整流电路、滤波电路及稳压电路

知识目标

1.掌握单相桥式整流电路的结构和工作原理。

2.了解电容滤波电路和电感滤波电路的作用。

3.了解稳压电路的工作原理和特点。

4.了解集成稳压器的使用方法。

技能目标

1.掌握单相桥式整流电路。

2.掌握集成稳压器的基本使用方法和连接方法。

3.能够使用万用表测量电压，能够使用双踪示波器观察测试波形。

4.能够根据直流稳压电源框架组装直流稳压电源。

第一节　整流电路

一、整流与整流电路

利用二极管的单向导电性可以将交流电转换为直流电，这一过程称为整流，这种电路就称为整流电路。

常见的整流电路有半波整流电路和全波整流电路。

二、单相桥式整流电路的结构和特点

单相桥式整流电路利用整流二极管的单向导电性，将交流电变成单向脉动直流电，其组成结构如图7－1所示。

图7－1　单相桥式整流电路

图7－1中，Tr表示电源变压器，作用是将交流电网电压u1变成整流电路要求的交流电压；RL是直流供电的负载电阻；4只整流二极管VD1～VD4依次接成电桥的形式，故称桥式整流电路。

桥式整流电路的特点是：输出电压的直流成分得到提高，脉冲成分被降低，每只整流二极管承受的最大反向电压较小，变压器的利用效率高，因此被广泛使用。

单相桥式整流电路的实现

在实际应用中，单相桥式整流电路可以用四个的整流二极管实现，也可以用集成器件“桥堆”来实现。

图7－2所示为单相桥式整流电路的习惯简化画法。

图7－2　单相桥式整流电路的习惯简化画法

三、单相桥式整流电路的工作原理

图7－3　单相桥式整流电路波形

在图7－3单相桥式整流电路波形中，在u的正半周时，u2>0时，VD1、VD4导通，VD2、VD3截止，故有图示iD1(iD4)的波形；

同样，在u1的负半周时，u2<0时，VD1、VD4截止VD2、VD3导通，故有电流iD2(iD3)。

可见在u的正、负半周均有电流流过负载电阻RL，且电流方向一致，综合得到uo(io)的波形。

低音炮音箱

如图7－4所示，日常生活中使用的低音炮音箱，有些采用了专业的桥式整流技术，通过内置的桥式整流电路，使得低频带通电路的信号顺畅与稳定，可以使声音更加纯净。

图7－4　低音炮音箱

第二节　滤波电路

经过整流电路后的输出电压已经是单相的直流电压，但是其中含有直流和交流的成分，电压的大小仍有变化，这种直流电称为脉动直流电。对于某些工作(如蓄电池充电)，脉动电流已经可以满足要求，但是对于大多数电子设备，需要平滑的直流电，故整流电路后面都要接滤波电路，尽量减小交流成分，以减小整流电压的脉动程度，适合稳压电路的需要，这就是滤波。由此组成的电路称为滤波电路。下面介绍两类主要的滤波电路。

一、RC平滑滤波电路 

1.RC平滑滤波电路的结构

 在负载上并联一个电容器，利用电容器充放电时端电压不能跃变的特性使直流输出电压保持稳定。图7－5为一个简单的整流滤波电路，二极管VD起整流作用，与负载并联的电容C起滤波作用，这个电容器就是一个最简单的滤波器。

图7－5　RC平滑滤波电路

2.RC平滑滤波电路的工作原理 

RC平滑滤波电路是利用电容器的端电压在电路状态改变时不能跃变的原理实现滤波的。下面结合图7－6来讲述RC平滑滤波电路的工作原理。

图7－6　滤波电容器的作用

由于二极管的整流作用，未接滤波电容器时，忽略二极管正向压降，输出为半波，如图7－6(a)图所示；并联滤波电容器以后，由于电容两端电压不能跃变，输出波形如图7－6(b)所示。改善滤波电容器的性能可获得直流信号。

注意：滤波电容器电容较大，一般用电解电容，应注意电容的正极性接高电位，负极性接低电位，如果接反则容易损坏器件。

二、LC平滑滤波电路

1.LC平滑滤波电路的结构 

在滤波电容之前串接一个铁芯电感线圈，就组成LC平滑滤波电路，如图7－7所示。

图7－7　LC平滑滤波电路

LC平滑滤波电路可有效减小输出电压的脉动程度，适用于电流较大、要求输出电压脉动很小的场合，或用于高频场合。

2.LC平滑滤波电路的工作原理 

电容和电感都是基本的滤波元件，当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中会产生自感电动势阻碍电流变化，因此通过电感的电流不能突变，流过负载的电流也就不能突变，从而使负载电流和负载电压的脉动大为减小，电流平滑，输出电压的波形也就平稳了，达到了滤波目的。