第十章 直流稳压电路

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大电容C的滤波作用可以这样来理解：




根据电路课程中所学的知识，电容之容抗XC=1/ωC， 它与信号频率ω及电容C成反比。 对于输出电压中的直流分量，电容C的容抗无穷大，相 当于开路，输出电压的直流分量流经负载。 对输出电压中的交流分量，只要C的容量取得足够大， XC可做得很小，C就相当于短路，交流分量流经电容 到地。 这样，输出电压中的直流分量流过RL，而交流分量则 由电容旁路（即：进行了滤波）。
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u1
u1
u2
D4 D3
D1
S
C D2 RL uo
二极管中的电流： 只有整流电路输出 u2 电压u2大于uc时， 才有充电电流。 因此二极管中的电 uo 流是脉冲波 ——脉动电流。
b
t
二极管中的 电流
t
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1. 单相半波整流电路的工作原理
T u1
a
u2 b
D
iL
u2 >0 时，二极管导通。
RL
uo 忽略二极管正向压降： uo=u2
T
u1
a u2 b
D
iL=0 RL uo
u2<0时，二极管截止。 输出电流为0。
uo=0
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1 I D = Io 2
U RM = 2U 2
二极管中的电 流
t
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[例] 单相桥式电容滤波整流，交流电源频率 f = 50 Hz，负载电 阻 RL = 40 ，要求直流输出电压 UO = 20 V，选择整流二极管及 滤波电容。 [解] 1. 选取二极管
电压uo的稳定。
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10.1 整流电路
1.单相半波整流电路 2.单相桥式整流电路
10.2 滤波电路
1. 电容滤波电路 2. 其它形式的滤波电路
10.3 稳压电路
1. 硅二极管稳压电路 2. 串联型稳压电路 3. 集成稳压电路
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3. 电容滤波电路的特点
(1) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关 RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大 当 RL = 时：
UO = 2U2
当 RL 为有限值时：
uO
2U2
RL =
0.9U2 UO 2U2
O
通常取： UO = 1.2U2

2
RC 越大 UO 越大
t
T 为获得良好滤波效果，一般取： RLC ( 3 ~ 5) 2 (T 为输入交流电压的周期)
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(2) 流过二极管瞬时电流很大
RLC 越大 Uo越高负载电流的平均值越大
整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 近似估算: Uo=1.2U2 Io= Uo/RL 由于二极管两两导通时间短，导通角小于π， 故流过管子的瞬时电流很大。且电容越大，瞬时电 流就越大。所以选用二极管时，取ID为实际流过二 极管平均电流的两倍左右。 (3) 二极管承受的最高反向电压 uo
2 3
O D1
2U2
t
+
u1
u2
D3

uo RL
uO

2
3

O iD= iO
Im
t t
t
当u2正半周时二极管 D1、D4导通， D2、D3截
O
uD1

2 2
3 3
O
2U
止，在负载电阻上得到上+
下-的输出电压。
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输入负半周
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2. 单相桥式全波整流电路
. 组成：由四个二极管组成桥路
T D3 D1 D4 D2
u1
u2
RL
uo
D1
u2 D3
D2 D4
RL uo
u2
uo
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. 工作原理
输入正半周 +
io D4 D2
2U2
u2
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滤波电路的结构特点:
电容与负载
RL 并联 L
RL
电感与负载RL串联
C
RL
原理：利用储能元件电容两端的电压(或通过电
感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电 路输出电压中的交流成份，保留其直流成 份，达到平滑输出电压波形的目的。
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直流稳压电源的组成和功能
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交流电网→变压器→整流电路→滤波电路→ 稳压电路→直流 →负载（电子设备）
u1 u2 整 流 u3 电 路 滤 波 u4 电 路 稳 压 电 路 uo
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
2. 电容滤波原理
以单向桥式整流电容滤波为例进行分析， 其电路如图所示。 a u1 D4 D3 b
桥式整流电容滤波电路
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u1
u2
D1
S
C
D2
uo
RL
a
u1 u1 u2 D4 D3 b D1 S
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C
D2
uo RL
RL未接入时(忽略整流电路内阻) u2
设t1时刻接 通电源 整流电路为 电容充电 t1 uo 充电结束
D3 D1 io D2
2U2
u2
2 3
+
uo RL
O
2U2
t
u1
u2
uO

2 3
D4

当u2负半周时，二极管 D2、D3导通， D1、D4截
O i D= i O
Im
t
O uD2 O
2U

2 2
3 3
t t
止，在负载电阻上得到上+
下-的输出电压。
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t
动电压（直流）。
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. 参数估算 1) 整流输出电压平均值
UO 1 = 0
=
2U2
u2 uO
2 3
2U sin(t )d(t )
o
2U2
t
2 2 U 2 = 0.9U 2
2)整流输出的平均电流
UO U2 IO = = 0.9 RL RL
没有电容 t 时的输出 波形
uc
t
充电结束后，电容两端的电压uC达到u2的最大振幅值，在u2的 20 信号周期内，D1~D4均反偏截止。
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u1
u1
u2
D4
D3 D1
S
C
D2 RL
uo
b u2
RL接入且RLC较大（放电时常数大）时 (忽略整流电路内阻)
t uo
1 I D = Io 2
（选购时：二极管额定电流 2ID)
二极管截止时两端承受的最大反向电压：
U RM = 2U 2
（选购时：最大反向电压 2URM)
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§10.2 滤波电路

无论那种整流电路，它们的输出都含有较大的 脉动成分，这远不能满足我们的要求。 因此需要采取措施，尽量降低输出电压中的脉 动成分。同时还要尽量地保留其中的直流成分， 使输出电压更加平滑，接近于直流电压。 滤波电路即能完成此工作。
o iD = i O
Im

2
3
t t t
3) 二极管平均电流
UO 1 U2 I D = IO = = 0.45 2 2 RL RL
uD
o

2 2
3 3
o
2U
4) 二极管最大反向压 U RM = 2U 2
（桥式整流动画）
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.集成硅整流桥： 把四只二极管封装在一起称为整流桥
D1 u2 D3 ~ + ~ D4
+ –
D2
RL uo
u2
–

+
uo
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3. 整流二极管的选择
平均电流(ID)与反向峰值电压(UDRM)是选择整流
管的主要依据。
例如： 在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。 因此，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电 流的一半。
单相半波整流电压波形 u 2
T uD D
0
u2 = 2U2 sin t
t 4
a u2 b

2
3
u1
uo
RL uo uD
6
uD
T D a io