整流濾波與穩(wěn)壓電路

1、精品好資料學(xué)習(xí)推薦實(shí)驗(yàn)6 整流濾波與穩(wěn)壓電路一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 理解單相半波和單相橋式整流電路的工作原理。 2. 理解電容濾波電路的工作原理及外特性。3. 掌握穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的并聯(lián)穩(wěn)壓電路工作原理。4. 學(xué)習(xí)三端集成穩(wěn)壓電路的使用方法。5. 熟悉直流穩(wěn)壓電源的性能指標(biāo)及測(cè)試方法。二、實(shí)驗(yàn)任務(wù)基本實(shí)驗(yàn)任務(wù)1. 選擇二極管組成整流電路，測(cè)試半波、橋式整流電路的性能。2. 測(cè)量不同容量的電容濾波電路的輸出波形和外特性，分析電容濾波性能。3. 測(cè)量穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的并聯(lián)穩(wěn)壓電路的性能參數(shù)。擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)任務(wù)1.用三端集成穩(wěn)壓器LM317組成穩(wěn)壓電路，并測(cè)量電路的性能參數(shù)。2.設(shè)計(jì)一個(gè)能夠給300的負(fù)載電阻提供5

2、V穩(wěn)定的直流電壓的電源。（1）選擇與要求符合的電路結(jié)構(gòu)；（2）通過計(jì)算，選擇合適的器件參數(shù)；（3）畫出電路，列出器件清單。三、實(shí)驗(yàn)器材1雙蹤示波器 2臺(tái)式數(shù)字萬用表 3. 模擬電路實(shí)驗(yàn)箱四、實(shí)驗(yàn)原理tu圖10.1 直流穩(wěn)壓電源的原理框圖交流電源整流濾波穩(wěn)壓負(fù)載tu變壓能將交流電變換為穩(wěn)定的直流電的電路稱為直流穩(wěn)壓電源。直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖如圖10.1所示。1. 電源變壓器電源變壓器將輸入的220V（50Hz）交流電壓變換為整流電路適用的交流電壓。同時(shí)還起到了將強(qiáng)、弱電隔離的作用，所以該電源變壓器又稱隔離變壓器。圖10.2 單相半波整流電路3pu2U2 wt0p2p（b）uo3pU2 wt0p

3、2pu1+TrDu2uoRL RL（a）-+2. 整流電路整流電路是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電變成單向脈動(dòng)的直流電。常用的單相整流電路有單相半波與單相橋式整流。圖10.3 單相橋式整流電路D1D4D2（a）D3uoRLu2Tru1+-+3pu2U2 wt0p2p（b）uo3pU2 wt0p2p單相半波整流電路由一只二極管組成，如圖10.2（a）所示。該電路輸入為變壓器副邊的正弦交流電壓，輸出為只保留輸入電壓正半周的單向脈動(dòng)直流電壓，波形如圖10.2（b）所示。若將D看做理想二極管，則輸出電壓的平均值與變壓器付邊電壓有效值的關(guān)系是：U0=0.45U2。單相橋式整流由四只二極管組成整流橋，如

4、圖10.3（a）所示。在輸入電壓的正半周，D1和D3導(dǎo)通， D2和D4截止，輸出電壓為u2的正半周；在輸入電壓的負(fù)半周，D2和D4導(dǎo)通， D1和D3截止，輸出電壓是將u2的負(fù)半周反相后加到負(fù)載上，輸出電壓波形如圖10.3（b）所示。輸出電壓的平均值與變壓器付邊電壓有效值的關(guān)系是：U0=0.9U2。u3. 濾波電路濾波電路是利用電容和電感對(duì)直流分量和交流分量呈現(xiàn)不同電抗的特點(diǎn)，可以濾除整流電路輸出電壓的交流成分，保留其直流成分，使其變成比較平滑的電壓波形。常用的濾波電路有：電容濾波、電感濾波和型濾波。電容濾波電路簡(jiǎn)單，濾波效果好，是一種應(yīng)用最多的濾波電路。其電路結(jié)構(gòu)就是在整流電路的輸出端與負(fù)載電

5、阻并聯(lián)一個(gè)足夠大的電容器，當(dāng)濾波電容的容量越大，電容放電的時(shí)間常數(shù)越大，輸出電壓的平均越高。選擇合適的電容濾波時(shí)（），其輸出電壓平均值與變壓器付邊電壓有效值之間的關(guān)系近似為：t 單相半波整流電容濾波：U0=U2，單相全波整流電容濾波：U0=1.2U2空載時(shí)。橋式整流電容濾波電路如圖10.4（a）所示，其輸出電壓波形如圖10.4（b）所示。圖10.4橋式整流電容濾波電路電容濾波的外特性較差，因?yàn)楫?dāng)容量C一定時(shí)，負(fù)載電流增大，即對(duì)應(yīng)負(fù)載電阻RL減小，導(dǎo)致了時(shí)間常數(shù)減小，輸出電壓平均值U0隨之下降。外特性如圖10.4（c）所示。4. 穩(wěn)壓電路整流濾波電路的輸出電壓會(huì)隨著電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變化而變化，

6、在整流濾波后接上一穩(wěn)壓電路就可以使負(fù)載上的直流電壓穩(wěn)定不變。常用的穩(wěn)壓電路有穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，串聯(lián)穩(wěn)壓電路和集成穩(wěn)壓電路。（1）并聯(lián)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管組成的并聯(lián)穩(wěn)壓電路如圖10.5所示。負(fù)載與穩(wěn)壓管并聯(lián)。負(fù)載上的輸出電壓就是穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。IL圖10.5 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路u2u1+CuoRLDZRuI-+（2）集成穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)壓效果好。如果需要固定輸出的直流電壓，一般采用W78（W79）系列固定輸出的集成穩(wěn)壓芯片組成穩(wěn)壓電路。如需要輸出電壓為+5V時(shí)，則只需選擇W7805組成如圖10.6所示的穩(wěn)壓電路即可。該電路輸出電壓為穩(wěn)定的+5V。若要用到非標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定電壓，（比如模擬電池供

7、電的+9V電壓），這時(shí)就不能使用W78系列固定輸出電壓芯片了，用輸出電壓可調(diào)的集成穩(wěn)壓芯片LM317構(gòu)成的可調(diào)式穩(wěn)壓電源如圖10.7所示。LM317沒有接地管腳，但其輸出端與調(diào)整端的電壓是固定的1.25V。圖10.7所示電路為最簡(jiǎn)單的使用方法，R1上為1.25V的基準(zhǔn)電壓，由于調(diào)整端的電流很小（50100A），可視R1與R2為串聯(lián)，所以輸出端電壓為：。調(diào)整R2，可調(diào)整輸出電壓的大小。（3）穩(wěn)壓電路性能指標(biāo)測(cè)試通常，衡量穩(wěn)壓電路性能的主要技術(shù)指標(biāo)有穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻Ro。穩(wěn)壓系數(shù)定義為負(fù)載一定時(shí)穩(wěn)壓電路的輸出電壓相對(duì)變化量與輸入電壓相對(duì)變化量之比，即輸出電阻定義為輸入電壓一定時(shí)，穩(wěn)壓電路的輸

8、出電壓變化量與輸出電流變化量之比，即5. 直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)步驟：直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)是根據(jù)要求的負(fù)載電壓及電流，選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并通過分析計(jì)算，選擇合適的元件，將輸入交流市電變換為穩(wěn)定的直流電壓給負(fù)載供電。該電路一定包含變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓各個(gè)環(huán)節(jié)?，F(xiàn)以應(yīng)用最為廣泛的橋式整流、電容濾波、集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路為例介紹固定輸出的直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)步驟。設(shè)計(jì)要求：交流輸入電壓：；輸出電壓：UO；負(fù)載電阻：RL。設(shè)計(jì)步驟：（1）選定電路結(jié)構(gòu)：橋式整流、電容濾波、集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓。（2）選擇元件：1）根據(jù)要求的輸出電壓UO 確定集成穩(wěn)壓器型號(hào)；2）根據(jù)要求的輸出電壓UO 確定集成穩(wěn)壓器要求的輸入電壓即

9、整流濾波電路的輸出電壓UI。一般UI至少高于UO 3V，即；3）根據(jù)整流濾波電路的輸出電壓UI確定變壓器付邊電壓U2；4）根據(jù)變壓器付邊電壓U2，負(fù)載電阻RL 確定濾波電容的容量及耐壓；5）確定二極管（或整流橋）型號(hào)。 6）確定變壓器的變比及功率。 需要注意的是，每一個(gè)環(huán)節(jié)都要留有充分的裕量。五、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)1. 復(fù)習(xí)整流、濾波、穩(wěn)壓電路的工作原理。 2. 計(jì)算圖10.2所示電路中，U2=14V時(shí)，輸出電壓的平均值UO=？3. 計(jì)算圖10.3所示電路中，U2=14V時(shí)，輸出電壓的平均值UO=？ 4. 計(jì)算圖10.4（a）所示電路中，U2=14V時(shí)，輸出電壓的平均值UO=？5如圖10.3所示，在單相

10、橋式整流電路中，如果出現(xiàn)下列現(xiàn)象，說明后果。（1）D3斷開，（2）D3被擊穿短路，（3）D3極性接反，試分別說明其后果如何？6簡(jiǎn)述濾波電容的大小對(duì)輸出電壓及波形有何影響？7.三端集成穩(wěn)壓器選擇W7805時(shí)，輸出電壓應(yīng)為多少？8圖10.7所示電路中，若取R1=120，R2=3.3k，輸出電壓的變化范圍是多少？六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）基本實(shí)驗(yàn)任務(wù) 1. 整流、濾波電路連接測(cè)試模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱中的整流、濾波、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路模塊如圖10.8所示。其中，選擇變壓器副邊電壓有效值U2=14V，負(fù)載電阻選擇圖10.9中的9R2與9RP2串聯(lián)，其中9RP2為100的電位器，將其放在最大位置。此時(shí)，。（1）半

11、波整流、電容濾波電路測(cè)試。 在圖10.8電路中連線，使其實(shí)現(xiàn)半波整流無濾波、半波整流10F電容濾波、半波整流470F電容濾波。分別用萬用表的直流電壓檔測(cè)試輸出電壓平均值，用示波器觀察輸出電壓的波形，記錄于表10.1中。（2）橋式整流、電容濾波電路測(cè)試。在圖10.8電路中連線，使其實(shí)現(xiàn)橋式整流無濾波、橋式整流10F電容濾波、橋式整流470F電容濾波。分別用萬用表的直流電壓檔測(cè)試輸出電壓平均值，用示波器觀察輸出電壓的波形，記錄于表10.1中。無濾波電容濾波10F470F半波整流負(fù)載上直流電壓UO計(jì)算值測(cè)量值誤差波形空載時(shí)的UO橋式整流負(fù)載上直流電壓UO計(jì)算值測(cè)量值誤差波形空載時(shí)的UO表10.1 整

12、流濾波電路測(cè)試注意：（1）變壓器副邊電壓有效值用萬用表的交流電壓檔測(cè)試；輸出電壓平均值用萬用表的直流電壓檔測(cè)試?。?）用示波器測(cè)量輸出電壓的波形時(shí)，必須固定垂直調(diào)整開關(guān)VOLTS/Div的位置。（3） 測(cè)量電容濾波電路外特性將電路接成橋式整流，470F電容濾波。改變負(fù)載電阻RL的數(shù)值，測(cè)量電壓、電流值，填入表10.2中，并繪出外特性曲線。表10.2 電容濾波電路外特性輸出電流（mA）0510204050輸出電壓（V）4. 測(cè)量并聯(lián)穩(wěn)壓電路性能選擇橋式整流，470F電容濾波，變壓器副邊電壓有效值U2=14V。按照?qǐng)D10.5所示接成并聯(lián)穩(wěn)壓電路。改變負(fù)載電阻RL，測(cè)量輸出電壓、電流，填入表10.3

13、。 表10.3 并聯(lián)穩(wěn)壓電路外特性輸出電流（mA）051020輸出電壓（V）（1）根據(jù)表10.3中測(cè)得數(shù)據(jù)，繪出并聯(lián)穩(wěn)壓電路的外特性曲線。與電容濾波電路的外特性曲線比較。（2）根據(jù)表10.3中測(cè)得數(shù)據(jù)，計(jì)算出并聯(lián)穩(wěn)壓電路的輸出電阻RO。（3）測(cè)量并聯(lián)穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓系數(shù)Sr。將變壓器副邊電壓有效值U2自14V改為16V，保持負(fù)載電阻為最大值，測(cè)量表10.4中數(shù)值，并根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算穩(wěn)壓系數(shù)Sr。表10.4 穩(wěn)壓系數(shù)的測(cè)量U2（有效值）UI（平均值）UO（平均值）IL（平均值）穩(wěn)壓系數(shù)Sr1416（二）擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)任務(wù)1.用三端集成穩(wěn)壓器LM317組成穩(wěn)壓電路，并測(cè)量電路的性能參數(shù)。圖10.10 輸出

14、電壓可調(diào)的直流穩(wěn)壓電源u2u1+CIL-LM317RLCoR2D2D1UI+UO-CIR1（1）根據(jù)圖10.10所示電路，在模擬實(shí)驗(yàn)箱中連接橋式整流、電容濾波、集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路。（2） 調(diào)整R2，測(cè)量電路的輸出電壓范圍。（3） 參考（一）中的4.，列出對(duì)應(yīng)表格，測(cè)量該電路的性能。2.設(shè)計(jì)一個(gè)能夠給300的負(fù)載電阻提供5V穩(wěn)定的直流電壓的電源。（1）選擇與要求符合的電路結(jié)構(gòu)；（2）通過計(jì)算，選擇合適的器件參數(shù)；（3）畫出電路，列出器件清單。七、注意事項(xiàng)1.變壓器副邊電壓U2為交流電壓有效值，用萬用表交流電壓檔測(cè)量；輸出直流電壓U0為平均值，用萬用表直流電壓檔測(cè)量；2.觀察不同濾波電路的輸出波形時(shí)，應(yīng)固定垂直靈敏度旋鈕V/DIV；3.在將二極管接入電路之前，一定要測(cè)量其好壞和極性； 4.避免將濾波電容的極性接反；5.勿將三端集成穩(wěn)壓器的