整流与稳压电路
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第 9 章 整流与稳压电路
9.1 单相桥式整流电路 9.2 滤波电路 * 9.3 晶闸管单相可控整流电路 9.4 稳压电路 * 9.5 交流调压电路
各种电子设备和电子计算机，都需要由稳定的直流电源 供电。通常都是将工业用的交流电经变换来获得所需的直流 电。
把交流电变换成稳定的直流电，必须经过：
交流电源 220V
动画：单相桥式整流电路
9.2 滤波电路
9.2.1 电容滤波电路 9.2.2 电感滤波电路 9.2.3 多级滤波电路
整流电路输出的单方向脉动电压，含有交流成分。 在整流电路后接滤波电路可得到电子设备所需的平滑 直流电压。
9.2.1 电容滤波电路
整流电路输出电压向负载供电的同时，也给电容充电。利 用电容器的充、放电特性，使输出电压平滑。
整流二极管 VD1、VD3 因加反向 电压而截止，VD2、VD4 因加正向电 压而导通。
电流 io 流经 VD2、RL 和 VD4 并 在 RL 上产生压降 uO。
由此可见，在输入电压 u1(u2) 的一个周期内，负载上均有电流通过,
方向始终是从上向下，所以负载上得
到同一方向的电压 uO。
(a)
O
(b)
电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重时应采用电感 滤波电路。
负载波动大，就无法向负载提供较大电流。
9.2.2 电感滤波电路
电感对整流电路输出电压中的 交流成分呈现较大的阻抗，对直流 成分感抗为零，因此，交流成分基 本都降落在电感线圈上，而直流成 分则降压在负载电阻上，从而负载 上得到平滑的直流电。
U2
Uo 0.9
6 0.9
V
6.67
V
根据式
1 ID 2 Io
可知二极管平均电流为
ID
1 2
Io
1 2
0.025
A
0.0125
A
12.5
mA
根据式 URM 2U2可知二极管承受的反向电压最大值为
URM 2 U 2 2 6.67 V 9.4 V
可选用反向耐压 25 V，正向电流 0.1 A 以上的整流 二极管。
交流电 源
220V
变压：将电网供给的交流电压变换成符合需要的 交流电压。
整流：将交流电变换成单向脉动的直流电。 滤波：将单向脉动直流电变为较平滑的直流电。 稳压：在交流电源电压波动或负载变动时，使直
流输出电压稳定。
9.1 单相桥式整流电路
整流电路是利用二极管或晶闸管的单向导电性将交流电
变换成直流电的电路。
的大小 uo。
单相桥式半控整流电路的输出电压
平均值为： 1 cos
Uo 2 0.9U2 0， ，晶闸管处于全导通
状态，Uo 0.9 U2。
， 0，晶闸管处于全关断
状态，Uo = 0。
所以单相桥式半控整流输出直流电
压范围为：0 0.9U2 。
输出电流平均值为： I 0
U0 RL
[例] 某电气设备采用桥式整流电路整流，电源电压为 220 V 交流电，需要整流输出的电压为 6 V ，电流为 25 mA， 试求整流二极管参数。
[解] 整流电路上图(b)所示，由所需的电压和电流，根据
式
Io
Uo RL
可以计算出负载电阻为
RL
Uo Io
6 0.025
Ω
240
Ω
根据式
Uo
2
2
U
2
0.9U2 可知变压器二次电压为
(c)
负载与整流二极管的电压和电流：
负载上得到的电压 Uo 是 输出电压波形在一个周期中
的平均值:
22 Uo U2 0.9U2
流过负载的电流：
流过每个二极管的平均电流 是负载电流的一半：
Io
Uo RL
1 ID 2 Io
每个二极管承受的反向电压最 大值为变压器二次电压的峰值：
U 2U
RM
2
(Uo
1 cos
2
0.9U2 )
。
9.4 稳压电路
9.4.1 稳压二极管 9.4.2 并联型稳压电路 9.4.3 串联型稳压电路 9.4.4 集成稳压器
利用调整元件(稳压二极管或晶体管)调节整流输出的直流 电压，使电网电压波动或负载变化时输出的直流电压稳定。
稳压电路有两种类型：
并联型
串联型
9.4.1 稳压二极管
电容组成的 Π 型滤波电路。
当负载电阻 RL 较大时，用电阻 R 代替体积大的电感 L， 也可得到较好的滤波效果。
9.3 晶闸管单相可控整流电路
桥式半控整流电路：
用晶闸管取代桥式整流 电路中两个桥臂的整流二极 管。
整流输出电压波形： 通过改变晶闸管触发脉冲 uG
的控制角 ，以改变晶闸管的导 通角度 ，从而控制整流输出电压
是一种能稳定电压的特殊二极管。
符号：
特性曲线：
稳压管稳压时工作在反向击穿区。
在反向击穿区，特性曲线很陡峭。
稳压管的工作范围是在 IZmin IZmax 之间。UZ 称为稳定电 压。
9.4.2 并联型稳压电路
R ：限流电阻； RL： 负载电阻； VZ：调整元件；
UO：输出电压； IO：负载电流；
UI：输入电压；
负载两端电压的平均值与桥式整流电路同，为 Uo = 0.9U2 电感元件体积大，结构复杂，自身电阻也会引起直流电 压和功率损失。它适同于负载电流要求较大且负载变化大的 场合。
9.2.3 多级滤波电路
为得到更好的滤波效果，将电感滤波和电容滤波混合使 用，构成多级滤波电路。
(a)பைடு நூலகம்
(b)
(a) 为电容、电感构成的 Π 型滤波电路，(b) 为电阻、
单相桥式整流电路由变压器、四只接成电桥形式的二极
管和负载电阻组成。
uO
工作原理：
O
在输入电压 u1 的正半周，A 点电位最高，B 点电位最低，二
极管 VD1 和 VD3 正向偏置导通； VD2 和 VD4 反向偏置而截止。
电流 iO 流经 VD1、RL 和 VD3 并在 RL 上产生压降 uO。
当输入电压 u1 为负半周，变压 器二次感应电压为负半周时，
u1 u2
当充电电压达到最大值 2U 2 后，u2 下降，电容器向负载放
电，维持负载两端电压缓慢下降。
uO
滤波前
滤波后
当下一个整流波形到
来时且 u2 幅值大于电容 两端电压时，电容器又开
始充电。
O
电容器不断充电、放电、再充电……负载两端得到平滑的直 流电。
负载两端电压的平均值估算公式为：Uo = 1.2U2
由于 VZ 与RL并联，所以称并联型。
UO = UI – RI = UI – R(IO + IZ) 当电源电压波动或负载变化引起输出电压变化时，并联型稳
压电路的稳压过程为： UO
IZ
I
RI
同理可分析 UO 下降时的稳压过程。
9.1 单相桥式整流电路 9.2 滤波电路 * 9.3 晶闸管单相可控整流电路 9.4 稳压电路 * 9.5 交流调压电路
各种电子设备和电子计算机，都需要由稳定的直流电源 供电。通常都是将工业用的交流电经变换来获得所需的直流 电。
把交流电变换成稳定的直流电，必须经过：
交流电源 220V
动画：单相桥式整流电路
9.2 滤波电路
9.2.1 电容滤波电路 9.2.2 电感滤波电路 9.2.3 多级滤波电路
整流电路输出的单方向脉动电压，含有交流成分。 在整流电路后接滤波电路可得到电子设备所需的平滑 直流电压。
9.2.1 电容滤波电路
整流电路输出电压向负载供电的同时，也给电容充电。利 用电容器的充、放电特性，使输出电压平滑。
整流二极管 VD1、VD3 因加反向 电压而截止，VD2、VD4 因加正向电 压而导通。
电流 io 流经 VD2、RL 和 VD4 并 在 RL 上产生压降 uO。
由此可见，在输入电压 u1(u2) 的一个周期内，负载上均有电流通过,
方向始终是从上向下，所以负载上得
到同一方向的电压 uO。
(a)
O
(b)
电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重时应采用电感 滤波电路。
负载波动大，就无法向负载提供较大电流。
9.2.2 电感滤波电路
电感对整流电路输出电压中的 交流成分呈现较大的阻抗，对直流 成分感抗为零，因此，交流成分基 本都降落在电感线圈上，而直流成 分则降压在负载电阻上，从而负载 上得到平滑的直流电。
U2
Uo 0.9
6 0.9
V
6.67
V
根据式
1 ID 2 Io
可知二极管平均电流为
ID
1 2
Io
1 2
0.025
A
0.0125
A
12.5
mA
根据式 URM 2U2可知二极管承受的反向电压最大值为
URM 2 U 2 2 6.67 V 9.4 V
可选用反向耐压 25 V，正向电流 0.1 A 以上的整流 二极管。
交流电 源
220V
变压：将电网供给的交流电压变换成符合需要的 交流电压。
整流：将交流电变换成单向脉动的直流电。 滤波：将单向脉动直流电变为较平滑的直流电。 稳压：在交流电源电压波动或负载变动时，使直
流输出电压稳定。
9.1 单相桥式整流电路
整流电路是利用二极管或晶闸管的单向导电性将交流电
变换成直流电的电路。
的大小 uo。
单相桥式半控整流电路的输出电压
平均值为： 1 cos
Uo 2 0.9U2 0， ，晶闸管处于全导通
状态，Uo 0.9 U2。
， 0，晶闸管处于全关断
状态，Uo = 0。
所以单相桥式半控整流输出直流电
压范围为：0 0.9U2 。
输出电流平均值为： I 0
U0 RL
[例] 某电气设备采用桥式整流电路整流，电源电压为 220 V 交流电，需要整流输出的电压为 6 V ，电流为 25 mA， 试求整流二极管参数。
[解] 整流电路上图(b)所示，由所需的电压和电流，根据
式
Io
Uo RL
可以计算出负载电阻为
RL
Uo Io
6 0.025
Ω
240
Ω
根据式
Uo
2
2
U
2
0.9U2 可知变压器二次电压为
(c)
负载与整流二极管的电压和电流：
负载上得到的电压 Uo 是 输出电压波形在一个周期中
的平均值:
22 Uo U2 0.9U2
流过负载的电流：
流过每个二极管的平均电流 是负载电流的一半：
Io
Uo RL
1 ID 2 Io
每个二极管承受的反向电压最 大值为变压器二次电压的峰值：
U 2U
RM
2
(Uo
1 cos
2
0.9U2 )
。
9.4 稳压电路
9.4.1 稳压二极管 9.4.2 并联型稳压电路 9.4.3 串联型稳压电路 9.4.4 集成稳压器
利用调整元件(稳压二极管或晶体管)调节整流输出的直流 电压，使电网电压波动或负载变化时输出的直流电压稳定。
稳压电路有两种类型：
并联型
串联型
9.4.1 稳压二极管
电容组成的 Π 型滤波电路。
当负载电阻 RL 较大时，用电阻 R 代替体积大的电感 L， 也可得到较好的滤波效果。
9.3 晶闸管单相可控整流电路
桥式半控整流电路：
用晶闸管取代桥式整流 电路中两个桥臂的整流二极 管。
整流输出电压波形： 通过改变晶闸管触发脉冲 uG
的控制角 ，以改变晶闸管的导 通角度 ，从而控制整流输出电压
是一种能稳定电压的特殊二极管。
符号：
特性曲线：
稳压管稳压时工作在反向击穿区。
在反向击穿区，特性曲线很陡峭。
稳压管的工作范围是在 IZmin IZmax 之间。UZ 称为稳定电 压。
9.4.2 并联型稳压电路
R ：限流电阻； RL： 负载电阻； VZ：调整元件；
UO：输出电压； IO：负载电流；
UI：输入电压；
负载两端电压的平均值与桥式整流电路同，为 Uo = 0.9U2 电感元件体积大，结构复杂，自身电阻也会引起直流电 压和功率损失。它适同于负载电流要求较大且负载变化大的 场合。
9.2.3 多级滤波电路
为得到更好的滤波效果，将电感滤波和电容滤波混合使 用，构成多级滤波电路。
(a)பைடு நூலகம்
(b)
(a) 为电容、电感构成的 Π 型滤波电路，(b) 为电阻、
单相桥式整流电路由变压器、四只接成电桥形式的二极
管和负载电阻组成。
uO
工作原理：
O
在输入电压 u1 的正半周，A 点电位最高，B 点电位最低，二
极管 VD1 和 VD3 正向偏置导通； VD2 和 VD4 反向偏置而截止。
电流 iO 流经 VD1、RL 和 VD3 并在 RL 上产生压降 uO。
当输入电压 u1 为负半周，变压 器二次感应电压为负半周时，
u1 u2
当充电电压达到最大值 2U 2 后，u2 下降，电容器向负载放
电，维持负载两端电压缓慢下降。
uO
滤波前
滤波后
当下一个整流波形到
来时且 u2 幅值大于电容 两端电压时，电容器又开
始充电。
O
电容器不断充电、放电、再充电……负载两端得到平滑的直 流电。
负载两端电压的平均值估算公式为：Uo = 1.2U2
由于 VZ 与RL并联，所以称并联型。
UO = UI – RI = UI – R(IO + IZ) 当电源电压波动或负载变化引起输出电压变化时，并联型稳
压电路的稳压过程为： UO
IZ
I
RI
同理可分析 UO 下降时的稳压过程。