單相整流、濾波和簡單穩(wěn)壓電路

的設(shè)計(jì)與研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦碚摶A(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)電路預(yù)習(xí)要求單相整流、濾波和簡單穩(wěn)壓電路

的設(shè)計(jì)與研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握整流、濾波和簡單二極管穩(wěn)壓的原理；2.單相整流、濾波和簡單穩(wěn)壓電路的測量；3.進(jìn)一步掌握常用電子儀器的使用方法，掌握使用電子儀器檢查實(shí)驗(yàn)中問題的方法。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握整流、濾波和簡單二極管穩(wěn)壓的原理；2理論基礎(chǔ)整流半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?，?dāng)二極管兩端加上正向電壓時，二極管導(dǎo)通；反之，二極管兩端加上反向電壓時，二極管截止。利用二極管單向?qū)щ娞匦?，就可以對交流電進(jìn)行整流，轉(zhuǎn)換為直流電。整流的方式半波整流橋式整流全波整流理論基礎(chǔ)整流3理論基礎(chǔ)半波整流電路當(dāng)交流電為正半周時，二極管D

導(dǎo)通，輸出正半周；當(dāng)交流電為負(fù)半周時，二極管截止。經(jīng)過半波整流電路整流后，交流電被轉(zhuǎn)換成脈動直流電。整流前后的電壓波形如圖9.1.2所示。半波整流電路比較簡單，應(yīng)用的整流元件少。但由于只利用了交流電壓的半個周期，因此輸出電壓低，脈動大，電路整流效率低。這種整流電路一般適用于整流電流較小的小功率整流，對脈動要求不高的場合。

+__+理論基礎(chǔ)半波整流電路+__+4理論基礎(chǔ)橋式整流電路電路有四個二極管（D1~D4）接成橋式電路。當(dāng)交流電為正半周時，二極管D1、D3處于正向偏置而導(dǎo)通，

D2、D4處于反向偏置而截止。當(dāng)交流電為負(fù)半周時，二極管D2、D4處于正向偏置而導(dǎo)通，D1、D3處于反向偏置而截止。負(fù)載在交流電的一個周期內(nèi)都有電流通過且方向不變。橋式整流電路具有直流輸出電壓高，脈動小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較廣。但需要4個二極管，整流電路內(nèi)阻增大，損耗增大。

+__+理論基礎(chǔ)橋式整流電路+__+5理論基礎(chǔ)全波整流由兩個二極管D1、D2及具有中心抽頭的變壓器B構(gòu)成。變壓器副繞組的兩個半邊的電壓大小相等，相位相差180°。當(dāng)電壓在正半周時，二極管D1處于正向偏置而導(dǎo)通，D2處于反向偏置而截止，電流流向如實(shí)線箭頭所示；當(dāng)電壓在負(fù)半周時，二極管D2處于正向偏置而導(dǎo)通，D1處于反向偏置而截止，電流流向如虛線箭頭所示?？梢姡陔娫措妷赫?、負(fù)兩個半周內(nèi)，都有方向不變的電流通過負(fù)載。全波整流電路的輸出電壓的波形與橋式整流電路相同。全波整流電路與橋式整流電路相比，只需要兩個二極管，但在相同的直流輸出電壓下，二極管所承受的最大反向電壓大一倍，同時需要副繞組具有中心抽頭的變壓器，在工作時變壓器兩個半個副繞組中，各自只有半個周期交替地有電流流過，故利用率不高。+__+理論基礎(chǔ)全波整流+__+6理論基礎(chǔ)幾種整流電路的基本特性總結(jié)比較理論基礎(chǔ)幾種整流電路的基本特性總結(jié)比較7理論基礎(chǔ)濾波在整流之后還需用濾波器將脈動的直流電變?yōu)楸容^平滑的直流電。濾波器種類很多，有電容濾波器、電感濾波器、RC濾波器、

LC濾波器和有源濾波器等。最常用的是電容濾波器

電容濾波器實(shí)際上就是在整流電路的輸出端并聯(lián)一個電容C，利用電容C的電荷儲存功能和充放電作用來平滑脈動性，即二極管導(dǎo)通時電容器C充電儲存電荷，二極管不導(dǎo)通時電容器C對負(fù)載放電，從而使負(fù)載電流趨于平滑。經(jīng)過濾波，輸出電壓仍然不是穩(wěn)定值，而是在直流穩(wěn)定量中帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量稱之為紋波。

對橋式（全波）整流，濾波電容的選擇遵循即理論基礎(chǔ)濾波8理論基礎(chǔ)穩(wěn)壓為了得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，在整流濾波電路之后需要增加穩(wěn)壓電路。在小功率電源設(shè)備中，常用穩(wěn)壓電路有兩種：穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡單、元件少，適用于負(fù)載電流較小，穩(wěn)定度要求不高的場合；

RL

是負(fù)載電阻，DZ

是硅穩(wěn)壓二極管，

R是限流電阻，限流電阻R與DZ

配合起穩(wěn)壓作用。

Vi

Vo

（IZ）

I

IRVo

Vi

Vo

（IZ）

I

IRVo

當(dāng)負(fù)載電流IL

在一定范圍內(nèi)變化時，也由于穩(wěn)壓二極管電流IZ

的補(bǔ)償，使Vo基本保持不變。三極管組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，這種電路可得到穩(wěn)定度很高的輸出電壓，并且輸出電壓可以調(diào)節(jié)，又可以輸出較大的電流，應(yīng)用廣泛。

理論基礎(chǔ)穩(wěn)壓9理論基礎(chǔ)選擇穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中的元件時，應(yīng)先明確負(fù)載所要求的電壓VO和電流IL，

IL

的變化范圍ΔIL

和輸入電壓的變動范圍。

1．穩(wěn)壓二極管的選擇可根據(jù)下列條件初選管子

VZ

=VOIZM≥(2~3)ILmax

這是因?yàn)?，Vi升高時會使通過穩(wěn)壓二極管的電流IZ

增加，而開路時所有電流都通過穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的電流應(yīng)在上述情況時都在穩(wěn)壓范圍內(nèi)。

2．輸入電壓的確定

Vi

高時，R大，穩(wěn)定性能好，但損耗大。一般取Vi

=(2~3)VO理論基礎(chǔ)選擇穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中的元件時，10理論基礎(chǔ)3．限流電阻R的選擇主要確定其阻值和功率。R的阻值：應(yīng)使穩(wěn)壓二極管工作在穩(wěn)壓區(qū)，為此須滿足兩種情況：在Vi為最低(Vimin)和IL

為最大(ILmax)時，應(yīng)保證流過穩(wěn)壓二極管的電流IZ

不小于穩(wěn)壓二極管的最小穩(wěn)定電流；在Vi為最高(Vimax)和IL

為最小(ILmin)時，應(yīng)保證流過穩(wěn)壓二極管的電流IZ

不大于穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流。因此有：所以R應(yīng)在上兩式的范圍內(nèi)選擇。若R不能同時滿足上述要求，應(yīng)重選IZM

較大的穩(wěn)壓二極管。R的功率：R的阻值確定后，就可確定其功率，應(yīng)使理論基礎(chǔ)3．限流電阻R的選擇11實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)圖9.1.8，變壓器輸出為交流12V，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)定電壓6V。1．觀察整流前的電壓波形（即變壓器次級側(cè)的電壓V2），測量其有效值并記錄其波形。2．分別對橋式整流和半波整流，進(jìn)行以下測量：

2.1．構(gòu)建整流電路，斷開電容濾波電路，RL

的電阻值置于最大，觀察并記錄整流后的電壓波形VI，測量VI

的大小和紋波電壓的大?。〝嚅_S1，S2

置于a，斷開S3）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)圖9.1.8，變壓器輸出為交流12V，12實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.2．接通電容濾波電路，將RL

的電阻值置于最大，重新觀察并記錄VI

和V2

的波形，測量VI的大小和紋波電壓*的大?。ê仙蟂1，斷開S3，S2置于a）。2.3．接通穩(wěn)壓電路，改變電位器RP

的阻值，使負(fù)載電阻RL

分別為100Ω、220Ω、300Ω、510Ω以及斷開RL

支路等幾種情況，接通電源電壓后，分別觀察并記錄VI和VO

的波形，測量相應(yīng)的VI、VO

值和紋波電壓的大小，計(jì)算輸出電流IO，并列表比較（S2

置于b，合上S1

和S3

）。

*紋波電壓測試時，示波器采用AC耦合，測峰峰值實(shí)驗(yàn)內(nèi)容2.2．接通電容濾波電路，將RL的電阻值置于最大，13實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)電路示波器實(shí)驗(yàn)電路板實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)電路示波器14實(shí)驗(yàn)電路板實(shí)驗(yàn)電路板15預(yù)習(xí)要求下次實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容：晶體管共射放大電路設(shè)計(jì)研究

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的設(shè)計(jì)與研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦碚摶A(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)電路預(yù)習(xí)要求單相整流、濾波和簡單穩(wěn)壓電路

的設(shè)計(jì)與研究實(shí)驗(yàn)?zāi)康?7實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握整流、濾波和簡單二極管穩(wěn)壓的原理；2.單相整流、濾波和簡單穩(wěn)壓電路的測量；3.進(jìn)一步掌握常用電子儀器的使用方法，掌握使用電子儀器檢查實(shí)驗(yàn)中問題的方法。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.掌握整流、濾波和簡單二極管穩(wěn)壓的原理；18理論基礎(chǔ)整流半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦?，?dāng)二極管兩端加上正向電壓時，二極管導(dǎo)通；反之，二極管兩端加上反向電壓時，二極管截止。利用二極管單向?qū)щ娞匦?，就可以對交流電進(jìn)行整流，轉(zhuǎn)換為直流電。整流的方式半波整流橋式整流全波整流理論基礎(chǔ)整流19理論基礎(chǔ)半波整流電路當(dāng)交流電為正半周時，二極管D

導(dǎo)通，輸出正半周；當(dāng)交流電為負(fù)半周時，二極管截止。經(jīng)過半波整流電路整流后，交流電被轉(zhuǎn)換成脈動直流電。整流前后的電壓波形如圖9.1.2所示。半波整流電路比較簡單，應(yīng)用的整流元件少。但由于只利用了交流電壓的半個周期，因此輸出電壓低，脈動大，電路整流效率低。這種整流電路一般適用于整流電流較小的小功率整流，對脈動要求不高的場合。

+__+理論基礎(chǔ)半波整流電路+__+20理論基礎(chǔ)橋式整流電路電路有四個二極管（D1~D4）接成橋式電路。當(dāng)交流電為正半周時，二極管D1、D3處于正向偏置而導(dǎo)通，

D2、D4處于反向偏置而截止。當(dāng)交流電為負(fù)半周時，二極管D2、D4處于正向偏置而導(dǎo)通，D1、D3處于反向偏置而截止。負(fù)載在交流電的一個周期內(nèi)都有電流通過且方向不變。橋式整流電路具有直流輸出電壓高，脈動小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用較廣。但需要4個二極管，整流電路內(nèi)阻增大，損耗增大。

+__+理論基礎(chǔ)橋式整流電路+__+21理論基礎(chǔ)全波整流由兩個二極管D1、D2及具有中心抽頭的變壓器B構(gòu)成。變壓器副繞組的兩個半邊的電壓大小相等，相位相差180°。當(dāng)電壓在正半周時，二極管D1處于正向偏置而導(dǎo)通，D2處于反向偏置而截止，電流流向如實(shí)線箭頭所示；當(dāng)電壓在負(fù)半周時，二極管D2處于正向偏置而導(dǎo)通，D1處于反向偏置而截止，電流流向如虛線箭頭所示?？梢姡陔娫措妷赫?、負(fù)兩個半周內(nèi)，都有方向不變的電流通過負(fù)載。全波整流電路的輸出電壓的波形與橋式整流電路相同。全波整流電路與橋式整流電路相比，只需要兩個二極管，但在相同的直流輸出電壓下，二極管所承受的最大反向電壓大一倍，同時需要副繞組具有中心抽頭的變壓器，在工作時變壓器兩個半個副繞組中，各自只有半個周期交替地有電流流過，故利用率不高。+__+理論基礎(chǔ)全波整流+__+22理論基礎(chǔ)幾種整流電路的基本特性總結(jié)比較理論基礎(chǔ)幾種整流電路的基本特性總結(jié)比較23理論基礎(chǔ)濾波在整流之后還需用濾波器將脈動的直流電變?yōu)楸容^平滑的直流電。濾波器種類很多，有電容濾波器、電感濾波器、RC濾波器、

LC濾波器和有源濾波器等。最常用的是電容濾波器

電容濾波器實(shí)際上就是在整流電路的輸出端并聯(lián)一個電容C，利用電容C的電荷儲存功能和充放電作用來平滑脈動性，即二極管導(dǎo)通時電容器C充電儲存電荷，二極管不導(dǎo)通時電容器C對負(fù)載放電，從而使負(fù)載電流趨于平滑。經(jīng)過濾波，輸出電壓仍然不是穩(wěn)定值，而是在直流穩(wěn)定量中帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量稱之為紋波。

對橋式（全波）整流，濾波電容的選擇遵循即理論基礎(chǔ)濾波24理論基礎(chǔ)穩(wěn)壓為了得到穩(wěn)定的直流輸出電壓，在整流濾波電路之后需要增加穩(wěn)壓電路。在小功率電源設(shè)備中，常用穩(wěn)壓電路有兩種：穩(wěn)壓二極管組成的穩(wěn)壓電路，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡單、元件少，適用于負(fù)載電流較小，穩(wěn)定度要求不高的場合；

RL

是負(fù)載電阻，DZ

是硅穩(wěn)壓二極管，

R是限流電阻，限流電阻R與DZ

配合起穩(wěn)壓作用。

Vi

Vo

（IZ）

I

IRVo

Vi

Vo

（IZ）

I

IRVo

當(dāng)負(fù)載電流IL

在一定范圍內(nèi)變化時，也由于穩(wěn)壓二極管電流IZ

的補(bǔ)償，使Vo基本保持不變。三極管組成的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，這種電路可得到穩(wěn)定度很高的輸出電壓，并且輸出電壓可以調(diào)節(jié)，又可以輸出較大的電流，應(yīng)用廣泛。

理論基礎(chǔ)穩(wěn)壓25理論基礎(chǔ)選擇穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中的元件時，應(yīng)先明確負(fù)載所要求的電壓VO和電流IL，

IL

的變化范圍ΔIL

和輸入電壓的變動范圍。

1．穩(wěn)壓二極管的選擇可根據(jù)下列條件初選管子

VZ

=VOIZM≥(2~3)ILmax

這是因?yàn)?，Vi升高時會使通過穩(wěn)壓二極管的電流IZ

增加，而開路時所有電流都通過穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的電流應(yīng)在上述情況時都在穩(wěn)壓范圍內(nèi)。

2．輸入電壓的確定

Vi

高時，R大，穩(wěn)定性能好，但損耗大。一般取Vi

=(2~3)VO理論基礎(chǔ)選擇穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路中的元件時，26理論基礎(chǔ)3．限流電阻R的選擇主要確定其阻值和功率。R的阻值：應(yīng)使穩(wěn)壓二極管工作在穩(wěn)壓區(qū)，為此須滿足兩種情況：在Vi為最低(Vimin)和IL

為最大(ILmax)時，應(yīng)保證流過穩(wěn)壓二極管的電流IZ

不小于穩(wěn)壓二極管的最小穩(wěn)定電流；在Vi為最高(Vimax)和IL

為最小(ILmin)時，應(yīng)保證流過穩(wěn)壓二極管的電流IZ

不大于穩(wěn)壓二極管的最大穩(wěn)定電流。因此有：所以R應(yīng)在上兩式的范圍內(nèi)選擇。若R不能同時滿足上述要求，應(yīng)重選IZM

較大的穩(wěn)壓二極管。R的功率：R的阻值確定后，就可確定其功率，應(yīng)使理論基礎(chǔ)3．限流電阻R的選擇27實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)圖9.1.8，變壓器輸出為交流12V，穩(wěn)壓