第12章直流稳压电源的知识题目解析

第12章 直流稳压电源的习题答案
12.1判断下列说法是否正确，用“√”或者“×”表示判断结果并填入空内。

（1）直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。

（ ） （2）直流电源是一种能量转换电路，它将交流能量转换为直流能量。

（ ）
（3）在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下，桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。

（ ）因此，它们的整流管的平均电流比值为2:1。

（ ）
（4）若V 2为电源变压器副边电压的有效值，则半波整流电容滤波电路和全波整流电容滤波电路在空载时的输出电压均为22V 。

（ ）
（5）当输入电压V I 和负载电流I L 变化时，稳压电路的输出电压是绝对不变的。

（ ） （6）一般情况下，开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。

（ ） （7）整流电路可将正弦电压变为脉动的直流电压。

（ ）
（8）电容滤波电路适用于小负载电流，而电感滤波电路适用于大负载电流。

（ ）
（9）在单相桥式整流电容滤波电路中，若有一只整流管断开，输出电压平均值变为原来的一半。

（ ） （10）对于理想的稳压电路，△V O /△V I ＝0，R o ＝0。

（ ）
（11）线性直流电源中的调整管工作在放大状态，开关型直流电源中的调整管工作在开关状态。

（ ） （12）因为串联型稳压电路中引入了深度负反馈，因此也可能产生自激振荡。

（ ） （13）在稳压管稳压电路中，稳压管的最大稳定电流必须大于最大负载电流；（ ） 而且，其最大稳定电流与最小稳定电流之差应大于负载电流的变化范围。

（ ） 解：（1） × （2）√ （3）√；× （4）√ （5）× （6）√ （7）√ （8）√ （9） × （10）√ （11）√ （12） √（13）×；√ 12.2选择填空题
1.在题1
2.2.1图所示的桥式整流电容滤波电路中，已知变压器副边电压有效值V 2为10V ，2/3T RC
（T为电网电压的周期）。

测得输出直流电压V O可能的数值为
①14V ②12V ③9V ④4.5V
选择合适答案填入空内。

（1）在正常负载情况下，V O≈（）；
（2）电容虚焊时V O≈（）；
（3）负载电阻开路时V O≈（）；
（4）一只整流管和滤波电容同时开路，
则V O≈（）。

解：②；③；①；④
题12.2.1图
2.若要组成输出电压可调、最大输出电流为3A的直流稳压电源，则应采用（④）。

①电容滤波稳压管稳压电路②电感滤波稳压管稳压电路
③电容滤波串联型稳压电路④电感滤波串联型稳压电路
3.串联型稳压电路中的放大环节所放大的对象是（③）。

①基准电压②采样电压③基准电压与采样电压之差
i0
4.开关型直流电源比线性直流电源效率高的原因是（①）。

①调整管工作在开关状态②输出端有LC滤波电路③可以不用电源变压器
5.在脉宽调制式串联型开关稳压电路中，为使输出电压增大，对调整管基极控制信号的要求是（①）。

①周期不变，占空比增大②频率增大，占空比不变
③在一个周期内，高电平时间不变，周期增大
答案：（1）②；③；①；④（2）④；（3）③；（4）①；（5）①
12.3填空：
在题12.3图电路中，调整管为，采样电路由组成，基准电压电路由组成，
比较放大电路由 组成， 保护电路由 组成。

输出电压最小值的表达式为 ，最大值的表达式为 。

解：T 1；R 1 R 2 R 3；R 、D z ；T 2、R c ；T 3、R o ；
Z V R R R R R 32321+++、Z V R R R R 3
3
21++
12.4试分析题12.4图桥式整流电路中负载电压v o 的波形。

若二极管D 2 断开时，v o 的波形如何？如果D 2接反，结果如何？如果D 2被短路，结果又如何？
题
12.3
图 题12.4图
解：若二极管D 2 断开时，v o 的波形为单相半波整流波形；如果D 2接反或者被短路，均会导致电源被短路。

12.5画出三倍压整流电路，并说明其工作原理。

解：
题解12.5图为三倍压整流电路。

题解12.5图
12.6电路如题12.6图示，变压器副边电压有效值为2V 2。

D 4
D 3
v o
+
_
~ v 2
+
_
R L D 2
D 1
v o
v I
T 3
D Z
（1）画出v 2、v D1和v O 的波形；
（2）求出输出电压平均值V O 和输出电流平均值I L 的表达式；
（3）二极管的平均
电流I D 和所承受的最大反向电压
V D Rmax 的表达式。

题12.6图 题12.7图
解：（1）全波整流电路，波形如解图12.6所示。

（2）输出电压平均值V O 和输出电流平均值
I L 为
L
2
L)2O 9.0 9.0R V I V V ≈
≈ （3）二极管的平均电流I D 和所承受的最大反向电压V D R m a x 为 2DRmax L
2
D 22V 45.0V R V I =≈
解图12.6 12.7电路如题12.7图，变压器副边电压有效值V 21＝50V ，V 22＝20V 。

试问：
v 0 v 2 v 01 v 02
v 21
D 1 D 2
D 3
D 2
D 1
v 2
v 22 v 22
R L
R L1
R L2
i L
i D2
v D1
（1）输出电压平均值V O1和V O2各为多少？ （2）各二极管承受的最大反向电压为多少？ 解：（1）两路输出电压分别为
V O 1≈0.45（V 21＋V 22）＝31.5V V O 2≈0.9U 22＝18V （2）D 1的最大反向电压
V 99)(22221DRmax ≈+V V V ＞ D 2、D 3的最大反向电压
V 572222DRmax ≈V V ＞
12.8 电路如题12.8图，要求： （1）分别标出v O1和v O2对地的极性； （2）v O1、v O2分别是半波整流还是全波整流？
（3）当V 21＝V 22＝20V 时，V O1和V O2各为多少？
（4）当V 21＝18V ，V 22＝22V 时，画出v O1、v O2的波形；并求出V O1和V O2各为多少？
题12.8图
解：（1）均为上“＋”、下“－”。

（2）均为全波整流。

（1） V O 1和V O 2为
V O 1＝V O 2≈0.9V 21＝0.9V 22＝18V
（4）v O 1、v O 2的波形如解图12.8所示。

它
v 02
v 21 v 22
v 01
们的平均值为
V O 1＝V O 2≈0.45V 21＋0.45V 22＝18V
解图12.8
12.9 试在题12.9图电路中标出各电容两端电压的极性和数值，并分析负载电阻上能够获得几倍压的输出。

题12.9图
解：在图（a ）所示电路中，C 1上电压极性为上“＋”下“－”，数值为一倍压；C 2上电压极性为右“＋”左“－”，数值为二倍压；C 3上电压极性为上“＋”下“－”，数值为三倍压。

负载电阻上为三倍压。

在图（b ）所示电路中，C 1上电压极性为上“－”下“＋”，数值为一倍压；C 2上电压极性为上“＋”下“－”，数值为一倍压；C 3、C 4上电压极性均为右“＋”左“－”，数值均为二倍压。

负载电阻上为四倍压。

12.10电路如题12.10图，已知稳压管的稳定电压为6V ，最小稳定电流I Zmin 为5mA ，允许耗散功率为P Z 为240mW ，动态电阻r Z 小于15Ω。

若断开电阻R 2，试问：
v 2 v 1
v 1 v 2
D 2 C 2
D 1 C 1
D 3
C 3
R L
D 1
D 2
C 2
C 1
D 3
D 4
C 3 C 4 v o
v i
D Z
R L R 2
R 1
题12.10图
（1）当输入电压v i 变化范围为20～24V 、R L 为200～600Ω时，限流电阻R 1的选取范围是多少？ （2）若R 1＝390Ω，则电路的稳压系数S r 表达式为多少？
解：（1）因为I Z m a x ＝P Z M /U Z ＝40mA ，I L ＝U Z /R L ＝10～30mA ，所以R 的取值范围为
Ω
=+-=
Ω
=+-=
360400Lmin
Zmax Imax min Lmax
Z Z
in Im max I I U U R I I U U R Z
（2）稳压系数为 154.0Z
I
Z r ≈⋅≈U U R r S
12.11 电路如题12.10图所示，已知条件如题12.10。

试问： （1）为保证空载时稳压管能够安全工作，R 2应选多大？
（2）当R 2按上面原则选定后，负载电阻允许的变化范围是多少？ 解：R 1中的电流和稳压管中的最大电流为
mA 40mA 50~39ZM
max 1
Z
I 1==
≈-=
Z
Z R U P I R U U I
（1） 为保证空载时稳压管能够安全工作 Ω=-=600)
(max max 12Z R Z
I I U R
（2） 负载电流的最大值
m A 24min 2min 1Lmax =-=Z R R I I I I － （3） 负载电阻的变化范围
∞
=Ω==
Lmin Lmax Lmin 250R I U R Z
12.12桥式整流滤波电路如题12.12图，已知v 1是220V 、频率50Hz 的交流电源，要求输出直流电压
V O =30V ，负载直流电流I O =50mA 。

试求电源变压器副边电压v 2的有效值V 2，并选择整流二极管及滤波
电容。

题12.12图
解：(1) 取2)(2.1V V AV O =，则变压器副边电压的有效值 )(252
.130
2
.1)(2V V V AV O ==
=
(2)选择整流二极管
流经整流二极管的平均电流为 )(252
50
2
)()(mA I I AV O AV D ==
= 二极管承受的最大反向电压为 )(3522V V V DRM ==
可选用整流二极管2CP13(最大整流电流为100mA, 最大反向工作电压为100V)。

(3)选择滤波电容 因为负载电阻)(6.0)(50
30
I V O(AV)
O(AV)Ω=Ω=
=
k k R L )(04.0)(01.042
42)5~3(S S T
C R T C R L L =⨯==≥，取根据
由此得滤波电容F F R C L μ===
6.66600
04
.004.0 考虑到电网电压波动±10%，则电容所承受的最高电压为
i 0
)(5.38%)101(22V U U CM =+= 因此，选用标称值为68μF/50V 的电解电容。

12.13有一单相桥式整流滤波电路如题12.12图，已知交流电源频率f=50H Z ，负载电阻R L =200Ω，要求输出直流电压V 0=30V ，试选择整流二极管及滤波电容器。

解： (1)选择整流二极管
I D =I 0/2=U 0/2R L =30/(2×200)=75mA U=U 0/1.2=30/1.2=25V
U U 2DRM 2＝=2002⨯=35V
根据: U RWM >U DRM I OM >I D
因此：查手下册知，可选用二极管2CZ55B,其最高反向工作电压U RWM 为50V ，最大整流电流
I OM 为1000 mA 。

（2） 选择滤波电容
R L =5×1/50=0。

05s
C=0.05/R L =0.05/200=250uF
根据：电容耐压值≥2U 2 C ≥ (1.5～2.5)T/R L 因此：选用C=250uF ，耐压为50V 的极性电容器。

12.14单相全波整流滤波电路如题12.14图： （1）输出直流电压V o 约为多少？标出 V o 的极性及电解电容C 的极性。

（2）如果整流二极管D 2虚焊，V o 是否是正常情况下的一半？如果变压器中心抽头地方虚焊，这时还有输出电压吗？
（3）如果把D 2的极性接反，是否能正常工作？会出现什么问题？
v o
v I
（4）如果D 2因过载损坏造成短路，又会出现什么问题？ 题12.14图 （5）如果输出端短路会出现什么问题？
（6）用具有中心抽头的变压器可否同时得到一个对地为正、一个对地为负的电源？ 解：（1） 在R L C 比
2
T
大得多时，V o ≈1.2V 2，V o 的极性及电解电容的极性为上“-”下“+”。

（2）如果整流二极管D 2虚焊，就成了对V 2进行半波整流的滤波电路，虽然副边电源只有一半在工作，因滤波电容很大，输出电压不是正常情况下的一半，而是V o ≈V 2，稍低一点，而流过二极管D 1的电流比正常值约大一倍。

如果变压器中心抽头虚焊，因没有通路则没有输出电压。

（3）如果D 2的极性接反，二极管D 1、D 2将变压器副边在半周时间内短路，形成很大的电流，可能烧坏二极管、变压器，或将供电的保险丝烧坏。

如果二极管损坏是开路，则不会烧坏变压器。

（４）如果D 2因过载损坏造成短路，将和（３）的情况接近，可能使D 1也损坏，如果D 1损坏后造成短路，将可能进一步烧坏变压器。

（５）如果输出端短路，和（３）、（４）的情况接近。

（６）利用具有中心抽头的变压器可以得到一个对地为正和一个对地为负的电源，图略。

12.15串联型直流稳压电路如题12.15图，T 2和T 3管特性完全相同，T 2管基极电流可忽略不计，稳压管的稳定电压为V Z 。

填空：
调整管为 ，输出电压采样电阻由 组
成，基准电压电路由 组成，比较放大电路
组成；输出电压调节范围的表达式为 。

解：T 1；R 1、R 2、R 3；R 、D Z ；V 0=⎭
⎬⎫
⎩⎨
⎧+++++Z Z V R R R R V R R R R R 332132321,
题12.15图
12.16电路如题12.15图，已知稳压管的稳定电压V Z ＝6V ，晶体管的V BE ＝0.7V ，R 1＝R 2＝R 3＝300Ω，
V I ＝24V 。

判断出现下列现象时，分别因为电路产生什么故障（即哪个元件开路或短路）。

（1）V O ≈24V ； （2）V O ≈23.3V ； （3）V O ≈12V 且不可调； （4）V O ≈6V 且不可调；（5）V O 可调范围变为6～12V 。

解：（1）T 1的c 、e 短路； （2）R c 短路； （3）R 2短路； （4）T 2的b 、c 短路； （5）R 1短路。

12.17 直流稳压电源如题12.17图所示。

（1）说明电路的整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、采样电路等部分各由哪些元件组成。

（2）标出
集成运放的同相输入端和反相输入端。

写出输出电压V o 的表达
式。

题12.17图
解：（1）整流电路：D 1～D 4；滤波电路：C 1；调整管：T 1、T 2；基准电压电路：
'
Z 'D 、R 、R 、D Z ；比较放大电路：A ；取样电路：R 1、R 2、R 3。

（2）为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端上为“－”下为“＋”。

v o
v 2
V C
D 1- D 4
（3）输出电压的表达式为
Z
3
3
21O Z 32321U R R R R U U R R R R R ⋅++≤≤⋅+++
12.18在题12.18图所示电路中，R 1＝240Ω，R 2＝3k Ω；W117输入端和输出端电压允许范围为3～40V ，输出端和调整端之间的电压V R 为1.25V 。

试求解： （1）输出电压的调节范围；
（2）输入电压允许的范围；
题12.18图 解：（1）输出电压的调节范围
V 9.1625.1)1(REF 1
2
O ～=+
≈U R R U （2）输入电压取值范围
V
25.41 V 20m ax 12Om in Im ax m in 12m ax O Im in ≈+=≈+=U U U U U U
12.19在题12.19图示电路中，已知W7806的输出电压为6V ，R 1=R 2=R 3=200 Ω，试求输出电压V 0的调节范围。

v o
v I v o
v o
v I
v I
题12.19图题12.20图
解：假设滑动变阻器R2的上端电阻为R21，根据
3
2
1
1
21
)
(
6
V
R
R
R
R
R
=
+
+
+
，得到
)
(9
)
(
6
3
2
1
3
2
min
V
R
R
R
R
R
V=
+
+
+
=，)
(
18
)
(
6
3
2
1
3
max
V
R
R
R
R
V=
+
+
=
12.20 电路如题12.20图所示，假设I Q=0，问：(1) V0值为多少？(2) 电路是否具有电压源的特性？
解：(1)
1
2
1
5
R
R
R
V
O
+
=
；
(2) 由上式可知，电路具有电压源的特性。

12.21电路如题12.21图所示，设A
I
I
o
5.1
1
=
'
≈'/，晶体管T
的V EB≈V D，R1＝1Ω，R2＝2Ω，I D>>I B。

求解负载电流I L与
o
I'的关系式。

解：因为
E
C
2
'
O
2
'
I
2
D
1
E
D
EB
I
I
R
I
R
I
R
I
R
I
U
U≈
≈
≈
≈
≈，
，，I C≈I E，所以
A
5.4
)
1('
O
1
2
L
'
O
1
2
C
=
⋅
+
≈
⋅
≈
I
R
R
I
I
R
R
I
题12.21图
12.22电路如题12.22图所示，试合理连线，构成5V的直流电源。

题12.22图
解：①-④ ； ②-⑥； ③-⑧-（11）-（13）； ⑤-⑦-⑨ ； ⑩-12
12.23 试分别求出题12.23图所示各电路输出电压的表达式。

题12.23图
解：在图（a ）所示电路中，W7812的输出为V R E F ，基准电压 REF 2
12
R V R R R V +=
输出电压的表达式
R 3
5
43O R 43543V R R R R V V R R R R R ++≤≤+++
在图（b ）所示电路中，输出电压的表达式 V O ＝V Z ＋V R E F ＝（V Z ＋1.25）V 在图（c ）所示电路中，输出电压的表达式
)(~Z REF REF Z 2
'2
REF
O V V V V R R V V -=-= 12.24 两个恒流源电路分别如题12.24图（a ）（b ）所示。

（1）求解各电路负载电流I O 的表达式；
（2）设输入电压为20V ，晶体管饱和压降为3V ， b-e 间电压数值│V BE │＝0.7V ；W7805输入端和输出端间的电压最小值为3V ；稳压管的稳定电压V Z ＝5V ；R 1＝R ＝50Ω。

分别求出两电路负载电阻的最大值。

题12.24图
解：（1）设图10.19（b ）中W7805的输出电压为‘
O V 。

图示两个电路输出电流的表达式分别为
R
V I R V V I '
O O 1EB
Z O )b ( )a (=
-= （2）两个电路输出电压的最大值、输出电流和负载电阻的最大值分别为
170 mA 100 V 17V
)b (143 mA 86 V 3.12)()(V )a (O
Omax
Lmax O 12I Omax O
Omax
Lmax O CES EB Z I Omax Ω====-=Ω≈=
==----=I V R I V V I V R I V V V V
v I v I
12.25开关型直流电源比线性直流电源效率高的原因是什么。

线性直流电源中的调整管工作在放大状态、管耗大，开关型直流电源中的调整管工作在开关状态、管耗小。