实验4 整流滤波与稳压电路

6.使用时切勿超载。
/UO /UI
RL
U O U I
UI UO
RL
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输出电阻定义为输入电压一定时，稳压电路的输出电压变化量与输出电流
变化量之比，即
RO
U O I O
IL
5. 直流稳压电源的设计步骤：
直流稳压电源的设计是根据要求的负载电压及电流，选择合适的电路结
构，并通过分析计算，选择合适的元件，将输入交流市电变换为稳定的直流电
的结构框图如图 10.1 所示。
u
负载
稳压
t
1. 电源变压器
电源变压器将输入的 220V（50Hz）交流电压变换为整流电路适用的交流 电压。同时还起到了将强、弱电隔离的作用，所以该电源变压器又称隔离变压 器。
2. 整流电路
u2
整流电路是利用 二极管的单向导电 性，将交流电变成单 向脉动的直流电。常 用的单相整流电路有 单相半波与单相桥式
压给负载供电。该电路一定包含变压、整流、滤波、稳压各个环节。现以应用
最为广泛的桥式整流、电容滤波、集成稳压器稳压电路为例介绍固定输出的直
流稳压电源的设计步骤。
设计要求：交流输入电压：U1 220V ；输出电压：UO；负载电阻：RL。 设计步骤：
（1）选定电路结构：桥式整流、电容滤波、集成稳压器稳压。
空载时UO 2U2 。 桥式整流电容滤波电路如图 10.4（a）所示，其输出电压波形如图 10.4（b） 所示。
图 10.4 桥式整流电容滤波电路
电容滤波的外特性较差，因为当容量 C 一定时，负载电流增大，即对应负 载电阻 RL 减小，导致了时间常数减小，输出电压平均值 U0 随之下降。外特性 如图 10.4（c）所示。
若要用到非标准的稳定电压，（比如模拟电池供电的+9V 电压），这时就不 能使用 W78ⅩⅩ系列固定输出电压芯片了，用输出电压可调的集成稳压芯片 LM317 构成的可调式稳压电源如图 10.7 所示。LM317 没有接地管脚，但其输 出端与调整端的电压是固定的 1.25V。图 10.7 所示电路为最简单的使用方法， R1 上为 1.25V 的基准电压，由于调整端的电流很小（50~100μA），可视 R1 与
1.变压器副边电压 U2 为交流电压有效值，用万用表交流电压档测量；输出直
流电压 U0 为平均值，用万用表直流电压档测量；
2.观察不同滤波电路的输出波形时，应固定垂直灵敏度旋钮 V/DIV；
3.在将二极管接入电路之前，一定要测量其好坏和极性；
4.避免将滤波电容的极性接反；
5.勿将三端集成稳压器的管脚接错；
1. 根据实验人数合理分组 2. 学生签名（签到表轮流签名） 3.讲解本次实验方法、要求 三、实验指导 主要讲解实验目的、实验原理、实验步骤及其实验的注意事项等；
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四、实验原理
能将交流电变换为稳定的直流电的电路称为直流稳压电源。直流稳压电源
u
t 交流电
变压
整流
滤波
源 图 10.1 直流稳压电源的原理框图
表 10.4 稳压系数的测量
U2（有效值） UI（平均值） UO（平均值） IL（平均值） 稳压系数 Sr
14 16 （二）扩展实验任务
1.用三端集成稳压器 LM317 组成稳压电路，并测量电路的性能参数。
D1
+
~ u1
u2
~
-
+
LM317
UI + C
—
CI
D2
R1
R2
Co
+ IL RL UO
-
~
图 10.10 输出电压可调的直流稳压电源
计算值
测量值
桥
误差
负载上直流
式
电压 UO
整
u0
u0
u0
波形
流
t
t
t
0
0
0
空载时的 UO
注意：（1）变压器副边电压有效值用万用表的交流电压档测试；输出电压平均
值用万用表的直流电压档测试！
（2）用示波器测量输出电压的波形时，必须固定垂直调整开关 VOLTS /Div 的位置。
（3） 测量电容滤波电路外特性
五、实验预习
1. 复习整流、滤波、稳压电路的工作原理。
2. 计算图 10.2 所示电路中，U2=14V 时，输出电压的平均值 UO=？ 3. 计算图 10.3 所示电路中，U2=14V 时，输出电压的平均值 UO=？ 4. 计算图 10.4（a）所示电路中，U2=14V 时，输出电压的平均值 UO=？ 5．如图 10.3 所示，在单相桥式整流电路中，如果出现下列现象，说明后 果。
输出电压
的平均值 与变压器 付边电压 有效值的 关系是：
U0=0.45U2 。
单相 桥式整流 由四只二 极管组成
u2
Tr
+
D4
~ u1
u2
~ -
D3
2 U2
D1
0
RL uo
uo
D2
RL
2 U2
3 t
+
—
0
3 t
~ （a）
（b）
~
图 10.3 单相桥式整流电路
整流桥，如图 10.3（a）所示。在输入电压的正半周，D1 和 D3 导通， D2 和 D4 截止，输出电压为 u2 的正半周；在输入电压的负半周，D2 和 D4 导通， D1 和 D3 截止，输出电压是将 u2 的负半周反相后加到负载上，输出电压波形如图
4. 稳压电路
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整流滤波电路的输出电压会随着电源电压波动或负载变化而变化，在整流 滤波后接上一稳压电路就可以使负载上的直流电压稳定不变。常用的稳压电路 有稳压管稳压电路，串联稳压电路和集成稳压电路。
（1）并联稳压电路 稳压管组成的并联稳压电路如图 10.5 所示。负载 RL 与稳压管 DZ 并联。负
D Tr
+
u~ 1
u2
RL
-
RL
2 U2
0
uo
uo 2 U2
0
3 t 3 t
整流。
+
单相半波整流电 ~
路由一只二极管组
（a）
（b）
图 10.2 单相半波整流电路
成，如图 10.2（a）所
示。该电路输入为变压器副边的正弦交流电压，输出为只保留输入电压正半周
的单向脉动直流电压，波形如图 10.2（b）所示。若将 D 看做理想二极管，则
RL 151 。
（1）半波整流、电容滤波电路测试。 在图 10.8 电路中连线，使其实现半
波整流无滤波、半波整流 10μF 电容滤 波、半波整流 470μF 电容滤波。分别用 万用表的直流电压档测试输出电压平均 值，用示波器观察输出电压的波形，记录于表 10.1 中。
（2）桥式整流、电容滤波电路测试。 在图 10.8 电路中连线，使其实现桥式整流无滤波、桥式整流 10μF 电容
理解单相半波和单相桥式整流电路的工作原理。 理解电容滤波电路的工作原理及外特性。
掌握稳压二极管构成的并联稳压电路工作原理。 学习三端集成稳压电路的使用方法。 熟悉直流稳压电源的性能指标及测试方法
教案编写日期 年月日
教学内容与教学过程
提示与补充
一、 实验前准备实验所用仪器、实验报告、板书实验内容 二、 组织实验课堂
（~1）根据图 10.10 所示电路，在模拟实验箱中连接桥式整流、电容滤波、集成 稳压器稳压电路。
（2） 调整 R2，测量电路的输出电压范围。 （3） 参考（一）中的 4.，列出对应表格，测量该电路的性能。
2.设计一个能够给 300的负载电阻提供 5V 稳定的直流电压的电源。 （1）选择与要求符合的电路结构； （2）通过计算，选择合适的器件参数； （3）画出电路，列出器件清单。 七、注意事项
滤波、桥式整流 470μF 电容滤波。分别用万用表的直流电压档测试输出电压 平均值，用示波器观察输出电压的波形，记录于表 10.1 中。
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半
负载上直流
波
电压 UO
整
流
表 10.1 整流滤波电路测试
无滤波
计算值 测量值 误差
电容滤波
10μF
470μF
u0
u0
u0
波形
t
t
t
0
0
0
空载时的 UO
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10.3（b）所示。输出电压的平均值与变压器付边电压有效值的关系是：U0=0.9U2。
3. 滤波电路
滤波电路是利用电容和电感对直流分量和交流分量呈现不同电抗的特点， 可以滤除整流电路输出电压的交流成分，保留其直流成分，使其变成比较平滑 的电压波形。常用的滤波电路有：电容滤波、电感滤波和π型滤波。
表 10.3 并联稳压电路外特性
输出电流（mA）
0
5
10
20
输出电压（V）
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（1）根据表 10.3 中测得数据，绘出并联稳压电路的外特性曲线。与电容滤 波电路的外特性曲线比较。
（2）根据表 10.3 中测得数据，计算出并联稳压电路的输出电阻 RO。 （3）测量并联稳压电路的稳压系数 Sr。 将变压器副边电压有效值 U2 自 14V 改为 16V，保持负载电阻为最大值，测量 表 10.4 中数值，并根据所测数据计算稳压系数 Sr。
（1）D3 断开， （2）D3 被击穿短路， （3）D3 极性接反，试分别说明其后果如何？ 6．简述滤波电容的大小对输出电压及波形有何影响？ 7．.三端集成稳压器选择 W7805 时，输出电压应为多少？ 8．图 10.7 所示电路中，若取 R1=120，R2=3.3k，输出电压的变化范围 是多少？
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电容滤波电路简单，滤波效果好，是一种应用最多的滤波电路。其电路结 构就是在整流 电路的输出端与负载电阻并联一个足够大的电容器，当滤波电容的容量越大， 电容放电的时间常数越大，输出电压的平均越高。选择合适的电容滤波时
（
RLC
Hale Waihona Puke (3~5)
T 2
），其输出电压平均值与变压器付边电压有效值之间的关系近
似为：
单相半波整流电容滤波：U0=U2， 单相全波整流电容滤波：U0=1.2U2
六、实验内容与步骤
（一）基本实验任务 1. 整流、滤波电路连接测试 模拟电子技术实验箱中的整流、滤波、稳压管稳压电路模块如图 10.8 所示。
其中，选择变压器副边电压有效值 U2=14V，负载电阻选择图 10.9 中的 9R2 与 9RP2 串联，其中 9RP2 为 100的电位 器，将其放在最大位置。此时，
将电路接成桥式整流，470μF 电容滤波。改变负载电阻 RL 的数值，测量 电压、电流值，填入表 10.2 中，并绘出外特性曲线。
表 10.2 电容滤波电路外特性
输出电流（mA） 0
5
10
20
40
50
输出电压（V）
4. 测量并联稳压电路性能 选择桥式整流，470μF 电容滤波，变压器副边电压有效值 U2=14V。按照 图 10.5 所示接成并联稳压电路。改变负载电阻 RL，测量输出电压、电流，填 入表 10.3。
载上的输出电压 uo 就是稳压管的稳定电压U Z 。
+
~ ~u1
u2
-
R
uI + C
DZ
—
RL
IL RL uCuo RL
+
~
图 10.5 稳压管稳压电路
（2）集成稳~ 压电路 三端集成稳压器使用简单，稳压效果好。如果需要固定输出的直流电压， 一般采用 W78ⅩⅩ（W79ⅩⅩ）系列固定输出的集成稳压芯片组成稳压电路。 如需要输出电压为+5V 时，则只需选择 W7805 组成如图 10.6 所示的稳压电路 即可。该电路输出电压为稳定的+5V。
R2
为串联，所以输出端电压为：U O
1.25(1
R2 )V R1
。调整
R2，可调整输出
电压的大小。
（3）稳压电路性能指标测试 通常，衡量稳压电路性能的主要技术指标有稳压系数 Sr 和输出电阻 Ro。 稳压系数定义为负载一定时稳压电路的输出电压相对变化量与输入电压
相对变化量之比，即
Sr
U O U I
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课题
整流滤波与稳压电路
需 2 课时
教学 目的 要求
教学 重点
教学 难点
1. 理解单相半波和单相桥式整流电路的工作原理。 2. 理解电容滤波电路的工作原理及外特性。 3. 掌握稳压二极管构成的并联稳压电路工作原理。 4. 学习三端集成稳压电路的使用方法。 5. 熟悉直流稳压电源的性能指标及测试方法。
（2）选择元件：
1）根据要求的输出电压 UO 确定集成稳压器型号；
2）根据要求的输出电压 UO 确定集成稳压器要求的输入电压即整流滤波电
路的输出电压 UI。一般 UI 至少高于 UO 3V，即 3V U I U O ；
3）根据整流滤波电路的输出电压 UI 确定变压器付边电压 U2； 4）根据变压器付边电压 U2，负载电阻 RL 确定滤波电容的容量及耐压； 5）确定二极管（或整流桥）型号。 6）确定变压器的变比及功率。 需要注意的是，每一个环节都要留有充分的裕量。