第13章直流稳压电源
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流经二极管的电流平均值与负载电流平均值相等，即： U2 I D I o 0.45 RL 二极管截止时承受的最高反向电压为u2的最大值，即：
U RM U 2M 2U 2
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
例 有一单相半波整流电路，如图5-2（a）所示。已知负载电阻 R L 750 ，变压器副边电压 U 2 20 V，试求Uo、Io，并选用二 极管。 解
u2 D + u1 － + u2 － C + RL + uo － 0 (a) 电路
ωt
0 uo
π
2π
3π
4π
π
2π 3π (b) 波形
4π
ωt
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
假设电路接通时恰恰在u2由负到正过零的时刻，这时二极管D 开始导通，电源u2在向负载RL供电的同时又对电容C充电。如果 忽略二极管正向压降，电容电压uC紧随输入电压u2按正弦规律上 u 2 u C，使 升至u2的最大值。然后u2继续按正弦规律下降，且 二极管D截止，而电容C则对负载电阻RL按指数规律放电。uC降 至u2大于uC 时，二极管又导通，电容C再次充电……。这样循环 下去，u2周期性变化，电容C周而复始地进行充电和放电，使输 出电压脉动减小，如图9-4（b）所示。电容C放电的快慢取决于 时间常数（ RL C ）的大小，时间常数越大，电容C放电越慢， 输出电压uo就越平坦，平均值也越高。 单相桥式整流、电容滤波电路的输 Uo 电容滤波 出特性曲线如图所示。从图中可见，电 1.4Uo 容滤波电路的输出电压在负载变 0.9Uo 化时波动较大，说明它的带负载 能力较差，只适用于负载较轻且 无电容滤波 0 变化不大的场合。 Io
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
13.6 稳压二极管稳压电路 13.6.1 稳压二极管稳压电路的工作原理
硅稳压管组成的并联型稳压电路如下图所示，经整 流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压Ui， 限流电阻R和稳压管V组成稳压电路，输出电压Uo=UZ。
IR ～ u1 u2 Ui ＋ C V R IZ
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
13.2 单相桥式整流电路
a + u1 －
+ u2 － D 3 b
D4
D1 RL D2
+ uo －
+ u1 －
+ u2 －
RL
+ uo －
(a) 原理电路
(b) 简化画法
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
u2为正半周时，a点电位高于b点电位，二极管D1、D3承受 正向电压而导通，D2 、D4 承受反向电压而截止。此时电流的 路径为：a→D1→RL→D3→b。
U2
U RM
Uo 48 40 V 1.2 1.2
整流二极管承受的最高反向电压：
2U 2 1 .41 40 56.4
V
因此可选择 2CZ11B 作整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最 高反向工作电压为 200V。 T 0.02 RL C 5 5 0.05 s，则： 取 2 2 0.05 C 500 10 6 F 500 μ F RL 100
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
电工电子技术
Ⅱ
宁波职业技术学院信息学院电子教研室
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
第13章 直流稳压电源 13.1 单相半波整流电路 13.2 单相桥式整流电路 13.3 常用的整流组合元件 13.4 电容滤波电路 13.5 电感滤波电路 13.6 稳压二极管稳压电路 13.6.1 稳压二极管稳压电路的工作原理 13.6.2 稳压二极管稳压电路元件的选择 13.7 集成三端稳压器 13.7.1 三端稳压器的分类 13.7.2 W78××系列三端固定式集成稳压电路 13.7.3 集成稳压电路的主要参数 13.7.4 W78××、W79××系列集成稳压器的应用电路
U o 0.45U 2 0.45 20 9 (V)
Uo 9 Io 0.012 (A) 12 (mA) R L 750
I D I o 12 (mA)
U DRM 2U 2 2 20 28.2 (V)
查半导体手册，二极管可选用2AP4，其最大整流电流 为16mA，最高反向工作电压为50V。为了使用安全，二极 管的反向工作峰值电压要选得比UDRM大一倍左右。
U RM 2 2U 2
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直流稳压电源
Uo
例： 设 计 一单 相 桥 式整 流 、 电容 滤 波 电路 。 要 求输 出 电 压 4 8 V，已知负载电阻 R L 1 0 0 Ω ，交流电源频率为 50Hz，试选
择整流二极管和滤波电容器。 解：流过整流二极管的平均电流： 1 1 U 1 48 ID Io o 0.24A 240 mA 2 2 RL 2 100 变压器副边电压有效值：
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第13章
直流稳压电源
第13章 直流稳压电源
学习要点 • 桥式整流电路及电容滤波电路的输出 电压与变压器副边电压的关系。 • 桥式整流电路、电容滤波电路及并联 型稳压电路的组成和工作原理。 • 三端集成稳压器的使用方法。
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直流稳压电源
直流稳压电源的组成：
变压 u1 u2 整流 u3 滤波 u4 稳压 u5
IL UZ RL Uo
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第13章
直流稳压电源
在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电 阻RL 的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因
为UZ 基本恒定，而Uo=UZ 。下面从两个方面来分析其
稳压原理： （1）设RL不变，电网电压升高使Ui 升高，导致Uo 升高，而Uo=UZ 。根据稳压管的特性，当UZ 升高一点 时，IZ将会显著增加，这样必然使电阻R上的压降增大， 吸收了Ui的增加部分，从而保持Uo不变。
RL VD2
+ uo －
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
u2
ω t
0 iD1
π
2π
3π
4π
0 iD2
π
2π
3π
4π
ω t
0 uo
π
2π
3π
4π
ω t
0
π
2π
3π
4π
ω t
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第13章
直流稳压电源
单相全波整流电压的平均值为：
0 流过负载电阻RL的电流平均值为：
Uo U2 Io 0 .9 RL RL
(a) LC 滤波电路 (b) CLC 滤波电路 (c) CRC 滤波电路 LC、CLCπ型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压 脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感， 构成CRCπ型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但 电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小 的场合。
+ u1 －
a ⊕ + u2 － － VD 3 b
VD 1 RL + uo －
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直流稳压电源
u2为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管D2、D4承受 正向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路 径为：b→D2→RL→D4→a。
+ u1 －
a － VD4 + u2 － ⊕ b
1 2 U o 2U 2 sintd (t ) 2 U 2 0.9U 2
流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即：
ID U2 1 I o 0.45 2 RL
每个二极管在截止时承受的最高反向电压为u2的最大值，即：
U RM U 2M 2U 2
整流变压器副边电压有效值为： 整流变压器副边电流有效值为：
u2 D + u1 － + u2 － RL + uo － 0 (a) 电路
ωt
0 uo
π
2π
3π
4π
ຫໍສະໝຸດ Baidu
π
2π
3π
4π
ωt
(b) 波形
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直流稳压电源
当u2为负半周时，二极管D承受反向电压而截止。此时负 载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u2 全部加 在二极管D上。
u2 D + u1 － + u2 － RL + uo － 0 (a) 电路
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直流稳压电源
（2）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：
U o 24 U2 26.7 V 0.9 0.9
整流二极管承受的最高反向电压为：
U RM 2U 2 1.41 26.7 37.6 V
流过整流二极管的平均电流为：
1 I D I o 0.5 A 2
ωt
0 uo
π
2π
3π
4π
π
2π
3π
4π
ωt
(b) 波形
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第13章
直流稳压电源
单相半波整流电压的平均值为：
1 2 Uo U 2 0.45U 2 2U 2 sin td (t ) 2 0 流过负载电阻RL的电流平均值为： Uo U2 Io 0.45 RL RL
第13章
直流稳压电源
13.1 单相半波整流电路
u2
T
+ u1 － + u2 －
D RL + uo －
0 uo
π
2π
3π
4π
ωt
0 (a) 电路
π
2π (b)
3π 波形
4π
ωt
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直流稳压电源
当u2为正半周时，二极管D承受正向电压而导通，此时有电 流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io= id。忽略二极 管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即 uo=u2 ，输出电压uo的波形与u2相同。
解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效 值为： Uo 24 U2 53.3 V
0.45
0.45
整流二极管承受的最高反向电压为：
U RM 2U 2 1.41 53.3 75.2 V
流过整流二极管的平均电流为： ID Io 1 A
因此可选用2CZ12B整流二极管，其最大整流电流 为3 A，最高反向工作电压为200V。
因此可选用四只2CZ11A整流二极管，其最大整流电流 为1 A，最高反向工作电压为100V。
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第13章
直流稳压电源
13.3 常用的整流组合元件
见教材P224－225
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第13章
直流稳压电源
13.4 电容滤波电路
整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些 应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。但许多 电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需 加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波 通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。
Uo U2 1.11 o U 0.9
U2 U2 I2 1.11 1.11I o RL RL
由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。
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第13章
直流稳压电源
例：试设计一台输出电压为24V，输出电流为lA的直流电源， 电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变 压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。
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第13章
直流稳压电源
13.5 电感滤波电路
L + u1 － + u2 － + uo －
RL
电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复 杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。 输出电压一般按经验公式计算：
U 0 0.9U
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第13章
直流稳压电源
复合滤波电路
L C C L C C R C
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第13章
直流稳压电源
—般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值。 Uo U2 半波： 全波： U o 1.2U 2 1 为了获得较平滑的输出电压，一般要求 RL (10 ~ 15) ，即： C T RL C (3 ~ 5) 2 式中T为交流电压的周期。滤波电容C一般选择体积小，容量大 的电解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正 极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。 加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受 较大的冲击电流（ iC io ），为了保证二极管的安全，选管时应放 宽裕量。 单相半波整流、电容滤波电路中，二极管承受的反向电压 为 u DR u C u 2 ，当负载开路时，承受的反向电压为最 高，为：
u1 0 t
u2 0 t
u3 0 t 0
u4 t 0
u5 t
利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流 电转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路。整流电路按 输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按输出 波形又可分为半波整流电路和全波整流电路。目前广泛使用 的是桥式整流电路。
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U RM U 2M 2U 2
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直流稳压电源
例 有一单相半波整流电路，如图5-2（a）所示。已知负载电阻 R L 750 ，变压器副边电压 U 2 20 V，试求Uo、Io，并选用二 极管。 解
u2 D + u1 － + u2 － C + RL + uo － 0 (a) 电路
ωt
0 uo
π
2π
3π
4π
π
2π 3π (b) 波形
4π
ωt
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直流稳压电源
假设电路接通时恰恰在u2由负到正过零的时刻，这时二极管D 开始导通，电源u2在向负载RL供电的同时又对电容C充电。如果 忽略二极管正向压降，电容电压uC紧随输入电压u2按正弦规律上 u 2 u C，使 升至u2的最大值。然后u2继续按正弦规律下降，且 二极管D截止，而电容C则对负载电阻RL按指数规律放电。uC降 至u2大于uC 时，二极管又导通，电容C再次充电……。这样循环 下去，u2周期性变化，电容C周而复始地进行充电和放电，使输 出电压脉动减小，如图9-4（b）所示。电容C放电的快慢取决于 时间常数（ RL C ）的大小，时间常数越大，电容C放电越慢， 输出电压uo就越平坦，平均值也越高。 单相桥式整流、电容滤波电路的输 Uo 电容滤波 出特性曲线如图所示。从图中可见，电 1.4Uo 容滤波电路的输出电压在负载变 0.9Uo 化时波动较大，说明它的带负载 能力较差，只适用于负载较轻且 无电容滤波 0 变化不大的场合。 Io
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直流稳压电源
13.6 稳压二极管稳压电路 13.6.1 稳压二极管稳压电路的工作原理
硅稳压管组成的并联型稳压电路如下图所示，经整 流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压Ui， 限流电阻R和稳压管V组成稳压电路，输出电压Uo=UZ。
IR ～ u1 u2 Ui ＋ C V R IZ
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直流稳压电源
13.2 单相桥式整流电路
a + u1 －
+ u2 － D 3 b
D4
D1 RL D2
+ uo －
+ u1 －
+ u2 －
RL
+ uo －
(a) 原理电路
(b) 简化画法
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直流稳压电源
u2为正半周时，a点电位高于b点电位，二极管D1、D3承受 正向电压而导通，D2 、D4 承受反向电压而截止。此时电流的 路径为：a→D1→RL→D3→b。
U2
U RM
Uo 48 40 V 1.2 1.2
整流二极管承受的最高反向电压：
2U 2 1 .41 40 56.4
V
因此可选择 2CZ11B 作整流二极管，其最大整流电流为 1 A，最 高反向工作电压为 200V。 T 0.02 RL C 5 5 0.05 s，则： 取 2 2 0.05 C 500 10 6 F 500 μ F RL 100
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直流稳压电源
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Ⅱ
宁波职业技术学院信息学院电子教研室
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第13章 直流稳压电源 13.1 单相半波整流电路 13.2 单相桥式整流电路 13.3 常用的整流组合元件 13.4 电容滤波电路 13.5 电感滤波电路 13.6 稳压二极管稳压电路 13.6.1 稳压二极管稳压电路的工作原理 13.6.2 稳压二极管稳压电路元件的选择 13.7 集成三端稳压器 13.7.1 三端稳压器的分类 13.7.2 W78××系列三端固定式集成稳压电路 13.7.3 集成稳压电路的主要参数 13.7.4 W78××、W79××系列集成稳压器的应用电路
U o 0.45U 2 0.45 20 9 (V)
Uo 9 Io 0.012 (A) 12 (mA) R L 750
I D I o 12 (mA)
U DRM 2U 2 2 20 28.2 (V)
查半导体手册，二极管可选用2AP4，其最大整流电流 为16mA，最高反向工作电压为50V。为了使用安全，二极 管的反向工作峰值电压要选得比UDRM大一倍左右。
U RM 2 2U 2
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直流稳压电源
Uo
例： 设 计 一单 相 桥 式整 流 、 电容 滤 波 电路 。 要 求输 出 电 压 4 8 V，已知负载电阻 R L 1 0 0 Ω ，交流电源频率为 50Hz，试选
择整流二极管和滤波电容器。 解：流过整流二极管的平均电流： 1 1 U 1 48 ID Io o 0.24A 240 mA 2 2 RL 2 100 变压器副边电压有效值：
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第13章
直流稳压电源
第13章 直流稳压电源
学习要点 • 桥式整流电路及电容滤波电路的输出 电压与变压器副边电压的关系。 • 桥式整流电路、电容滤波电路及并联 型稳压电路的组成和工作原理。 • 三端集成稳压器的使用方法。
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直流稳压电源
直流稳压电源的组成：
变压 u1 u2 整流 u3 滤波 u4 稳压 u5
IL UZ RL Uo
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直流稳压电源
在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电 阻RL 的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因
为UZ 基本恒定，而Uo=UZ 。下面从两个方面来分析其
稳压原理： （1）设RL不变，电网电压升高使Ui 升高，导致Uo 升高，而Uo=UZ 。根据稳压管的特性，当UZ 升高一点 时，IZ将会显著增加，这样必然使电阻R上的压降增大， 吸收了Ui的增加部分，从而保持Uo不变。
RL VD2
+ uo －
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直流稳压电源
u2
ω t
0 iD1
π
2π
3π
4π
0 iD2
π
2π
3π
4π
ω t
0 uo
π
2π
3π
4π
ω t
0
π
2π
3π
4π
ω t
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直流稳压电源
单相全波整流电压的平均值为：
0 流过负载电阻RL的电流平均值为：
Uo U2 Io 0 .9 RL RL
(a) LC 滤波电路 (b) CLC 滤波电路 (c) CRC 滤波电路 LC、CLCπ型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压 脉动较小的场合。在负载较轻时，经常采用电阻替代笨重的电感， 构成CRCπ型滤波电路，同样可以获得脉动很小的输出电压。但 电阻对交、直流均有压降和功率损耗，故只适用于负载电流较小 的场合。
+ u1 －
a ⊕ + u2 － － VD 3 b
VD 1 RL + uo －
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直流稳压电源
u2为负半周时，b点电位高于a点电位，二极管D2、D4承受 正向电压而导通，D1、D3承受反向电压而截止。此时电流的路 径为：b→D2→RL→D4→a。
+ u1 －
a － VD4 + u2 － ⊕ b
1 2 U o 2U 2 sintd (t ) 2 U 2 0.9U 2
流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即：
ID U2 1 I o 0.45 2 RL
每个二极管在截止时承受的最高反向电压为u2的最大值，即：
U RM U 2M 2U 2
整流变压器副边电压有效值为： 整流变压器副边电流有效值为：
u2 D + u1 － + u2 － RL + uo － 0 (a) 电路
ωt
0 uo
π
2π
3π
4π
ຫໍສະໝຸດ Baidu
π
2π
3π
4π
ωt
(b) 波形
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直流稳压电源
当u2为负半周时，二极管D承受反向电压而截止。此时负 载上无电流流过，输出电压uo=0，变压器副边电压u2 全部加 在二极管D上。
u2 D + u1 － + u2 － RL + uo － 0 (a) 电路
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直流稳压电源
（2）当采用桥式整流电路时，变压器副边绕组电压有效值为：
U o 24 U2 26.7 V 0.9 0.9
整流二极管承受的最高反向电压为：
U RM 2U 2 1.41 26.7 37.6 V
流过整流二极管的平均电流为：
1 I D I o 0.5 A 2
ωt
0 uo
π
2π
3π
4π
π
2π
3π
4π
ωt
(b) 波形
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直流稳压电源
单相半波整流电压的平均值为：
1 2 Uo U 2 0.45U 2 2U 2 sin td (t ) 2 0 流过负载电阻RL的电流平均值为： Uo U2 Io 0.45 RL RL
第13章
直流稳压电源
13.1 单相半波整流电路
u2
T
+ u1 － + u2 －
D RL + uo －
0 uo
π
2π
3π
4π
ωt
0 (a) 电路
π
2π (b)
3π 波形
4π
ωt
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直流稳压电源
当u2为正半周时，二极管D承受正向电压而导通，此时有电 流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即io= id。忽略二极 管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即 uo=u2 ，输出电压uo的波形与u2相同。
解：（1）当采用半波整流电路时，变压器副边绕组电压有效 值为： Uo 24 U2 53.3 V
0.45
0.45
整流二极管承受的最高反向电压为：
U RM 2U 2 1.41 53.3 75.2 V
流过整流二极管的平均电流为： ID Io 1 A
因此可选用2CZ12B整流二极管，其最大整流电流 为3 A，最高反向工作电压为200V。
因此可选用四只2CZ11A整流二极管，其最大整流电流 为1 A，最高反向工作电压为100V。
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直流稳压电源
13.3 常用的整流组合元件
见教材P224－225
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直流稳压电源
13.4 电容滤波电路
整流电路可以将交流电转换为直流电，但脉动较大，在某些 应用中如电镀、蓄电池充电等可直接使用脉动直流电源。但许多 电子设备需要平稳的直流电源。这种电源中的整流电路后面还需 加滤波电路将交流成分滤除，以得到比较平滑的输出电压。滤波 通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。
Uo U2 1.11 o U 0.9
U2 U2 I2 1.11 1.11I o RL RL
由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。
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直流稳压电源
例：试设计一台输出电压为24V，输出电流为lA的直流电源， 电路形式可采用半波整流或全波整流，试确定两种电路形式的变 压器副边绕组的电压有效值，并选定相应的整流二极管。
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直流稳压电源
13.5 电感滤波电路
L + u1 － + u2 － + uo －
RL
电感滤波适用于负载电流较大的场合。它的缺点是制做复 杂、体积大、笨重且存在电磁干扰。 输出电压一般按经验公式计算：
U 0 0.9U
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直流稳压电源
复合滤波电路
L C C L C C R C
电工电子技术
第13章
直流稳压电源
—般常用如下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值。 Uo U2 半波： 全波： U o 1.2U 2 1 为了获得较平滑的输出电压，一般要求 RL (10 ~ 15) ，即： C T RL C (3 ~ 5) 2 式中T为交流电压的周期。滤波电容C一般选择体积小，容量大 的电解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正 极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器的损坏。 加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，且在短时间内承受 较大的冲击电流（ iC io ），为了保证二极管的安全，选管时应放 宽裕量。 单相半波整流、电容滤波电路中，二极管承受的反向电压 为 u DR u C u 2 ，当负载开路时，承受的反向电压为最 高，为：
u1 0 t
u2 0 t
u3 0 t 0
u4 t 0
u5 t
利用具有单向导电性能的整流元件如二极管等，将交流 电转换成单向脉动直流电的电路称为整流电路。整流电路按 输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按输出 波形又可分为半波整流电路和全波整流电路。目前广泛使用 的是桥式整流电路。
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