整流与滤波电路
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。
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。
整流滤波电路输出公式推导
整流滤波电路输出公式推导一、整流电路基础。
1. 半波整流电路。
- 设输入交流电压u = U_msinω t，其中U_m为交流电压的最大值，ω = 2π f，f为交流电源的频率。
- 在半波整流电路中，二极管只在交流电压的正半周导通。
当二极管导通时，输出电压u_o等于输入电压u；当二极管截止时，输出电压u_o=0。
- 所以，半波整流电路输出电压的平均值U_o(AV)为：- U_o(AV)=(1)/(2π)∫_0^πU_msinω t d(ω t)- 计算积分∫_0^πU_msinω t d(ω t)= - U_mcosω t_0^π=2U_m- 则U_o(AV)=(U_m)/(π)- 又因为U_m = √(2)U（U为交流电压的有效值），所以U_o(AV)=(√(2)U)/(π)≈0.45U。
2. 全波整流电路。
- 对于全波整流电路，它利用了交流电压的正负两个半周。
- 设输入交流电压u = U_msinω t。
- 在正半周，一组二极管导通，负半周另一组二极管导通，使得输出电压在正负半周都有输出（只是方向相同）。
- 全波整流电路输出电压的平均值U_o(AV)为：- U_o(AV)=(1)/(π)∫_0^πU_msinω t d(ω t)- 计算积分∫_0^πU_msinω t d(ω t)= - U_mcosω t_0^π=2U_m- 则U_o(AV)=(2U_m)/(π)- 由于U_m=√(2)U，所以U_o(AV)=(2√(2)U)/(π)≈0.9U1. 电容滤波电路（以全波整流后的电容滤波为例）- 在全波整流电路后面加上电容滤波。
- 当电容充电时，输出电压u_o上升，当电容放电时，输出电压u_o下降。
- 假设在没有负载（R_L=∞）的情况下，电容充电到交流电压的最大值U_m，所以此时输出电压U_o=U_m=√(2)U。
- 当有负载R_L时，电容放电时间常数τ = R_LC。
- 在工程近似计算中，对于全波整流电容滤波电路，当R_LC≥slant(3 - 5)(T)/(2)（T=(1)/(f)为交流电源周期）时，输出电压的平均值U_o近似为：- U_o≈1.2U（U为交流电压有效值）。
整流滤波稳压电路原理
整流滤波稳压电路原理一、引言稳压电路是现代电子设备中常用的一种电路，其作用是将不稳定的输入电压转换为稳定的输出电压，以保证电子设备的正常工作。
而整流滤波稳压电路则是稳压电路中的一种重要形式，本文将详细介绍整流滤波稳压电路的原理和工作过程。
二、整流滤波稳压电路的原理整流滤波稳压电路主要包括整流电路和滤波电路两部分。
整流电路的作用是将交流输入电压转换为直流电压，而滤波电路则用于去除直流电压中的纹波，得到稳定的直流输出电压。
1. 整流电路整流电路采用整流元件（如二极管）将输入电压的负半周期或正半周期截取，使其成为单向导通的电流。
常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路两种。
（1）半波整流电路半波整流电路只能将输入电压的正半周期截取，而负半周期则被截去。
其电路中只需一个二极管即可实现，结构简单、成本低廉，但输出电压的纹波较大，稳定性较差。
（2）全波整流电路全波整流电路能够将输入电压的正半周期和负半周期均截取。
其电路中一般采用两个二极管，实现了电流的双向导通。
相比半波整流电路，全波整流电路的输出电压波动较小，稳定性较好。
2. 滤波电路滤波电路的作用是将整流后的直流电压中的纹波去除，得到稳定的直流输出电压。
常见的滤波电路有电容滤波电路和电感滤波电路两种。
（1）电容滤波电路电容滤波电路通过在电路中串联一个电容器，将纹波电压的高频成分通过电容器绕过，从而实现对纹波的滤波作用。
电容滤波电路具有结构简单、成本低廉的优点，但对于低频纹波的滤波效果较差。
（2）电感滤波电路电感滤波电路通过在电路中串联一个电感元件，利用电感元件的自感性质，将纹波电压的低频成分通过电感元件绕过，从而实现对纹波的滤波作用。
电感滤波电路对于低频纹波的滤波效果较好，但结构复杂、成本较高。
三、整流滤波稳压电路的工作过程整流滤波稳压电路的工作过程如下：1. 输入电压经过整流电路，将交流电压转换为直流电压。
2. 直流电压经过滤波电路，去除直流电压中的纹波成分。
整流滤波电路
IR =IL+IZ
输入电压VI的增加，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。这一稳压过程可概括如下：
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
在稳这压里二V极O管减的小调应节理下解，为使图，1V由6O.于的02 输增硅入加稳电没压二压有极那VI管的么稳增大压加而电，路 已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。
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。电容滤波过 图10.07电容滤波波形图 程见图10.07。
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
速率在降很刚。当慢过先v。29到假所0°达设以时9二刚0，°极过正时管9弦0，关°曲v断2时开线，二始下电极下降容管的C仍然
导 下通降指就起。的数要始在速放以放超率电指电过越起数速来9始0规率越°点律时快后的向，，的放负二当某电载极刚个速Ｒ管超点率L关过，放很断指正电大。数弦。。曲曲线线
所以，在t1到t2时刻，二极
10.2.1.1 引起输出电压不稳定的原 因
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，参见图16.01。
负载电流的变化会
即 V O=f(V I,IO)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。
图16.01稳压电源方框图
10.2.1.2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
二极管整流与滤波
二极管整流与滤波在电子学中，二极管整流与滤波是一个常见且重要的电路应用。
在交流电源转换为直流电源的过程中，二极管的整流作用起着至关重要的作用。
同时，滤波电路可以有效地消除电源中的纹波，提供稳定的直流电压供应。
本文将介绍二极管整流与滤波的原理、常见电路以及其在实际应用中的重要性。
一、二极管整流的原理二极管具有单向导电性质，正向导通时电流通过，反向截止时电流截断。
利用这一特性，可以将交流电信号转换为单向的直流电信号。
在单相整流电路中，常见的有半波整流和全波整流。
1. 半波整流半波整流电路中，交流信号经过二极管之后，只有正半周的波形通过，而负半周的波形被截断。
这样，输出的波形只包含了正半周的部分，实现了将交流信号变成单向的直流信号。
2. 全波整流全波整流电路中，通过使用两个二极管和一个中心点，可以实现正、负半周的波形都能通过。
通过适当的连接方式，可以使得正半周和负半周的波形均能够被整流。
全波整流电路输出的波形更加平滑，纹波更小。
二、滤波电路的作用尽管通过二极管整流可以将交流信号转换为直流信号，但直流信号中还是会存在一些波动，即所谓的纹波。
为了使直流信号更加稳定，需要使用滤波电路。
滤波电路的作用是消除直流电源中的纹波，并提供稳定的直流电压输出。
常见的滤波电路有电容滤波和电感滤波。
1. 电容滤波电容滤波电路通过在电路中串联一个电容器，将纹波电压通过电容器的充电和放电来削弱。
电容器能够对高频的纹波进行滤波，从而实现纹波的减小。
2. 电感滤波电感滤波电路则是通过在电路中串联一个电感器，利用电感在电路中形成的自感性，来抵消电源信号中的纹波。
电感滤波器具有对低频纹波的滤波效果。
三、二极管整流与滤波电路的应用二极管整流与滤波电路在实际应用中广泛使用。
其中最常见的应用场景就是交流电转换为直流电的电源适配器。
电源适配器在电子设备中起着至关重要的作用，为设备提供稳定的直流电源。
此外，二极管整流与滤波电路还广泛应用于通信设备、功放器、放大器等电子设备中。
整流滤波电路的基本工作原理
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.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。
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IＬ通路是A-Ｖ１－R L-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。
二极管Ｖ1、V3因承受正向电压而导通，二极管V２、V4因承受反向电压而截止，电流ＩL1通路是Ａ－V1—R L—V3-B.忽略二极管正向压降时,负载R L上得到一个半波电压。
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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u2
D1 、D3导通， D2、D4截止uL
2
1
RL u L
D2
-
+
t
t
u2负半周时： D2、D4 导通， D1 、D3截止
+
220V u1
+
D4
u2 3
+ D3
2
4
D1
1
D2
+
+
RL
u L
-
+
u2
t
uL
t
（3）主要参数：
输出电压平均值：UL=0.9u2 输出电流平均值:IL= UL/RL =0.9 u2 / RL
·
220 V
D1
1
2
·
u2
RL
·
u2
1
2
D2
u2
+0
uL －
uL
uD1
uD2
2
3
t 4
主要参数：
D1
1
2
·
IL
·
u2
RL
220 V
·
u2
1
2
D2
（2）输出电流平均值IL ：
uL
t
+
u L 0 2
－
（1）输出电压平均值UL：
1
UL 2
2
0uLd（t）
1
0
2u2sin td（t）
IL= UL /RL =0.9 u2 / RL
可见，调节R1或R2可以改变输出电压。
举例： 分立元件组成的串联式稳压电源
调整管
VCC _C IR CLE
+ R1
1k
UI
T1 T2 UB1 R2 1k
UB2
T3 UB3
VCC _C IR CLE
R3
24
+ RP
330 UO
1
放大比较环节
-
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
VCC _C IR CLE
调节反馈系数即可调节放大倍数
UO=AUFUZ-0.7V
T
+
R Uz
+
+A+
+
-
+
R1
RL
U o
Ui
Dz
-
U f R2
-
+
+
为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。
1. 串联型稳压电源的构成
由四部分组成： 基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节。
调整管
T
+
+
+
R Uz
+ －
A
∞
+
Ui
Dz
+
R1
EWB演示——稳压电源
9.3 集成串联式稳压电路
一. 带隙基准电压源
U B- E U B 1 = E △ 2 U B E I 2 1 R 3=U Tl
n II E 11 SU Tl
n II E 22 SU Tl
n I1 I2
电阻R2上的压降：
U 2I2R 2△ R U 3 BE R 2U TR R 3 2l
1
-
VCC _C IR CLE
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
3
VCC _C IR CLE
(3) 输出电压的调节范围
因为： UZUBE 3 R3R R4 4RPUO
所以： U O(U ZU BE )3 R 3R R 4 4R P
VCC _C IRC LE
+ R1
1k
UI -
VCC _C IRC LE
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。
i
UZ
△I
△U
I zm in I zm a x
I R Uz
+
+
u Ui
IZ
Dz
-
+
+
IL +
RL
Uo -
+
稳压原理：
由图知：
U O=U Z=U i U R Ui IR
I = IL +IZ
I
+
+
Ui -
+
R Uz
IZ
Dz
(1) 当输入电压变化时
24
+
RP
UI
UB2
T3 UB3 33 0 UO
-
1
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
VCC _C IRC LE
3
VCC _C IRC LE
U Om ( U iZ n U B) E R 3 3 R R 4 4 R p 2 2 4 2 2 2 3 0 .4 0 3 .7 V 7 U Om ( U a Z x U B) E R 3 3R R 4 4 R p 2 2 4 2 2 2 3 0 0 3 3 .4 0 9 .8 V
Ui -
+
R Uz
IZ
Dz
+
IL +
RL
Uo -
+
所 以 ：Rmin<RRmax
三. 串联式稳压电源
稳压管稳压电路的缺点： 改进：
（1）带负载能力差
（1）提高带负载能
（2）输出电压不可调
力——在输出端加一射
极输出器
T
R Uz
+
+
Ui
Dz
-
+
+
+
RL
U o
-
+
UO=UZ-0.7V
改进：
（2）使输出电压可调——在射极输出器前加一带有负反馈 的放大器。
VCC _C IRC LE
T2
T1 UB1 R2 1k
R3
24
+
RP
UB2
T3 UB3 33 0 UO
1
UZ
R4
220 -
2.7V DZ
3
VCC _C IRC LE
将参数代入，可求出输出电压的调节范围。
VCC _C IRC LE
VCC _C IRC LE
+ R1
1k
T2
T1 UB1 R2 1k
R3
3
VCC _C IR CLE
基 准 电 压 取样电路
稳压原理
动画演示
当 Ui 增加或输出电流减小使 Uo升高时
Uo
UB3
UBE3=（UB3-UZ）
Uo
VCC _C IR CLE
+ R1
1k
UI
UC3 （UB2 ）
T1 T2 UB1 R2 1k
VCC _C IR CLE
R3
24
+
RP
UB2
T3 UB3 33 0 UO
• 滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。 • 稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压
uo的稳定。
9.1 整流与滤波电路
一. 单相整流电路 u2
1.半波整流电路
D
+
1
2
+0
220V u1
+ io
u2
+ uL
RL
u L
+ –
+
u2 >0 时:
–
二极管导通， uL=u2
基准电压源
R20
放大比
较环节 R19
取
样
UF
电 路
公共端
电路组成及工作原理：
1. 启动电路
由R
4、D
Z1、T
12、T
13、R
、
5
R
6、R
7和R
18组成。上电后，R
4、D
先
Z1
导通，使得T12和T13导通，随后T8和T9也导通，整个电路进入正常工作 状态。这时R 1上压降增加，使T13截止状态，切断了输入回路与基准源之 间的联系。
2. 基准电压源
由T1～T7管和电阻R1～R3组成的带隙基准电压源。
U F ＝ U B ＋ E U B 3 ＋ E U B 4 ＋ E U B 5 ＋ E I C R 6 2 2
根据前面对带隙基准电压源的分析可知：
IC2R2＝R R32
UTl
nIC1 IC2
T7管的集电极电位： U C ＝ U 7 B ＋ U E B ＋ 3 I E C R 2 4 2 U B ＋ U E B ＋ 7 I E C R 1 1 1
基波
4 2u2
uL
S1
ULAC1 UL
3
2 2u2
2 0.67 3
0 2
t
集成硅整流桥：
+ –
~+~-
u2 –
+ uL
二、滤波电路
1. 电容滤波
+
220V u1
+
D4
u2 3
D3
4
D1
1
C
D2
2
+
+
RLuL
-
+
（1）空载（RL=∞）时：
+
220V u1
+
D4
u2 3
D3
u2＞ uC时：
u2
RL
U o
R2
+ 取样电路
-
放 大 比 较 环 节 Uf
-
+