§6直流穩(wěn)壓電源學(xué)習(xí)目標(biāo)：一、掌握直流穩(wěn)壓電源的組成部分及各部分的作用；二、能用二極管的特性分析各種整流電路的原理，并會畫出負(fù)載電壓電流的波形圖；三、掌握各整流電路負(fù)載電壓電流的計算方法；各種電子設(shè)備和電子計算機(jī)，都需要由穩(wěn)定的直流電源供電。通常都是將工業(yè)用的交流電經(jīng)變換來獲得所需的直流電。把交流電變換成穩(wěn)定的直流電，必須經(jīng)過：交流電源220V§6.1直流穩(wěn)壓電源§6.1.1直流穩(wěn)壓電源組成及各部分作用變壓：將電網(wǎng)供給的交流電壓變換成符合需要的交流電壓。整流：將交流電變換成單向脈動的直流電。濾波：將單向脈動直流電變?yōu)檩^平滑的直流電。穩(wěn)壓：在交流電源電壓波動或負(fù)載變動時，使直流輸出電壓穩(wěn)定。交流電源220V§6.1.2直流穩(wěn)壓電源的主要技術(shù)指標(biāo)1．特性指標(biāo)

特性指標(biāo)是指表明穩(wěn)壓電源工作特征的參數(shù)，例如，輸入、輸出電壓及輸出電流，電壓可調(diào)范圍等。（1）最大輸出電流。它主要取決于主調(diào)整管的最大允許耗散功率和最大允許工作電流。

（2）輸出電壓和電壓調(diào)節(jié)范圍。按照負(fù)載的要求來決定。如果需要的是固定電源的設(shè)備，其穩(wěn)壓電源的調(diào)節(jié)范圍最好是小些，電壓值一旦調(diào)定就不可改變。對于商用電源，其輸出范圍都從0V起調(diào)，調(diào)壓范圍要寬些，且連續(xù)可調(diào)。

（3）效率。穩(wěn)壓電源本身是個換能器，在能量轉(zhuǎn)換時有能量損耗，這就存在轉(zhuǎn)換的效率問題。要提高效率主要是要降低調(diào)整管的功耗，這樣既節(jié)能，又提高了電源的工作可靠性。（4）保護(hù)特性。在直流穩(wěn)壓電源中，當(dāng)負(fù)載出現(xiàn)過載或短路時，會使調(diào)整管損壞，因此，電源中必須有快速響應(yīng)的過流、短路保護(hù)電路。另外，當(dāng)穩(wěn)壓電源出現(xiàn)故障時，輸出電壓過高，就有可能損壞負(fù)載。因此，還要求有過壓保護(hù)電路。2．技術(shù)指標(biāo)

（1）穩(wěn)壓系數(shù)（電壓調(diào)整率）SU：在負(fù)載電流、環(huán)境溫度不變的情況下，輸入電壓的相對變化（10%）引起輸出電壓的相對變化，即式中，SU值越小，表示穩(wěn)壓性能越好。

（2）內(nèi)阻（輸出電阻）rn：當(dāng)負(fù)載電流變化時，電源的輸出電壓也會發(fā)生變化，變化數(shù)值越小越好。內(nèi)阻用于表征電源對負(fù)載電流變化的抑制能力。電源內(nèi)阻rn的定義為：在輸入電壓不變的情況下，電源的輸出電壓變化量ΔUO與輸出電流變化量ΔIO之比，即顯然，rn越小，抑制能力越強(qiáng)。

（3）電流調(diào)整率SI：電流調(diào)整率SI是指在輸入電壓UI恒定的情況下，負(fù)載電流IL從零變化到最大時，輸出電壓UO的相對變化量的百分?jǐn)?shù)，即從上式可以看出，SI越小，說明電流的調(diào)整率越好。電流調(diào)整率的大小在一定程度上也反映了內(nèi)阻rn的大小，它們都是表示在負(fù)載電流變化時，輸出電壓保持穩(wěn)定的能力。因此，在一般情況下，二者只用其一，在較多的場合均用內(nèi)阻rn這個指標(biāo)。

（4）紋波系數(shù)S0：電源的輸出電壓中存在著紋波電壓，它是輸出電壓中包含的交流分量。如果紋波電壓太大，對音響設(shè)備就可能產(chǎn)生雜音，對電視就可能產(chǎn)生圖像扭動、滾動干擾等。輸出電壓中的交流分量的大小常用紋波系數(shù)S0表示，即式中，Umn——輸出電壓中的交流分量基波；UO——輸出電壓中的直流分量。由上式可知，S0越小說明紋波干擾越小。ST越小，說明電源輸出電壓隨溫度變化而產(chǎn)生的漂移量越小，電源工作就越穩(wěn)定。

（5）溫度系數(shù)ST：溫度系數(shù)用來表示輸出電壓溫度的穩(wěn)定性。在輸入電壓UI和輸出電流IO不變的情況下，由于環(huán)境溫度

變化引起輸出電壓UO的漂移量ΔUO與溫度變化量ΔT之比，稱為溫度系數(shù)ST，即§6.1.3直流穩(wěn)壓電源的分類按輸出電源的類型分為直流穩(wěn)壓電源和交流穩(wěn)壓電源；按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式分為串聯(lián)穩(wěn)壓電源和并聯(lián)穩(wěn)壓電源；按調(diào)整管的工作狀態(tài)分為線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源；按電路類型分為簡單穩(wěn)壓電源和反饋型穩(wěn)壓電源，等等?！?.2二極管整流電路§6.2.1單相半波整流電路1.工作原理及參數(shù)計算2.二極管的選擇例：有一單相半波整流電路接到電壓為220V的正弦工頻交流電源上，如圖所示，已知負(fù)載電阻RL=750Ω，變壓器二次電壓有效值U2=20V，試求Uo、Io、URM?！?.2.2單相全波整流電路1.工作原理及參數(shù)計算當(dāng)u2為正半周時，VD1正偏導(dǎo)通，VD2反偏截止，iVD1=iL，iVD2=0；當(dāng)u2處于負(fù)半軸時，VD2正偏導(dǎo)通，VD1反偏截止，Ivd2=iL，iVD1=0.2.二極管的選擇§6.2.3單相橋式全波整流電路1.工作原理及參數(shù)計算單相橋式整流電路由變壓器、四只接成電橋形式的二極管和負(fù)載電阻組成。工作原理：在輸入電壓u1的正半周，A點電位最高，B點電位最低，二極管VD1和VD3正向偏置導(dǎo)通；VD2和VD4反向偏置而截止。電流iO

流經(jīng)VD1、RL和VD3并在RL上產(chǎn)生壓降uO。OuOO當(dāng)輸入電壓u1

為負(fù)半周，變壓器二次感應(yīng)電壓為負(fù)半周時，整流二極管VD1、VD3因加反向電壓而截止，VD2、VD4因加正向電壓而導(dǎo)通。電流io

流經(jīng)VD2、RL和VD4并在RL上產(chǎn)生壓降uO。由此可見，在輸入電壓

u1(u2)的一個周期內(nèi)，負(fù)載上均有電流通過,方向始終是從上向下，所以負(fù)載上得到同一方向的電壓

uO。

(a)(b)(c)2.二極管的選擇§6.3濾波電路學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.能說出常見濾波電路。2.理解電容濾波原理；3.能熟練搭建單相橋式整流濾波電路并測量各種參數(shù)。§6.3.1電容濾波電路如圖6-10所示為單相橋式整流電容濾波電路，負(fù)載兩端并聯(lián)的電容為濾波電容，利用C的充放電作用，使負(fù)載電壓、電流趨于平滑。圖6-10橋式整流電容濾波電路1．工作原理單相橋式整流電路在不接電容C時，其輸出電壓波形全波，接上電容C后，在輸入電壓u2正半周，二極管VD1、VD3在正向電壓作用下導(dǎo)通，VD2、VD4反偏截止，如圖6-10（a）所示。整流電流分為兩路，一路向負(fù)載RL供電，另一路向電容C充電，因充電回路電阻很小，充電時間常數(shù)很小，C被迅速充電，如圖6-11（b）中的Oa段。至t1時刻，電容C上的電壓UC≈√2U2，極性上正下負(fù)。經(jīng)過t1時刻后，u2按正常規(guī)律迅速下降直到t2時刻，此時u2＜UC，二極管VD1、VD3受反向電壓作用截止。電容C經(jīng)RL放電，放電回路如圖6-10（b）所示。圖6-10橋式整流電容濾波電路

因放電時間常數(shù)τ=RLC較大，故UC只能緩慢下降，如圖6-11（b）中ab段所示。與此同時，u2負(fù)半周到來，未裝電容C時，二極管VD2、VD4導(dǎo)通，但此時u2＜UC，迫使VD2、VD4反偏截止，直到t2時刻u2上升到大于UC時，VD2、VD4才導(dǎo)通，同時C再度充電至UC≈√2U2，如圖6-11（b）中bc段所示。而后，u2又按正弦規(guī)律下降，當(dāng)u2＜UC時，VD1、VD3反偏截止，電容C又經(jīng)RL放電。電容C如此反復(fù)地充放電，負(fù)載上便得到近似于鋸齒波的輸出電壓，可見負(fù)載電壓的脈動變小了。圖6-11單相橋式整流電容濾波波形2．電容濾波特性（1）接入濾波電容后，二極管的導(dǎo)通時間變短。（2）負(fù)載平均電壓升高，交流成分減小。（3）電路的放電時間常數(shù)τ=RLC越大，C放電過程就越慢，負(fù)載上得到的UL就越平滑。3．濾波電容的選擇由前可知，電容C越大，電容放電時間常數(shù)τ=RLC越大，負(fù)載波形越平滑。一般情況下，單相橋式整流可按式

來選擇C的大小，式中T為交流電周期。濾波電容一般采用電解電容，使用時極性不能接反。電容器耐壓應(yīng)大于√2U2，通常取(1.5~2)U2。單相橋式整流電容濾波電路負(fù)載兩端電壓為§6.3.2電感濾波電路由于電感具有阻止電流變化的特點，在整流電路的輸出端與負(fù)載RL之間串聯(lián)一個電感元件L就組成了電感濾波電路。帶有電感濾波的橋式整流電路如圖6-12所示。半波整流電路一般不采用電感濾波。圖6-12單相橋式電感濾波電路§6.3.3復(fù)式濾波電路為了進(jìn)一步提高濾波效果，減少輸出電壓的脈動成分，常將電容濾波和電感濾波組合成復(fù)式濾波電路。圖6-13為幾種常用的復(fù)式濾波電路結(jié)構(gòu)及其輸出特性。圖6-13復(fù)式濾波電路§6.4直流穩(wěn)壓電路學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.能說出常見穩(wěn)壓電路。2.能熟練搭建單相橋式整流濾波穩(wěn)壓（穩(wěn)壓二極管）電路并測量各種參數(shù)?！?.4直流穩(wěn)壓電路§6.4.1并聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖6-14所示是硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，由限流電阻R和硅穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路。經(jīng)整流濾波后得到直流電壓作為穩(wěn)壓電路的輸入電壓UI。圖6-14硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路并聯(lián)型穩(wěn)壓管電路的穩(wěn)壓原理如下：（1）交流電源電壓變化引起U1升高時，起初UO隨著升高。由穩(wěn)壓管的特性曲線可知，隨著UO的上升（即UZ上升），穩(wěn)壓管電流IZ將顯著增加，R上電流I增大導(dǎo)致R上電壓降UR也增大。根據(jù)UO=UI－UR的關(guān)系，只要參數(shù)選擇適當(dāng)，UR的增大可以基本抵消UI的升高，使輸出電壓基本保持不變，上述過程可以表示為UI↑→UO(UZ)↑→IZ↑→IU↑→UR↑→UO↓反之，當(dāng)UI下降引起UO降低時，調(diào)節(jié)過程與上述相反。（2）當(dāng)負(fù)載變化時，電流IO在一定范圍內(nèi)變化而引起輸出電壓變化時，同樣會由于穩(wěn)壓管電流IZ的補(bǔ)償作用，使UO基本保持不變。其過程描述如下RL↓(IO↑)→UO↓→IZ↓→I↓UR↓→UO↑§6.4直流穩(wěn)壓電路§6.4.2

帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1.電路組成該電路由四個基本部分組成，其框圖如圖6-16所示。圖6-17串聯(lián)型穩(wěn)壓電路框圖圖6-16串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

先從輸出電壓中取得微小的變化量，經(jīng)過放大后再去控制調(diào)整管，就可大大提高穩(wěn)壓效果，其電路如圖6-17所示。①采樣電路由分壓電阻R1、R2組成。它對輸出電壓UO

進(jìn)行分壓，取出一部分作為取樣電壓給比較放大電路。②基準(zhǔn)電壓電路由穩(wěn)壓管VZ和限流電阻R3組成，提供一個穩(wěn)定性較高的直流電壓UZ作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)，稱作基準(zhǔn)電壓。③比較放大電路由晶體管V2和電阻R4構(gòu)成，其作用是將采樣電路采集的電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較并放大，進(jìn)而推動電壓調(diào)整環(huán)節(jié)工作。④電壓調(diào)整電路由晶體管V1和電阻R4構(gòu)成，V1管基極電流受比較放大電路輸出信號的控制，在比較放大電路的推動下改變調(diào)整環(huán)節(jié)的壓降，使輸出電壓穩(wěn)定。2.穩(wěn)壓過程假設(shè)UO因輸入電壓波動或負(fù)載變化而增大時，則經(jīng)采樣電路獲得的采樣電壓也增大，而基準(zhǔn)電壓UZ不變，所以比較放大管V2的輸入電壓UBE2增大，V2管基極電流IB2增大，經(jīng)放大后，V2的集電極電流IC2也增大，導(dǎo)致V2的集電極電位VC2下降，V1管基極電位VB1也下降，IB1減小，IC1減小，UCE1增大，使輸出電壓UO下降，補(bǔ)償了UO的升高，而保證輸出電壓基本不變。這一調(diào)節(jié)過程可表示為UI↑(RL↑)→UO↑→UBE2↑→IB2↑→IC2↑→VC2↓

UO↓←UCE1↑←IC1↓←IB1↓←VB1↓同理，當(dāng)UO降低時，通過電路的反饋作用也會使UO保持基本不變。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的比較放大電路還可以用集成運放來組成。由于集成運放的放大倍數(shù)高，輸入電流極小，提高了穩(wěn)壓電路的穩(wěn)定性，因而應(yīng)用越來越廣泛。例

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖6-18所示，其中穩(wěn)壓二極管兩端的電壓為

，試求輸出電壓的最大值、最小值為多少？圖6-18例6-3圖解當(dāng)RP調(diào)到最上端時，當(dāng)RP調(diào)到最下端時，§6.4直流穩(wěn)壓電路§6.4.3三端式集成穩(wěn)壓器

1．固定式三端穩(wěn)壓器

W7800系列和W7900系列三端穩(wěn)壓器輸出固定的直流電壓。W7800系列輸出固定的正電壓，有5V、8V、12V、15V、18V、24V多種。如W7815的輸出電壓為15V；最高輸入電壓為35V；最小輸入、輸出電壓差為2V；加散熱器時最大輸出電流可達(dá)2.2A；輸出電阻為0.03～0.15Ω；電壓變化率為0.1%～0.2%。W7900系列輸出固定的負(fù)電壓，其參數(shù)與W7800系列基本相同。

2.

三端穩(wěn)壓器的外形和端子排列如圖6-20所示，按端子編號，W7800系列的端子1為輸入端，3為輸出端，2為公共端；W7900系列的端子2為輸入端，3為輸出端，1為公共端。

使用時，三端穩(wěn)壓器接在整流濾波電路之后，如圖6-21所示。圖6-20三端穩(wěn)壓器外形圖6-21輸出固定電壓的穩(wěn)壓電路雙蹤示波器的介紹與使用學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.掌握示波器的調(diào)節(jié)和使用方法；2.掌握用示波器觀察電信號波形的方法；3.掌握用示波器測量電信號的電壓和頻率的方法。示波器的用途示波器是一種綜合性電信號顯示和測量儀器，可以直接測量信號電壓的大小和周期觀測一切可以轉(zhuǎn)化為電壓的電學(xué)量、非電學(xué)量、以及它們隨時間變化的過程；可用于測量信號的幅度、頻率、相位差等特別適用于觀測瞬時變化的過程（1）示波管操作部分6——“POWER”：主電源開關(guān)及指示燈。按下此開關(guān)，其左側(cè)的發(fā)光二極管指示燈5亮，表明電源已接通。

1——“INTEN”：亮度調(diào)節(jié)鈕。調(diào)節(jié)軌跡或光點的亮度。3——“FOCUS”：聚焦調(diào)節(jié)鈕。調(diào)節(jié)軌跡或亮光點的聚焦。4——“ROTATION”：軌跡旋轉(zhuǎn)。調(diào)整水平軌跡與刻度線相平行。30——顯示屏。顯示信號的波形。（2）垂直軸操作部分11、12——“VOLTS/DIV”：垂直衰減鈕。調(diào)節(jié)垂直偏轉(zhuǎn)靈敏度，從5mV/div～20V/div，共12個檔位。17——“CH1X”：通道1被測信號輸入連接器。在X-Y模式下，作為X軸輸入端。18——“CH2Y”：通道2被測信號輸入連接器。在X-Y模式下，作為Y軸輸入端。13、14——“VAR”垂直靈敏度旋鈕：微調(diào)靈敏度大于或等于1/2.5標(biāo)示值。在校正（CAL）位置時，靈敏度校正為標(biāo)示值15、16——“AC-GND-DC”：垂直系統(tǒng)輸入耦合開關(guān)。選擇被測信號進(jìn)入垂直通道的耦合方式?！癆C”：交流耦合；“DC”：直流耦合；“GND”：接地。（2）垂直軸操作部分8、9——“POSITION”：垂直位置調(diào)節(jié)旋鈕。調(diào)節(jié)顯示波形在熒光屏上的垂直位置32——“ALT”/“CHOP”：交替/斷續(xù)選擇按鍵，雙蹤顯示時，放開此鍵（ALT），通道1與通道2的信號交替顯示，適用于觀測頻率較高的信號波形；按下此鍵（CHOP），通道1與通道2的信號同時斷續(xù)顯示，適用于觀測頻率較低的信號波形10——“VERTICALMODE”：垂直系統(tǒng)工作模式開關(guān)。CH1：通道1單獨顯示；CH2：通道2單獨顯示；DUAL：兩個通道同時顯示；ADD：顯示通道1與通道2信號的代數(shù)或代數(shù)差（按下通道2的信號反向鍵“CH2INV”時）35——“CH2INV”：通道2信號反向按鍵。按下此鍵，通道2及其觸發(fā)信號同時反向（3）觸發(fā)操作部分20——外觸發(fā)輸入端子。用于輸入外部觸發(fā)信號。當(dāng)使用該功能時，“SOURCE”開關(guān)應(yīng)設(shè)置在EXT位置21——“SOURCE”：觸發(fā)源選擇開關(guān)。INT：選擇通道1或通道2信號作為觸發(fā)源。LINE：選擇交流電源作為觸發(fā)信號源。EXT：外部觸發(fā)信號接于20作為觸發(fā)信號源。22——內(nèi)觸發(fā)源選擇VERT：當(dāng)垂直方式選擇開關(guān)10設(shè)定在DUAL狀態(tài)下，而且觸發(fā)開關(guān)21選擇INT，按下此鍵時，則可交替選擇通道1和通道2作為內(nèi)觸發(fā)信號源。CH1：選擇通道1作為內(nèi)部信號觸發(fā)源。CH2：選擇通道2作為內(nèi)部信號觸發(fā)源。27——“TRIGGERMODE”：觸發(fā)方式選擇開關(guān)?！癆UTO”（自動）：當(dāng)沒有觸發(fā)信號輸入時，掃描處在自由模式下；“NORM”（常態(tài)）：當(dāng)沒有觸發(fā)信號輸入時，蹤跡處在待命狀態(tài)并不顯示；“TV-V”（電視場）：當(dāng)想要觀察一場的電視信號時；“TV-H”（電視行）：當(dāng)想要觀察一行的電視信號時23——“SLOPE”：觸發(fā)極性選擇按鍵。釋放為“+”，上升沿觸發(fā)；按下為“-”，下降沿觸發(fā)24——“LEVEL”：觸發(fā)電平調(diào)節(jié)旋鈕。顯示一個同步的穩(wěn)定波形，并設(shè)定一個波形的起始點。向“+”旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平向上移，向“-”旋轉(zhuǎn)觸發(fā)電平向下移（4）水平軸操作部分26——“TIME/DIV”：水平掃描速度旋鈕。掃描速度從0.2μs/div到0.5s/div共20檔。當(dāng)設(shè)置到X-Y位置時，示波器可工作在X-Y方式。25——“SWPVAR”：水平掃描微調(diào)旋鈕。微調(diào)水平掃描時間，使掃描時間被校正到于面板上“TIME/DIV”指示值一致。順時針轉(zhuǎn)到底為校正（CAL）位置。31——“×10MAG”：掃描擴(kuò)展開關(guān)。按下時掃描速度擴(kuò)展1