不同的分类：按整流元件分可控整流按交流电源相数分三相整流单相整流半波整流按利用能源程度分全波整流（桥式）对于全波整流电路，其整流元件多接成桥式，故称桥式整流电路。
不可控整流6-4-1 半波整流电路uiu 0（1）电路图（2）工作波形（3）输出电压；U U dt u TU m45.0100===⎰ππI I D =；LL R UR U I 45.000==Ru i脉冲电压是用一个周期的平均电压来作定量描述的，即非正弦的恒定分量，半波整流波形的傅立叶级数为：（4）二极管承受的最高反向电压⎪⎭⎫ ⎝⎛-⨯--+= t t t U u m ωωωππ4cos 5322cos 32sin 2106-4-2 单相桥式整流电路（全波）（1）电路图⎪⎭⎫⎝⎛⨯-⨯--= t t t U u m ωωωπ6cos 7524cos 5322cos 32120；U U dt u T U m 9.021000===⎰ππ；L L R U R U I 9.000==LD R U I I 45.020==uiu 0Ru iRu i（2）工作波形（3）输出电压（4）二极管承受的最高反向电压D 4D 2D 3D 1+－－+6-4-3 滤波电路1 电容滤波（1）电路组成及输出波形实际应用中，许多电子设备或电气设备常要求其工作电源是输出平稳的直流，而仅由整流电路的输出，脉动太大，还需在整流电路后面加入滤波将滤除交流成分。
u iuu iu 0Ru iu 0Ru iu 0C C（2）滤波器输出3）外特性曲线1）电容滤波器的选择1.4U0.45U电容滤波无电容滤波采用电容滤波时，输出电压的脉动程度与放电时间常数有关。
为了得到比较平直的输出电压，一般要求352L TR C τ≥-=（）对半波整流U 0=U对于全波整流U 0=1.2U ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-C R T U L 412U 0I 0滤波器输出电压为2）输出电压LC R τ=2 电感滤波电感与负载必需串联3 复合滤波电路R uiuLLCLC2C1C2C1RLC滤波电路LCπ滤波电路RCπ滤波电路6-4-4 稳压电路经变压、整流和滤波后的直流电压，虽然减小谐波对稳定性的影响，但是交流电源波动和负载变化对稳定性的影响仍然存在，对于要求直流电源稳定的应用场合（精密电子测量仪器、自动控制、计算装置等），电压的不稳定，有时会产生测量和计算的误差，引起控制装置的不稳定，甚至根本无法正常工作。
关于整流、滤波、稳压的基础概念
138．怎样利用整流方式得到平稳的直流电?答：整流是利用二极管的单向导电性，把正负交变的交流电变为单向的脉动直流电，再经过滤波电路使波形变得平滑，然后再经过稳压电路的作用，最后得到波形平直、电压稳定的直流电。
由交流电得到平稳的直流电需经以下四个环节(见图1-55)：(1)电源(整流)变压器将电网的交流电压的大小变换成符合整流电路的工作电压。
(2)整流二极管将交流电变换成单向脉动直流电。
(3)滤波装置将脉动的直流电变换成平直的直流电。
(4)稳压电路将波动的直流电压变为稳定的直流电压，使直流输出电压保持稳定。
139．单相半波整流电路是怎样工作的?答：单相半波整流电路如图l-56所示。
图中，TR是整流变压器，υ2是变压器的二次电压，在时间0～π时，υ2的A端为正，B端为负，这时VD承受正向电压而导通，电流从TR的二次侧上端流出，经二极管VD流过负载R1回到TR二次侧的下端，负载RL上有电压。
当时间为X～2π时，υ2的A端为负，B端为正，VD上加反向电压，这时VD不导通，所以在RL上没有电压。
当时间为2π～3π时，VD又导通，RL上又有电压……，从上述现象我们可以看出，电源电压虽然是忽正忽负，但是由于二极管的单向导电性，使RL上得到了单方向的脉动电压，这就将交流电变为直流电了。
这种电路只是在电源电压υ2的正半周时才有电流流过，故称为单相半波整流电路。
140．单相全波整流电路是怎样工作的?答：单相全波整流电路如图1-57所示。
它是由两个半波整流电路组合而成的。
在变压器TR的二次侧具有中心抽头，引出大小相等的两个电压υ2A、υ2B，在时间0～π内，υ2A上端为正，下端为负，υ2A经过VD1、RL、变压器TR的中心抽头构成回路，VD2因加反向电压作用而截止。
在时间π～2π内，υ2B下端为正，上端为负，υ2B经VD2、RL、变压器中心抽头构成回路，VD1因加反向电压而截止。
所以在交变电压的整个周期内，由两个整流器件构成的两个单相半波整流电路轮流导通，从而使负载RI，上得到了单一方向的全波脉动电压。
整流、滤波和稳压电路
整流、滤波和稳压电路滤波电路交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。
这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。
要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。
换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电。
一、电容滤波电容器是一个储存电能的仓库。
在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容器将把储存的电能再放出来。
充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。
电容器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。
这种电容带两端电压不能突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。
图5-9是最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在整流器后面，下面以图5-9（a）所示半波整施情况说明电容滤波的工作过程。
在二极管导通期间，e2 向负载电阻R fz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。
e2 达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高电压。
这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻R fz放电。
由于C和R fz较大，放电速度很慢，在e2 下降期间里，电容器C上的电压降得不多。
当e2 下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。
如此重复，电容器C两端（即负载电阻R fz：两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形。
图5-10（a）（b）中分别示出半波整流和全波整流时电容滤波前后的输出波形。
显然，电容量越大，滤波效果越好，输出波形越趋于平滑，输出电压也越高。
但是，电容量达到一定值以后，再加大电容量对提高滤波效果已无明显作用。
通常应根据负载电用和输出电说的大小选择最佳电容量。
表5-2 中所列滤波电容器容量和输出电流的关系，可供参考。
整流滤波稳压电路
整流滤波稳压电路的发展趋势
高效率
随着能源消耗的日益关注，整流滤波稳压电路正朝着高效率、低 能耗的方向发展。
小型化
为了满足便携式电子设备的需求，整流滤波稳压电路正不断向小型 化、集成化的方向发展。
智能化
随着人工智能和物联网技术的快速发展，整流滤波稳压电路正朝着 智能化、远程控制的方向发展。
整流滤波稳压电路的未来展望
串联型稳压电路
要点一
总结词
输出电压稳定度高，负载调整率较高，但电路复杂，纹波 系数较大。
要点二
详细描述
串联型稳压电路由串联在电源电路中的调整管、比较放大 器和参考电压源组成。其工作原理与简单稳压电路相似， 通过比较放大器将输出电压与参考电压进行比较，然后调 整调整管以保持输出电压稳定。由于采用了串联方式，因 此其输出电压的稳定度和负载调整率较高。然而，由于电 路较为复杂，因此纹波系数较大。
04
应用与发展
整流滤波稳压电路的应用场景
电源供应
仪器仪表
整流滤波稳压电路广泛应用于各种电 子设备和系统的电源供应，如计算机、 电视、手机等。
在科学实验和测量领域，整流滤波稳 压电路为各种精密仪器和仪表提供稳 定的直流电源。
工业控制
在工业控制领域，整流滤波稳压电路 用于提供稳定可靠的电源，确保工业 设备的正常运行。
详细描述
桥式整流电路使用四个二极管组成一个电桥，使得交流电的正半周和负半周都能 通过负载，因此直流输出为交流输入的四倍。由于效率非常高，因此适用于负载 电流较大、对效率要求非常高的场合。
02
滤波电路
电容滤波电路
01
02
03
原理
利用电容的储能特性，将 整流后的脉动直流电平滑 成连续的直流电。
整流滤波与稳压电路
物理实验中心实验指导书整流、滤波与稳压电路ﻬ整流、滤波与稳压电路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.整流电路由整流器件组成。
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。
滤波电路直接接在整流电路后面，通常由电容器，电感器和电阻器按照一定的方式组合而成.作用是把脉动的直流电变为平滑的直流电供给负载.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。
直流电源的方框图如图1所示。
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CL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。
一、实验目的1。
了解整流、滤波电路的作用．２。
进一步熟悉示波器的使用.3。
观察单相半波、单相桥式及单相桥式整流电容滤波电路的输入、输出电压波形。
二、实验原理为方便分析,把二极管当作理想器件,即认为它加上正向电压导通时电阻为零，加上反向电压截止时电阻为无穷大.电容器在电路中有储存和释放能量的作用,电源供给的电压升高时,它把部分能量储存起来,而当电源电压降低时,就把能量释放出来，从而减少脉动成分，使负载电压比较平滑。
1。
单相半波整流电路电路如图2所示。
设在输入交流电压正半周：A端为正、Ｂ端为负,二极管因承受正向电压而导通,电流I L通路是A-Ｖ1—RＬ－B。
忽略二极管正向压降时,输入电压全部加在负载R L上。
在输入交流电压负半周:B端为正、A端为负,二极管因承受反向电压而截止。
输入电压几乎全部降落在二极管V上，负载ＲＬ上电压基本为零。
图1 直流稳压电路方框图由图5可见，在交流电一个周期内,二极管半个周期导通半个周期截止，以后周期重复上述过程.2.单相桥式整流电路电路如图３所示。
设在输入交流电压正半周：A端为正、B端为负，即Ａ点电位高于B点电位。
电工电子技术与技能第3版 第11章 整流、滤波及稳压电路
图 11-10 稳压管稳压电路
【工作原理】 在稳压二极管所组成的稳压电路中，利用稳压管所起 的电流调节作用，通过限流电阻R上电压或电流的变化进行补偿，从而达 到稳压的目的。限流电阻R是必不可少的元件，它即限制稳压管中的电流 ，保证使其正常工作，防止因过热而损坏，又与稳压管相配合达到稳压 的目的。一般情况下，在电路中如果有稳压管存在，就必然有与之匹配 的限流电阻。
图 11-9 常见复式滤波电路
第11章 整流、滤波及稳压电路
11.3 稳压电路
12.3.1 稳压管稳压电路
【电路结构】由稳压二 极管DZ和限流电阻R所组成 的稳压电路是一种最简单直 流稳压电源，如图11-10中 虚线框内所示，其输入电压 UI是整流滤波后的电压，输 出电压UO就是稳压管的稳 定电压UZ，RL是负载电阻。
图11-9b所示为LCπ型滤波电路，这种滤波电路是在电容滤波的基础上再加 一级LC滤波电路构成，使负载输出电压更加平滑。
由于LCπ型滤波电路带有铁芯的电感线圈体积大，价格也高，因此，当负 载电流较小时，常用小电阻R代替电感L，以减小电路的体积和重量。构成如图 11-9c所示的RCπ型滤波电路，只要适当选择R和C2参数，在负载两端可以获得 脉动极小的直流电压。在收音机和录音机中的电源滤波电路中，就经常采用 RCπ型滤波电路。
图11-7 电容滤波电路及波形
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
I第0 11章 整流、滤波及稳压电路
【工作原理】 电容滤波是利用电容的充、放电作用，使输出电压趋I0 于
平滑的。如图11-7a所示，当整流电路输出电压ui比电容两端 电压uc高时，电源电流一路经过负载RL ，另一路对电容C快 速充电储能，如图11-7b中曲线ab段。当ui < uc时，电容通过 负载RL放电，且uc的下降速度远小于u2的下降速度，如图116b中曲线bd段， 当下一次出现ui > uc时，电源再次对电容C 快速充电储能，重复上述过程，使负载获得如图11-7b中实线 部分所示平滑的输出电压uo，实现滤波功能。
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第七章整流电路、滤波电路及稳压电路知识目标
1.掌握单相桥式整流电路的结构和工作原理。
2.了解电容滤波电路和电感滤波电路的作用。
3.了解稳压电路的工作原理和特点。
4.了解集成稳压器的使用方法。
技能目标
1.掌握单相桥式整流电路。
2.掌握集成稳压器的基本使用方法和连接方法。
3.能够使用万用表测量电压，能够使用双踪示波器观察测试波形。
4.能够根据直流稳压电源框架组装直流稳压电源。
第一节整流电路
一、整流与整流电路
利用二极管的单向导电性可以将交流电转换为直流电，这一过程称为整流，这种电路就称为整流电路。
常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路。
二、单相桥式整流电路的结构和特点
单相桥式整流电路利用整流二极管的单向导电性，将交流电变成单向脉动直流电，其组成结构如图7－1所示。
图7－1单相桥式整流电路
图7－1中，T r表示电源变压器，作用是将交流电网电压u1变成整流电路要求的交流电压；R L是直流供电的负载电阻；4只整流二极管VD1～VD4依次接成电桥的形式，故称桥式整流电路。
桥式整流电路的特点是：输出电压的直流成分得到提高，脉冲成分被降低，每只整流二极管承受的最大反向电压较小，变压器的利用效率高，因此被广泛使用。
单相桥式整流电路的实现
在实际应用中，单相桥式整流电路可以用四个独立的整流二极管实现，也可以用集成器件“桥堆”来实现。
图7－2所示为单相桥式整流电路的习惯简化画法。
图7－2单相桥式整流电路的习惯简化画法
三、单相桥式整流电路的工作原理
图7－3单相桥式整流电路波形
在图7－3单相桥式整流电路波形中，在u的正半周时，u2>0时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，故有图示i D1(i D4)的波形；
同样，在u1的负半周时，u2<0时，VD1、VD4截止VD2、VD3导通，故有电流i D2(i D3)。
可见在u的正、负半周均有电流流过负载电阻R L，且电流方向一致，综合得到u o(i o)的波形。
低音炮音箱
如图7－4所示，日常生活中使用的低音炮音箱，有些采用了专业的桥式整流技术，通过内置的桥式整流电路，使得低频带通电路的信号顺畅与稳定，可以使声音更加纯净。
图7－4低音炮音箱
第二节滤波电路
经过整流电路后的输出电压已经是单相的直流电压，但是其中含有直流和交流的成分，电压的大小仍有变化，这种直流电称为脉动直流电。
对于某些工作(如蓄电池充电)，脉动电流已经可以满足要求，但是对于大多数电子设备，需要平滑的直流电，故整流电路后面都要接滤波电路，尽量减小交流成分，以减小整流电压的脉动程度，适合稳压电路的需要，这就是滤波。
由此组成的电路称为滤波电路。
下面介绍两类主要的滤波电路。
一、RC平滑滤波电路
1.RC平滑滤波电路的结构
在负载上并联一个电容器，利用电容器充放电时端电压不能跃变的特性使直流输出电压保持稳定。
图7－5为一个简单的整流滤波电路，二极管VD起整流作用，与负载并联的电容C起滤波作用，这个电容器就是一个最简单的滤波器。
图7－5RC平滑滤波电路
2.RC平滑滤波电路的工作原理
RC平滑滤波电路是利用电容器的端电压在电路状态改变时不能跃变的原理实现滤波的。
下面结合图7－6来讲述RC平滑滤波电路的工作原理。
图7－6滤波电容器的作用
由于二极管的整流作用，未接滤波电容器时，忽略二极管正向压降，输出为半波，如图7－6(a)图所示；并联滤波电容器以后，由于电容两端电压不能跃变，输出波形如图7－6(b)所示。
改善滤波电容器的性能可获得直流信号。
注意：滤波电容器电容较大，一般用电解电容，应注意电容的正极性接高电位，负极性接低电位，如果接反则容易损坏器件。
二、LC平滑滤波电路
1.LC平滑滤波电路的结构
在滤波电容之前串接一个铁芯电感线圈，就组成LC平滑滤波电路，如图7－7所示。
图7－7LC平滑滤波电路
LC平滑滤波电路可有效减小输出电压的脉动程度，适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场合，或用于高频场合。
2.LC平滑滤波电路的工作原理
电容和电感都是基本的滤波元件，当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势阻碍电流变化，因此通过电感的电流不能突变，流过负载的电流也就不能突变，从而使负载电流和负载电压的脉动大为减小，电流平滑，输出电压的波形也就平稳了，达到了滤波目的。