【实验原理】

【实验原理】

1.整流电路

整流电路可分为半波整流、全波整流、桥式整流电路三大类。

（1）半波整流原理。半波整流电路是一种最简单电路，电路组成如图2-40所示。设二极管VD为理想二极管，RL为纯电阻负载。

设信号发生器输出交流电频率为ω，电压为u1，经变压器后电压为u2，u2即为整流电路需要的交流电压，若u2的有效值为U2，则

在u2正半周，a端电位高于b端电位，故VD导通。电流流经的路径为a端→VD→RL→b端，若忽略变压器次级内阻，则RL端电压为

在u2负半周，a端电位低于b端电位，故VD截止。且uo=0，u2及uo波形如图2-41所示。由图可见，正弦交流电压u2经半波整流后变为单一方向直流电压uo。

（2）全波整流原理。全波整流电路如图2-42所示，变压器的中心抽头将次级电压分成对称的两部分u21、u22且u21=-u22。在交流电压的一个周期内，二极管VD1、VD2将轮流导通半个周期，使输出电压uo为全波整流波形，如图2-43所示。

（3）桥式整流原理。桥式整流电路如图2-44所示。与全波整流电路相比，桥式整流电路的变压器次级无中心抽头，但二极管数目增加，由四个二极管VD1～VD4构成整流桥。仍设为，VD1～VD4均为理想二极管。

u2正半周，a端电位高于b端电位，故VD1、VD3导通，VD2、VD4截止。电流流经的路径为a端→VD1→RL→VD3→b端［如图2-44中实心箭头所指］；u2负半周，b端电位高于a端电位，VD2、VD4导通，VD1、VD3截止，电流路径为b 端→VD2→RL→VD4→a端（流经负载RL时方向如图2-44中空心箭头所指）。即两对交替导通的二极管引导正负、半周电流在整个周期内以同一方向流过负载，u2及uo波形如图2-45所示。

※二极管的选择（选读内容）

桥式整流电路对二极管的参数要求有两项：

1）最大整流电流IF。流过每个二极管的电流平均值

考虑到电网电压可能有±10%的波动，故应保证

2）最大反向电压UR。

每个二极管截止时承受最大反向电压为

考虑到电网电压可能有±10%的波动，故应保证

2.滤波电路

（1）电容滤波原理。在桥式整流电路基础上，输出端并联一个电容C 就构成了电容滤波电路，如图2-46所示。下面分析并联电容C 之后输出电压uo会有怎样的变化。在u2正半周，未并联C 之前，VD1、VD3始终导通，VD2、VD4始终截止。并联C 之后，VD2、VD4仍然截止，但VD1、VD3导通与否则要取决于u2和uc（设电容上已充有一定的电压uc）之间的数值的大小。只有当u2＞uc时VD1、VD3才导通，u2向C 充电，若忽略变压器次级内阻和二极管正向压降，则uc（uo）的波形如图2-47中的ab 段；u2到达峰值后开始按正弦规律下降，充电后的电容C 也通过负载RL放电，uc按指数规律下降，两者在下降初期的波形基本吻合，如图2-47中的bc 段；此后两者下降的速度的快慢差别开始显现，u2按正弦规律下降的速度大于uc按指数规律下降的速度，当u2＜uc时，VD1、VD3因反偏而截止，C 则继续通过RL放电，uc的波形如图2-47中的cd 段。u2负半周的分析情况类似，只不过VD1、VD3始终截止而VD2、VD4在部分时间内导通。可见电容滤波是通过电容的储能作用（充放电过程）即在u2升高时，把部分能量储存起来（充电），在u2降低时，又把储存的能量释放出来（放电）从而在负载RL上得到一个比较平滑的、近似锯齿形的输出电压uo，使脉动程度大为降低，且平均值提高。

※使用电容滤波电路注意要点（选读内容）

若整流电路内阻（即变压器次级内阻与二极管导通内阻之和）为R'，则电容的充电时间常数

放电时间常数

通常RL≫R'，故滤波效果取决放电时间常数τf。C 和RL越大，τf就越大，电路放电过程更缓慢，因而输出电压更平滑，平均值更高。一般情况下，输出电压平均值

1）电容滤波适用负载电流Io较小且变化不大的场合。Io=0时，；随着Io的增大（或负载RL的减小），C 的放电时间常数τf减小，放电加速，Uo将明显减小。

2）所需电容容量较大，应满足RLC≥2T 的条件，由于一般采用电解电容，要特别注意正负极性不能接反，否则电容会被击穿。

3）流过每个二极管的冲击电流很大。在选择二极管时应选择最大整流电流IF较大管子。

（2）RC-π型滤波电路

为进一步提高滤波效果，使输出电压脉动更小，常采用复式滤波的方法，如RC-π型、LC-π型等。图2-48所示为桥式整流RC-π型滤波电路。

RC-π型滤波电路与电容滤波电路相比，其输出电压脉动更小，但在Io增加时输出电压随之减小，实际电路中以电容滤波应用最为广泛。

3.三端集成稳压器

三端集成稳压器因其体积小、性能稳定、价格低廉、使用方便，目前得到广泛应用。所谓“三端”，就是该集成稳压器只有三个引出端，因而以最简单方式接入电路。三端集成稳压器按功分能为固定式（如W78××）和可调式（如W117）两类，如图2-49和图2-50所示。

（1）W78××系列三端集成稳压器。W78××系列芯片的输出电压为固定值，有5V、6V、9V、12V、18V、24V 几种，其型号的后两位数表示输出电压；输出电流有1.5A（W78××）、0.5A（W78M××）和0.1A（W78L××）三种。如W 7805就表示出电压为5V，最大输出电流为1.5A。

W78××的输出电压Uo为某一固定值，等于输出端（2端）与公共端（3端）之间的电位差，即Uo=U23，其中Uo允许有±5%的偏差。为了使三端集成稳压器能正常工作，Ui与Uo之差应大于3～5V，且Ui≤35V，如图2-51所示。C1和C2用于防止自激振荡，减小高频噪声和改善负载的瞬间响应。

（2）LM317是一种只需外接很少元件且能输出可调电压的三端集成稳压器，输出电流有1.5A（LM317）、0.5A（LM317M）和0.1A（LM317L）三种。

4.直流稳压电源

直流稳压电源一般由整流电路、滤波电路和稳压电路三部分组成，如图2-52所示。

整流电路是利用二极管的单向导电性，将交流电转变为脉动的直流电；滤波电路是利用电抗性元件（电容、电感）的储能作用，以平滑输出电压；稳压电路的作用是保持输出电压的稳定，使输出电压不随电网电压、负载和温度的变化而变化。

下面我们讨论由LM317和LM7812组成的直流稳压电路。

（1）由LM317三端可调式集成稳压器组成的直流稳压电路。图2-53所示为三端可调式集成稳压器，其管脚分为调整端、输入端和输出端，调节电位器Rp的阻值便可以改变输出电压的大小，由于它的输出端和可调端之间具有很强的维持1.25V 电压不变的能力，所以R1上的电流值基本恒定，而调整端的电流非常小，且恒定，故将其忽略，那么输出电压为

（2）由W7812三端集成稳压器组成的直流稳压电路。集成稳压器组成的稳压电源如图2-54所示，其工作原理与由分立元件组成的串联型稳压电源基本相仿，只是稳压电路部分由三端稳压块代替，整流部分由4个二极管组成的全波整流电路代替（图2-54中简化了），使电路的组装与调试工作大为简化。