模电第七章 整流、滤波、稳压电路的分析与测试

任务6-1整流、滤波电路的分析

任务6-2稳压电路的分析

任务6-3整流、滤波、稳压电路的测试

情境任务电源变压器:将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。整流电路:将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。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。直流稳压电源的组成和功能整流电路滤波电路稳压电路整流电路滤波电路稳压电路u1u2u3u4uo1.单相半波整流电路1）电路的组成及工作原理负载上电流、电压只有半个周期的正弦波——半波整流。任务6-1整流电路、滤波电路的分析

2）负载上的直流电压和直流电流直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值

流过负载RL上的直流电流为

当二极管截止时，它承受的反向峰值电压URM是变压器次级电压的最大值，即

3）整流二极管参数流过二极管的平均电流IV＝Io即uD

20tURM2.单相桥式整流电路（1）组成：由四个二极管组成桥路u2正半周时:D1

、D3导通，D2、D4截止+–（2）工作原理：u2uL-+u2负半周时：D2、D4

导通，D1

、D3截止u2uL输出电压平均值：UO

=UL=0.9U2输出电流平均值:IO=0.9U2

/RL

流过二极管的平均电流：Iv=IO/2=0.45U2

/RL

u2uL（3）主要参数：二极管承受的最大反向电压：URM=22U++++41232+43DuuDDL21LDR-桥式全波整流电路如图所示，若电路中二极管出现下述各种情况，电路会出现什么问题？

（1）VD1因虚焊而开路。（2）VD2被短路。（3）VD3极性接反。（4）VD1、D2极性都接反。（5）VD1开路，D2短路。

桥式整流电路与半波整流电路相比,电源利用率提高了1倍,同时输出电压波动小,因此桥式整流电路得到了广泛应用。生产厂家常将整流二极管集成在一起构成桥堆,使用一个“全桥”或连接两个“半桥”,就可代替四只二极管与电源变压器相连,组成桥式整流电路,非常方便。

桥堆内部结构及外形图

(a)半桥堆；(b)全桥堆集成硅整流桥：u2uL+

–

~+~-

+–相同极性接在一起的一对顶点接向直流负载RL,不同极性接在一起的一对顶点接向交流电源。1.电容滤波任务6-1整流电路、滤波电路的分析（二）

（1）空载（RL=∞）时：u2tuLtuc=uLu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。（2）接入RL（且RLC较大）时u2tiDtu2＞uC时：二极管导通，C充电u2＜uC时：二极管截止，C放电。二极管中的电流uc=uL

（4）元件选择1)电容选择:滤波电容C的大小取决于放电回路的时间常数,RLC愈大,输出电压脉动就愈小,通常取RLC为脉动电压中最低次谐波周期的3～5倍,即

（3）负载上电压的计算（半波）（桥式、全波）（桥式、全波）（半波）

（5）电容滤波的特点电容滤波电路结构简单、输出电压高、脉动小。但在接通电源的瞬间,将产生强大的充电电流,这种电流称为“浪涌电流”;同时,因负载电流太大,电容器放电的速度加快,会使负载电压变得不够平稳,所以电容滤波电路只适用于负载电流较小的场合。

2)整流二极管的选择。正向平均电流为（半波）（桥式）2.电感滤波电路电路结构:

在桥式整流电路与负载间串入一电感L。输出电压平均值:UL=0.9U2对谐波分量:

f

越高，XL越大,电压大部分降在电感上。

因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。对直流分量:

XL=0相当于短路,电压大部分降在RL上3.其它滤波电路

为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合起来使用。LC滤波电路RCπ型滤波电路任务6-1整流、滤波电路的分析

任务6-2稳压电路的分析

任务6-3整流、滤波、稳压电路的测试

情境任务稳压电路的主要性能指标常用以下参数来说明稳压电源的质量：1、稳压系数2、输出电阻3、温度系数输出电压：1.稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性

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。任务6-2稳压电路的分析（一）

稳压原理：(1)当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ由图知：(2)当负载变化时稳压过程：

UoURUoIZIRL2、限流电阻的计算（1）当UImin，ILmax时，则IZ最小。由此可计算出稳压电阻的最大值。即

（2）当UImax，ILmin时，则IZ最大。由此可计算出稳压电阻的最小值。即

所以：串联型直流稳压电路稳压管稳压电路的缺点：（1）带负载能力差（2）输出电压不可调改进：（1）提高带负载能力——在输出端加一射极输出器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。调节反馈系数即可调节放大倍数UO=AUFUZ-0.7V为了进一步稳定输出电压，将反馈元件接到输出端。

比较放大后控制调整管，调整管工作在放大区，调整管调节Uo使稳定。1.串联型稳压电源的构成（由基准电压、调整管、取样电路、放大比较环节四部分组成）2.工作原理（1）输入电压变化时实质：电压负反馈UiUfUoUoUo1UCE（2）负载变化时Uo1UoUCEUoUfRL3.输出电压的计算可见，调节R1或R2可以改变输出电压。用负反馈的理论计算：举例：分立元件组成的串联式稳压电源稳压原理UoUB3UBE3=（UB3-UZ）UC3（UB2）Uo当Ui

增加或负载增加使Uo升高时(3)输出电压的调节范围因为：所以：将参数代入，可求出输出电压的调节范围。一、三端固定式集成稳压器外形及管脚排列任务6-2稳压电路的分析（二）

三端固定式集成稳压器型号组成及其意义

常用的集成三端稳压器的外形及类型类型：W7800系列——稳定正电压

W7805输出+5VW7809输出+9VW7812输出+12VW7815输出+15VW7900系列——稳定负电压

W7905输出-5VW7909输出-9VW7912输出-12VW7915输出-15VW78系列1端:输入端2端:公共端3端:输出端123W79系列1端:公共端2端:输入端3端:输出端++UOW781522C311CUi1.基本使用方法+20V+15V注意：输入电压Ui一般应比输出电压端Uo高3V以上。二.三端固定式集成稳压器的使用

C1、C2的作用：防止自激振荡，减小高频噪声、改善负载的瞬态响应。＋＋某型号电视机电源电路图C1为滤波电容,C2的作用以旁路高频干扰信号,C3的作用改善负载瞬态响应。2.提高输出电压的方法如果需要输出电压高于三端稳压器输出电压时,可采用下图电路。UXX为集成稳压器的输出电压;UZ为稳压管的稳压值。IW为三端稳压器的静态电流,一般为几毫安。若经过R1的电流IR1大于5IW,可以忽略IWR2的影响。★3.输出正负电压—++—C21CW7812W79121CC2+-+-iUUO1O2U-+132123＋＋＋＋★正负对称的稳压电路4.输出电压可调由：可得：uuW78122R2C1COUUi∞-++1R123

5.扩大输出电流

R＝0.5

＝1A

＝5A1.三端可调式稳压器W117的内部结构：三.三端可调式集成稳压器

电阻R1和R2为外接电阻，忽略基准源电流，则有：1.三端可调式稳压器型号组成及意义三.三端可调式集成稳压器

电容C1

：防止自激。电容C2：减小电阻R2上的电压波动。D1、

D2：保护二极管。2.W117的基本应用电路

1.25V是稳压器输出端与调整端间的固定参考电压UREF;R1一般取值120～240Ω(此值保证稳压器在空载时也能正常工作),调节RP可改变输出电压的大小(RP取值视RL和输出电压的大小而确定)。★2.W317的基本应用电路

为了使电路正常工作,一般输出电流不小于5mA。ui在2～40V间,uo可在1.25～37V间调整,负载电流可达1.5A。串联式稳压电路的优点：结构简单，稳压性能好，技术成熟，应用广泛。缺点：它的调整管工作在线性放大状态，功耗大，输出效率低，只有20％～40％；输出电压总是小于输入电压，两者极性也只能是相同的。

开关稳压电路

为了提高效率，让调整管工作在开关（饱和、截止）状态——开关式稳压电路

开关稳压电源在串联型稳压电路取样电路、比较电路、基准电路基础上增加了开关控制器、开关调整管和续流滤波等电路1）串联型开关电路由开关管V1、储能电路（包括电感L、电容C和续流二极管V2）及控制器组成。控制器可使V1处于开/关状态并可稳定输出电压。

当V1饱和导通时,由于电感L的存在,流过V1的电流线性增加,线性增加的电流给负载RL供电的同时也给L储能（L上产生左“正”右“负”的感应电动势）,V2截止。

当V1截止时,由于电感L中的电流不能突变，L的自感作用将产生左负右正的自感电动势,导致V2正偏导通,于是储存在电感上的能量逐渐释放并提供给负载,使负载继续有电流通过,因而V2为续流二极管。电容C起滤波作用,当电感L中电流增长或减少变化时,电容储存过剩电荷或补充负载中缺少的电荷,从而减少输出电压UO的纹波。2）并联型开关电路开关稳压电源的工作原理：调整管导通期间,储能电感储能,并由储能电容向负载供电;调整管截止期间,储能电感释放能量对储能电容充电,同时向负载供电。这两个元件还同时具备滤波作用,使输出波形平滑。T——开关管；LC——滤波环节；D——续流二极管，R1、R2——取样电阻；误差放大器、电压比较器、三角波发生器和基准电源组成开关管的脉宽调制控制环节。1.脉宽调制式开关稳压电路结构

当ｕS为高电平时，T饱和。uE≈UI。电感L储存能量。二极管D反向截止。2.工作原理uAuTuStuEUIttiL