整流濾波與穩(wěn)壓電路

1、精品好資料學習推薦實驗6 整流濾波與穩(wěn)壓電路一、實驗目的1. 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. 學習三端集成穩(wěn)壓電路的使用方法。5. 熟悉直流穩(wěn)壓電源的性能指標及測試方法。二、實驗任務基本實驗任務1. 選擇二極管組成整流電路，測試半波、橋式整流電路的性能。2. 測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)。擴展實驗任務1.用三端集成穩(wěn)壓器LM317組成穩(wěn)壓電路，并測量電路的性能參數(shù)。2.設計一個能夠給300的負載電阻提供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）通過計算，選擇合適的器件參數(shù)；（3）畫出電路，列出器件清單。三、實驗器材1雙蹤示波器 2臺式數(shù)字萬用表 3. 模擬電路實驗箱四、實驗原理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。同時還起到了將強、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導通， D2和D4截止，輸出電壓為u2的正半周；在輸入電壓的負半周，D2和D4導通， D1和D3截止，輸出電壓是將u2的負半周反相后加到負載上，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直流分量和交流分量呈現(xiàn)不同電抗的特點，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。電容濾波電路簡單，濾波效果好，是一種應用最多的濾波電路。其電路結(jié)構(gòu)就是在整流電路的輸出端與負載電

5、阻并聯(lián)一個足夠大的電容器，當濾波電容的容量越大，電容放電的時間常數(shù)越大，輸出電壓的平均越高。選擇合適的電容濾波時（），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。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，因為當容量C一定時，負載電流增大，即對應負載電阻RL減小，導致了時間常數(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隨著電源電壓波動或負載變化而變化，

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。負載與穩(wěn)壓管并聯(lián)。負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，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。若要用到非標準的穩(wěn)定電壓，（比如模擬電池供

7、電的+9V電壓），這時就不能使用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所示電路為最簡單的使用方法，R1上為1.25V的基準電壓，由于調(diào)整端的電流很?。?0100A），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)壓電路性能指標測試通常，衡量穩(wěn)壓電路性能的主要技術(shù)指標有穩(wěn)壓系數(shù)Sr和輸出電阻Ro。穩(wěn)壓系數(shù)定義為負載一定時穩(wěn)壓電路的輸出電壓相對變化量與輸入電壓相對變化量之比，即輸出電阻定義為輸入電壓一定時，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)壓電源的設計步驟：直流穩(wěn)壓電源的設計是根據(jù)要求的負載電壓及電流，選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并通過分析計算，選擇合適的元件，將輸入交流市電變換為穩(wěn)定的直流電壓給負載供電。該電路一定包含變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓各個環(huán)節(jié)?，F(xiàn)以應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)壓電源的設計步驟。設計要求：交流輸入電壓：；輸出電壓：UO；負載電阻：RL。設計步驟：（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；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。 6）確定變壓器的變比及功率。 需要注意的是，每一個環(huán)節(jié)都要留有充分的裕量。五、實驗預習1. 復習整流、濾波、穩(wěn)壓電路的工作原理。 2. 計算圖10.2所示電路中，U2=14V時，輸出電壓的平均值UO=？3. 計算圖10.3所示電路中，U2=14V時，輸出電壓的平均值UO=？ 4. 計算圖10.4（a）所示電路中，U2=14V時，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簡述濾波電容的大小對輸出電壓及波形有何影響？7.三端集成穩(wěn)壓器選擇W7805時，輸出電壓應為多少？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、實驗內(nèi)容與步驟（一）基本實驗任務 1. 整流、濾波電路連接測試模擬電子技術(shù)實驗箱中的整流、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，。（1）半

11、波整流、電容濾波電路測試。 在圖10.8電路中連線，使其實現(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、電容濾波電路測試。在圖10.8電路中連線，使其實現(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半波整流負載上直流電壓UO計算值測量值誤差波形空載時的UO橋式整流負載上直流電壓UO計算值測量值誤差波形空載時的UO表10.1 整

12、流濾波電路測試注意：（1）變壓器副邊電壓有效值用萬用表的交流電壓檔測試；輸出電壓平均值用萬用表的直流電壓檔測試?。?）用示波器測量輸出電壓的波形時，必須固定垂直調(diào)整開關(guān)VOLTS/Div的位置。（3） 測量電容濾波電路外特性將電路接成橋式整流，470F電容濾波。改變負載電阻RL的數(shù)值，測量電壓、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。按照圖10.5所示接成并聯(lián)穩(wěn)壓電路。改變負載電阻RL，測量輸出電壓、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中測得數(shù)據(jù)，計算出并聯(lián)穩(wěn)壓電路的輸出電阻RO。（3）測量并聯(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，保持負載電阻為最大值，測量表10.4中數(shù)值，并根據(jù)所測數(shù)據(jù)計算穩(wěn)壓系數(shù)Sr。表10.4 穩(wěn)壓系數(shù)的測量U2（有效值）UI（平均值）UO（平均值）IL（平均值）穩(wěn)壓系數(shù)Sr1416（二）擴展實驗任務1.用三端集成穩(wěn)壓器LM317組成穩(wěn)壓電路，并測量電路的性能參數(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，在模擬實驗箱中連接橋式整流、電容濾波、集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路。（2） 調(diào)整R2，測量電路的輸出電壓范圍。（3） 參考（一）中的4.，列出對應表格，測量該電路的性能。2.設計一個能夠給300的負載電阻提供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量；輸出直流電壓U0為平均值，用萬用表直流電壓檔測量；2.觀察不同濾波電路的輸出波形時，應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