电子技术基础-直流稳压电源

p归纳
因为电容器具有储能作用，所以若使电容器充电过程快， 而放电过程慢，就可使输出波形变得比较平滑，达到滤波的目的。
知识拓展 ——半波整流滤波原理
上述分析是从输出波形角度分析电路工作情况，下面从电 路结构及二极管特性角度分析整流原理。
在图5.11所示的半波整流电容滤波电路中，负载RL两端并联 一个容量很大的电解电容C，当输入电压U1为正半周时，整流二 极管导通，次级电压U2经VD对C充电，充电电流同时流入负载， 即ID=IC+Io，如图5.11（a）所示。电容器两端电压为UC。
压器的次级电压，RL为负载。由电源、晶闸管及负载组成的回 路称为主回路，由控制极、阴极及其他外电路组成的回路称为 控制回路（触发电路）。
本小节只讨论主回路的情况，并认为控制极在适当时刻能 得到触发脉冲。
图5.7 单相半波可控整流电路
2．电路原理
晶闸管VS视为理想元件，当控制极未加控制电压时，VS就 没有整流输出；当交流电压输入为正半周时，VS承受正向电压， 如果t1时刻给控制极加上一个足够大的触发电压uG时，VS就会 导通，在负载上获得单向脉动整流输出电压；当交流电压经过 零值时，流过VS的电流小于维持电流，VS便自行关断；当交流 电压输入为负半周时，VS因承受反向电压而保持关断状态。其 工作波形如图5.8所示。
3．基本参数
（1）整流输出电压平均值Uo(AV) 负载上电压大小虽然是变化的，但可以用其平均值来表示
其大小（相当于把波峰上半部割下来填补到波谷，将波形拉平 ）。负载RL上的半波脉动直流电压平均值可按下式计算得到。
Uo(AV) = 0.45U2 式中U2是变压器次级线圈电压的有效值。
（2）负载的电流Io(AV)
（a）实物图
（b）原理电路图
图5.3 半波整流电路
2．半波整流电路的工作原理
按图5.4所示连接电路。用示波器观察U2两端电压波形和输 出Uo两端的电压波形。（建议采用仿真演示）
（a）U2为正半周情况
（b）U2 为负半周情况
图5.4 半波整流电路工作过程及波形
（c）波形图
对一个周期的正弦交流信号来说，U2是正弦波，而Uo只有 正弦波的正半周（半个波），如图5.4（c）所示。
单相半波可控整流电路的 与 的变化范围为0°～180°， 且 + = 180°。
5.2.2 单相桥式可控整流电路
1．电路结构 单相桥式可控整流电路如图5.9所示。
图5.9 单相桥式可控整流电路
2．电路原理 当输入为正半周时，VS1处于正向偏置，VS2处于反向偏置。
如果t1时刻给控制极加上一个触发脉冲，只有VS1被触发导通， 电流途径是：电源高电位端→VS1→RL→VD2→电源低电位端， 并在负载上得到输出电压；当输入为负半周时，在t2时刻，VS2 和VD1导通，电流途径是：电源高电位端→VS2→RL→VD1→电 源低电位端。这样，负载上便得到脉动直流电压。
（3）二极管的正向电流ID(AV) 该电流和流过负载RL上的电流Io(AV)相等，即
ID(AV) = Io(AV) （4）二极管截止时，它承受的反向峰值电压URM为
4．电路特点
半波整流电路简单，使用的元件少，但输出电压脉动很大， 效率很低，所以只能应用在对直流电的波形要求不高的场合。
5.1.2 单相桥式整流电路
p知识探究
由半波整流电路的输出波形可以分析：
在输入信号的一个周期内，当输入为正半周时，二极管因 外加正向偏置电压而导通，如图5.4（a）所示；当输入为负半 周时，二极管因外加反向偏置电压而截止，如图5.4（b）所示。 由此可见，二极管的单向导电特性使得双向的正弦波变成了单 向的正弦波的半个周期。
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*5.2 晶闸管可控整流电路
晶闸管是可控整流元件，利用它组成的整流电路可以把交 流电转换成大小可调的直流电，故称为可控整流电路。
单向可控整流电路有半波、全波、半控桥式、全控桥式及 其他不同接法。
5.2.1 单相半波可控整流电路
1．电路结构 单相半波可控整流电路如图5.7所示。其中Ui为交流电源变
1．桥式整流电路的结构
桥式整流电路由电源变压器T4只整流二极管VD1～VD4和负
载RL组成，如图5.5所示，其中图5.5（a）为实物图，图5.5（b） 为电路原理图。
（a）实物图
（b）电路原理图
图5.5 桥式整流电路
2．桥式整流电路的工作原理
按图5.5（b）所示连接电路，注意观察U2两端电压波形和 输出Uo两端电压波形。（建议采用仿真演示）
由此可见，二极管的单向导电特性使得双向的正弦波变成 了单向的正弦波的两个正半周。
图5.6 桥式整流电路电流通路
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在交流电正、负半周都有同一方向的电流流过RL，4个二极 管中2个为一组，两组轮流导通，在负载上得到全波脉动的直流 电压和电流。
知识拓展 ——桥式整流原理
上述分析是从输出波形角度分析电路工作情况，下面从电 路结构及二极管特性角度分析整流原理。
由图5.8可见，如果改变触发脉冲出现的 时间（控制角），即可改变输出波形，也就 是可以改变其大小。所以说晶闸管可控整流 电路可以把交流电转换成大小可调的直流电， 这是它与二极管整流电路的区别。
图5.8 单相半波可控整流电路工作波形
3．控制角与导通角
晶闸管在半个周期内，不导通的范围称为控制角，用“” 表示；导通的范围称为导通角，用“ ”表示。
显然，由于电容器的滤波作用，输出电压比无电容器时平滑 多了，如图5.11（c）所示。
（3）基本参数 半波整流电容滤波流稳压电源和交流稳压电源，本章主要学习直 流稳压电源。
图5.1 稳压电源作用示意图
5.1 二极管整流电路
经过变压器变压后的交流电通过整流电路变成了单方向的 脉动直流电，如图5.2所示。我们知道二极管具有单向导电特性， 因此利用其单向导电特性即可实现整流。
本节介绍最简单的单相半波整流电路和最常用的单相桥式 整流电路。
陈振源褚丽歆 主编 张连飞陈春霞副主编
第5章 直流稳压电源
本章首先介绍单相半波、桥式整流电路，晶闸管可控整流 电路，然后介绍电容、电感滤波电路，最后介绍硅稳压管稳压 电路、串联型三极管稳压电路和集成稳压电路。
知识目标
Ø 掌握直流稳压电源的组成及各部分功能。 Ø 掌握单相半波、桥式整流电路的工作原理及电路特点。 Ø 了解晶闸管可控整流电路的原理。 Ø 了解滤波电路的作用。 Ø 掌握稳压管稳压电路的形式、工作原理及电路特点。 Ø 掌握串联型三极管稳压电路的形式、工作原理。 Ø 熟悉常用三端集成稳压器的引脚功能。 Ø 掌握三端集成稳压器的连接方法。
当输入电压U1为正半周时，变压器次级线圈的电压极性为A 正B负，整流二极管VD1和VD3因加正向电压而导通，VD2和VD4 因加反向电压而截止，电流Io流经VD1、RL和VD3并在RL上产生 压降Uo，如图5.6（a）所示。
当输入电压U2为负半周时，变压器次级线圈的电压极性为B 正A负，二极管VD2、VD4因加正向电压而导通，VD1和VD3因加 反向电压而截止，电流Io流经VD2、RL和VD4并在RL上产生压降 Uo，如图5.6（b）所示。
利用整流二极管的单向导电性将双向 的交流电变成单方向的脉动直流电，这一 过程称为整流。这种电路仅获得电源电压 U2的半个波，故称半波整流。
知识拓展 ——半波整流原理
上述分析是从输出波形角度分析电路工作情况，下面从电 路结构及二极管特性角度分析整流原理。
会正上感而产产应向截电电生生电止源压感正压，变U负，应半2压为载处电周器负R于压电LT上半U导压的2无。周U通初o电当时状(A级V流U，态)，接2流为整，如交过正流其图流，半二电5电.如周极流4压（图时管IoUa(A5，V1）V，.D)4流整所（上则过流示b加在）负二；的变所载极当是压示R管变反器L；，V压向TD当于的器上电输是次T加压次入在级的，级电R就是因L 压进入下一个周期时，整流电路将重复上述过程。各波形之间 的对应关系如图5.4（c）所示，由波形图可见，它的大小是波 动的，但方向不变。这种大小波动、方向不变的电流（或电压） 称为脉动直流电。
通，所以在一个周期内流过每个管子的平均电流只有负载电流 的一半，即
（4）每只二极管所承受的反向电压亦为变压器次级电压的峰值 电压URM
4．电路特点
桥式整流电路利用了交流输入的整个周期，变压器利用效 率高，其输出电压为半波整流的两倍，输出电压的纹波大大减 少。
正因为桥式整流电路具有上述优点，它在家用电器、仪器 仪表、通信设备、电力控制装置等方面得到了广泛应用。
滤波电路是用来平滑整流输出电压脉动的，同时也能提高 输出电压的大小。
滤波器有多种形式，常用的有电容滤波器、电感滤波器、 型滤波器等，本节只介绍电容滤波电路和电感滤波电路。
5.3.1 电容滤波电路
1．半波整流电容滤波电路 （1）结构
电容滤波电路是在负载的两端并联一个电容器，如图5.10 所示，其中图（a）为实物图，图（b）为电路原理图。
5.3 滤波电路
前面已经讲过将交流电转换为稳定的直流电需要经过3个过 程，即整流、滤波和稳压。上面所介绍的便是第一过程—整流， 下面将介绍第二过程—滤波。
整流后输出的直流电，因为脉动过大，含有很大的交流成 分，因而不能直接作为电子设备的直流电源来使用。为此，需 要将脉动直流电中的交流成分滤除掉，即将脉动的直流电转换 成较平滑的直流电，这一过程称为滤波。
对一个周期的正弦交流信号来说，U2是正弦波，而Uo为正 弦波的两个正半周（两个半波），如图5.6（c）所示。
p知识探究
在输入信号的一个周期内，当输入为正半周时，4只二极管 中有2只因外加正向偏置电压而导通，另外2只因外加反向偏置 电压而截止，如图5.6（a）所示；当输入为负半周时，4只二极 管的工作情形与上述情形相反，导通的二极管变为截止，截止 的二极管变为导通，如图5.6（b）所示。