1、单相整流、滤波和简单稳压电路的设计与研究l实验目的实验目的 l理论基础理论基础 l实验内容实验内容l实验仪器和实验电路实验仪器和实验电路l预习要求预习要求实验目的实验目的1. 掌握整流、滤波和简单二极管稳压的原理掌握整流、滤波和简单二极管稳压的原理；2. 单相整流、单相整流、滤波和简单稳压电路的测量滤波和简单稳压电路的测量 ；3. 进一步掌握常用电子仪器的使用方法，进一步掌握常用电子仪器的使用方法， 掌握使用电子仪器检查实验中问题掌握使用电子仪器检查实验中问题的方法的方法 。 理论基础理论基础l整流整流 半导体二极管具有单向导电性，当二极管两端加半导体二极管具有单向导电性，当二极管两端加上正向
2、电压时，二极管导通；反之，二极管两端加上上正向电压时，二极管导通；反之，二极管两端加上反向电压时，二极管截止。利用二极管单向导电特性，反向电压时，二极管截止。利用二极管单向导电特性，就可以对交流电进行整流，转换为直流电。就可以对交流电进行整流，转换为直流电。l整流的方式整流的方式 半波整流半波整流 桥式整流桥式整流 全波整流全波整流 理论基础理论基础l半波整流电路半波整流电路l当交流电为正半周时，二极管当交流电为正半周时，二极管D 导通，输出正半周；当交流电为导通，输出正半周；当交流电为 负半周时，二极管截止。经过负半周时，二极管截止。经过 半波整流电路整流后，交流电被半波整流电路整流后，交流
3、电被 转换成脉动直流电。整流前后的转换成脉动直流电。整流前后的 电压波形如图电压波形如图9.1.2 所示。所示。l半波整流电路比较简单，应用的半波整流电路比较简单，应用的 整流元件少。但由于只利用了整流元件少。但由于只利用了 交流电压的半个周期，因此输出电压低，交流电压的半个周期，因此输出电压低， 脉动大，电路整流效率低。脉动大，电路整流效率低。 这种整流电路一般适用于整流电流较小的小功率整流，对脉动要求不这种整流电路一般适用于整流电流较小的小功率整流，对脉动要求不高的场合。高的场合。 +_+理论基础理论基础l桥式整流电路桥式整流电路 电路有四个二极管（电路有四个二极管（D1 D4）接成）接成
4、 桥式电路。当交流电为正半周时，桥式电路。当交流电为正半周时， 二极管二极管D1、D3 处于正向偏置而导通，处于正向偏置而导通， D2、D4 处于反向偏置而截止。当交流电处于反向偏置而截止。当交流电 为负半周时，二极管为负半周时，二极管D2、D4 处于正向处于正向 偏置而导通，偏置而导通，D1、D3 处于反向偏置而处于反向偏置而 截止。负载在交流电的一个周期内都有截止。负载在交流电的一个周期内都有 电流通过且方向不变。电流通过且方向不变。 桥式整流电路具有直流输出电压高，脉桥式整流电路具有直流输出电压高，脉 动小等优点，应用较广。但需要动小等优点，应用较广。但需要 4 个二个二 极管，整流电路
5、内阻增大，损耗增大。极管，整流电路内阻增大，损耗增大。 +_+理论基础理论基础l全波整流全波整流 由两个二极管由两个二极管D1、D2 及具有中心抽头及具有中心抽头 的变压器的变压器B 构成。变压器副绕组的两个构成。变压器副绕组的两个 半边的电压大小相等，相位相差半边的电压大小相等，相位相差180。 当电压在正半周时，二极管当电压在正半周时，二极管D1 处于正向处于正向 偏置而导通，偏置而导通，D2 处于反向偏置而截止，电流流向如实线箭头所示；处于反向偏置而截止，电流流向如实线箭头所示；当电压在负半周时，二极管当电压在负半周时，二极管D2 处于正向偏置而导通，处于正向偏置而导通，D1 处于反向偏
6、处于反向偏置而截止，电流流向如虚线箭头所示。可见，在电源电压正、负两个置而截止，电流流向如虚线箭头所示。可见，在电源电压正、负两个半周内，都有方向不变的电流通过负载。半周内，都有方向不变的电流通过负载。 全波整流电路的输出电压的波形与桥式整流电路相同。全波整流电路的输出电压的波形与桥式整流电路相同。 全波整流电路与桥式整流电路相比，只需要两个二极管，但在相同的全波整流电路与桥式整流电路相比，只需要两个二极管，但在相同的直流输出电压下，二极管所承受的最大反向电压大一倍，同时需要副直流输出电压下，二极管所承受的最大反向电压大一倍，同时需要副绕组具有中心抽头的变压器，在工作时变压器两个半个副绕组中，
7、各绕组具有中心抽头的变压器，在工作时变压器两个半个副绕组中，各自只有半个周期交替地有电流流过，故利用率不高。自只有半个周期交替地有电流流过，故利用率不高。 +_+理论基础理论基础l几种整流电路的基本特性总结比较几种整流电路的基本特性总结比较理论基础理论基础l滤波滤波 在整流之后还需用滤波器将脉动的直流电在整流之后还需用滤波器将脉动的直流电 变为比较平滑的直流电。滤波器种类很多，变为比较平滑的直流电。滤波器种类很多， 有电容滤波器、电感滤波器、有电容滤波器、电感滤波器、RC 滤波器、滤波器、 LC滤波器和有源滤波器等。滤波器和有源滤波器等。l最常用的是电容滤波器最常用的是电容滤波器 电容滤波器电
8、容滤波器实际上就是在整流电路的输出端实际上就是在整流电路的输出端 并联一个电容并联一个电容C，利用电容，利用电容C 的电荷储存功能和充放电作用来平滑脉的电荷储存功能和充放电作用来平滑脉动性，即二极管导通时电容器动性，即二极管导通时电容器C充电储存电荷，二极管不导通时电容充电储存电荷，二极管不导通时电容器器C 对负载放电，从而使负载电流趋于平滑。经过滤波，输出电压仍对负载放电，从而使负载电流趋于平滑。经过滤波，输出电压仍然不是稳定值，而是在直流稳定量中带有一些交流成份，这种叠加在然不是稳定值，而是在直流稳定量中带有一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量称之为直流稳定量上的交流分量称之为纹
9、波纹波。 对桥式（全波）整流，滤波电容的选择遵循对桥式（全波）整流，滤波电容的选择遵循 即即理论基础理论基础l稳压稳压 为了得到稳定的直流输出电压，在整流滤波电路之后需要增加为了得到稳定的直流输出电压，在整流滤波电路之后需要增加稳压电路。在小功率电源设备中，常用稳压电路有两种：稳压电路。在小功率电源设备中，常用稳压电路有两种：l稳压二极管组成的稳压电路稳压二极管组成的稳压电路，其优点是电路简单、元件少，适用于负，其优点是电路简单、元件少，适用于负载电流较小，稳定度要求不高的场合；载电流较小，稳定度要求不高的场合； RL 是负载电阻，是负载电阻，DZ 是硅稳压二极管，是硅稳压二极管， R 是限流
10、电阻，限流电阻是限流电阻，限流电阻R 与与DZ 配合起配合起 稳压作用。稳压作用。 Vi Vo （ IZ ） I IR Vo Vi Vo （ IZ ） I IR Vo 当负载电流当负载电流IL 在一定范围内变化时，也由于稳压二极管电流在一定范围内变化时，也由于稳压二极管电流IZ 的的补偿，使补偿，使Vo 基本保持不变基本保持不变 。l三极管组成的串联型稳压电路三极管组成的串联型稳压电路，这种电路可得到稳定度很高的输出电，这种电路可得到稳定度很高的输出电压，并且输出电压可以调节，又可以输出较大的电流，应用广泛。压，并且输出电压可以调节，又可以输出较大的电流，应用广泛。 理论基础理论基础l选择稳压
11、二极管稳压电路中的元件时，选择稳压二极管稳压电路中的元件时， 应先明确负载所要求的电压应先明确负载所要求的电压VO 和电流和电流IL， IL 的变化范围的变化范围IL 和输入电压的变动范围。和输入电压的变动范围。 1稳压二极管的选择稳压二极管的选择 可根据下列条件初选管子可根据下列条件初选管子 VZ = VO IZM(23) ILmax 这是因为，这是因为，Vi 升高时会使通过稳压二极管的电流升高时会使通过稳压二极管的电流IZ 增加，而开路时所增加，而开路时所有电流都通过稳压二极管，稳压二极管的电流应在上述情况时都在稳有电流都通过稳压二极管，稳压二极管的电流应在上述情况时都在稳压范围内。压范围
12、内。 2输入电压的确定输入电压的确定 Vi 高时，高时，R 大，稳定性能好，但损耗大。一般取大，稳定性能好，但损耗大。一般取Vi = (23)VO理论基础理论基础3限流电阻限流电阻R 的选择的选择 主要确定其阻值和功率。主要确定其阻值和功率。lR 的阻值的阻值：应使稳压二极管工作在稳压区，为此须满足两种情况：应使稳压二极管工作在稳压区，为此须满足两种情况： 在在Vi 为最低为最低(Vimin)和和IL 为最大为最大(ILmax)时，应保证流过稳压二极管时，应保证流过稳压二极管的电流的电流IZ 不小于稳压二极管的最小稳定电流；不小于稳压二极管的最小稳定电流； 在在Vi 为最高为最高(Vimax)
13、和和IL 为最小为最小(ILmin)时，应保证流过稳压二极管时，应保证流过稳压二极管的电流的电流IZ 不大于稳压二极管的最大稳定电流。因此有：不大于稳压二极管的最大稳定电流。因此有： 所以所以R 应在上两式的范围内选择。若应在上两式的范围内选择。若R 不能同时满足上述要求，不能同时满足上述要求，应重选应重选IZM 较大的稳压二极管。较大的稳压二极管。lR 的功率的功率：R 的阻值确定后，就可确定其功率，应使的阻值确定后，就可确定其功率，应使实验内容实验内容 根据图根据图9.1.8，变压器输出为交流，变压器输出为交流12V，稳压二极管稳定电压，稳压二极管稳定电压6V。1观察整流前的电压波形（即变
14、压器次级侧的电压观察整流前的电压波形（即变压器次级侧的电压V2），测量其有效值），测量其有效值并记录其波形。并记录其波形。2分别对桥式整流和半波整流，进行以下测量：分别对桥式整流和半波整流，进行以下测量： 2.1构建整流电路，断开电容滤波电路，构建整流电路，断开电容滤波电路，RL 的电阻值置于最大，观察的电阻值置于最大，观察并记录整流后的电压波形并记录整流后的电压波形VI，测量，测量VI 的大小和纹波电压的大小（断的大小和纹波电压的大小（断开开S1，S2 置于置于a，断开，断开S3）。）。实验内容实验内容2.2接通电容滤波电路，将接通电容滤波电路，将RL 的电阻值置于最大，重新观察并记录的电阻
15、值置于最大，重新观察并记录VI 和和V2 的波形，测量的波形，测量VI的大小和纹波电压的大小和纹波电压*的大小（合上的大小（合上S1，断开，断开S3，S2 置于置于a）。）。2.3接通稳压电路，改变电位器接通稳压电路，改变电位器RP 的阻值，使负载电阻的阻值，使负载电阻 RL 分别为分别为100、220、300、510 以及断开以及断开RL 支路等几种情况，接通电源电压后，支路等几种情况，接通电源电压后，分别观察并记录分别观察并记录VI 和和VO 的波形，测量相应的的波形，测量相应的VI、VO 值和纹波电压的值和纹波电压的大小，计算输出电流大小，计算输出电流IO，并列表比较（，并列表比较（S2 置于置于b，合上，合上S1 和和S3 ）。）。 *纹波电压测试时，纹波电压测试时， 示波器采用示波器采用AC耦合，耦合， 测峰峰值测峰峰值实验仪器与实验电路实验仪器与实验电路l示波器示波器l实验电路板实验电路板实验电路板实验电路板预习要求预习要求l下次实验预习内容：下次实验预习内容：l 晶体管共射放大电路设计研究晶体管共射放大电路设计研究l 实验教程实验教程 第第8章实验一、第章实验一、第9章实验三章实验三l 实验内容以课件实验内容以课件PPT为主。为主。
