直流稳压电源的设计与制作要求

个较平滑的直流电；稳压电路用来消除由于电网电
压波动、负载改变对其产生的影响，从而使输出电
压稳定。
u 1 变 压 器 u 2
整 电 u 3 流 路
滤 电 u 4 波 路
稳 电U o 压 路
图7.1 直流电源电路的组成框图
2.直流电源演示
演示电路如图7.2所示,在图7.2(a)电路中,变 压器的初级接220V交流电源,用示波器观察ab间的 波形如图7.3(a)所示,观察1~0间的波形如图7.3(b) 所示，合上开关S,再用示波器观察1~0间的波形如 图7.3(c)所示,如果加上稳压部分,如图7.2(b)所示, 用示波器观察2~0间的波形如图7.3(d)所示。通过 各点波形的测量，我们看到稳压电源是将交流电逐 步改变成一个平滑的直流电。那么，直流电源各部 分电路是如何工作的呢？下面将分析其工作原理。
a
IN4001×4 1
(a) ～ 220V
～ 15V
b
S ＋ 1000 F
RL 470
0
IN4001×4 2
W7809
＋
(b) ～ 220V
～ 15V
C1 0.33 F
Co 0.1 F
Uo
图7.2直流电源演示
－ 0
（a）简易直流电源；（b）直流电源
u2
(a) O
t
(c) O
t
u1
Uo
(b )
a
＋－ T
V4
V1 i1
＋
～
u2
RL
uo
－+
V3
V2 i2
－
b
(a)
图7.6 单相桥式整流电路组成
T
V1
V2
RL
V4
V3
(b)
图7.6 单相桥式整流电路组成
T
(c)
图7.6 单相桥式整流电路组成
T
(d)
图7.6 单相桥式整流电路组成
u2
O
t
uo
O iV
O
uV
(V
、
1
V
2)
O
t 图7.7 单相桥式整流电路 电压与电流波形
脉动系数的定义为最低次谐波的峰值与输出电压
平均值之比，即
S UoiM Uo
2U2 2 1.57 2U2
(7—6)
单相半波整流电路的特点是结构简单，但输出电压
的平均值低、脉动系数大。
1.3 单相桥式整流电路
为了克服半波整流电路电源利用率低，整
流电压脉动程度大的缺点，常采用全波整流电
路，最常用形式是桥式整流电路。它由四个二
1.4 滤波电路 整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是
直流，但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀 和蓄电池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度， 需在整流后再加入滤波电路。常用的滤波电路有电容 滤波、电感滤波和复式滤波等。
Uo
2U2(2
4
3
cos2t
4
15
co
s4)
4 2U2
即 S UoiM 3 0.67
Uo 2 2U2
（7—10）
由以上分析可知，单相桥式整流电路，在 变压器次级电压相同的情况下，输出电压平均 值高、脉动系数小，管子承受的反向电压和半 波整流电路一样。虽然二极管用了四只，但小 功率二极管体积小，价格低廉，因此全波桥式 整流电路得到了广泛的应用。
＋－ T
V
＋
～
u1
u2
uo
RL
－ －+
b
图7.4 单相半波整流电路
u2
O
t
uo
O
t
iV
O uV
t
图7.5单相半波整流电路电压与
电流的波形
O
t
2 U2
1.2 整流电路的主要技术指标
1. 输出电压平均值
在图7.5所示波形电路中，负载上得到的 整流电压是单方向的，但其大小是变化的，是 一个单向脉动的电压，由此可求出其平均电压 值为
U o2 10 2 U 2si tnd ( t)2 U 20 .4U 5 2
2.流过二极管的平均电流iV
(7—2)
由于流过负载的电流就等于流过二极管的电流，所以
2.流过二极管的平均电流iV 由于流过负载的电流就等于流过二极管的电流，所以
iV
Io
Uo RL
0.45U2 RL
（7—3）
3. 二极管承受的最高反向电压URM
直流稳压电源的设 计与制作要求
1.
小功率直流电源一般由交流电源、变压器、
整流、滤波和稳压电路几部分组成，
7.1所示。
在电路中，变压器将常规的交流电压（220V、380V）
变换成所需要的交流电压；整流电路将交流电压变
换成单方向脉动的直流电；滤波电路再将单方向脉
动的直流电中所含的大部分交流成分滤掉，得到一
极管接成电桥形式，
如右图所示。
～
a ＋－ T
u2
－+ b
V4
V1 i1
＋
RL
uo
V3
V2 i2
－
(a)
1.
在图7.6（a）所示电路中，当变压器次级电压u2为 上正下负时，二极管V1和V3导通，V2和V4截止，电流i1 的 通 路 为 a→V1→RL→V3→b ， 这 时 负 载 电 阻 RL 上 得 到 一个正弦半波电压如图7.7中（0~π）段所示。当变压器 次级电压u2为上负下正时，二极管V1和V3反向截止，V2 和V4导通，电流i2的通路为b→V2→RL→V4→a，同样， 在 负 载 电 阻 上 得 到 一 个 正 弦 半 波 电 压 ， 如 图 7.7 中 （π~2π）段所示。
在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变
压器次级电压u2的最大值，即
URM 2U2
（7—4）
4.脉动系数S
脉动系数S是衡量整流电路输出电压平滑程度的 指标。由于负载上得到的电压Uo是一个非正弦周期信 号，可用付氏级数展开为
U o2 U 2 (1 1 2 sitn 3 2co t s )（7—5）
O
t
(d )
O
twenku.baidu.com
图7.3 各点电压波形
1 2 直流稳压电路
一、 整流及滤波电路
1.1 电路组成及工作原理
图7.4是单相半波整流电路，它由整流变压
器T、整流二极管V及负载RL组成。
单相半波整流电路及电压、电流的波形如 图7.5所示,即
uo 2U2sint
uo 0
(0t ) (t 2)
a
＋ uV － iV
电流只有负载电流的一半，
iV
12Io
0.45Uo RL
（7—9）
（4）二极管承受的最高反向电压URM。由图7.6（a） 可以看出，当V1和V3导通时，如果忽略二极管正向压降， 此时，V2和V4的阴极接近于a点，阳极接近于b点，二极 管由于承受反压而截止，其最高反压为u2的峰值，即
(5)脉动系数S。全波桥式整流输出电压uo的付氏 级数展开式为
t
t
2.技术指标计算及分析
（1）输出电压平均值Uo。由以上分析可知，桥式整 流电路的整流电压平均值Uo比半波整流时增加一倍，即
U o20.4U 5 20.9 U 2 （7—7）
（2）直流电流Io。桥式整流电路通过负载电阻的直
Io
Uo RL
0.9U2 RL
（7—8）
（3）二极管的平均电流iV。因为每两个二极管串联 轮换导通半个周期，因此，每个二极管中流过的平均