模拟电路部分
实验6 整流滤波与稳压电路
一、实验目的
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。
二、实验任务
基本实验任务
1. 选择二极管组成整流电路，测试半波、桥式整流电路的性能。
2. 测量不同容量的电容滤波电路的输出波形和外特性，分析电容滤波性能。 3. 测量稳压二极管构成的并联稳压电路的性能参数。 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。 2.设计一个能够给300Ω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。
三、实验器材
1．双踪示波器 2．台式数字万用表 3. 模拟电路实验箱
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。直流稳压电源的结构框图如图10.1
u t 交流电图10.1 直流稳压电源的原理框图 变压 整流 滤波 稳压 负载 u t 所示。
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。
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2. 整流电路 整流电路是利用二电性，将交流电变成单电。常用的单相整流电与单相桥式整流。
单相半波整流电路组成，如图10.2（a）所为变压器副边的正弦交只保留输入电压正半周流电压，波形如图10.2
Tr +u1 -（a） u2 RL uo
2U2 u2 D 2U2 0 uo ? 2? 3 ?t
极管的单向导向脉动的直流路有单相半波由一只二极管示。该电路输入流电压，输出为的单向脉动直（b）所示。若
0 ? （b） 2? ?t 3? 图10.2 单相半波整流电路
将D看做理想二极管，则输出u2 电压的平均值与变压器付边Tr 2U2 电压有效值的关系是：+D1 D4 ?t 0 U0=0.45U2。 ? 2? 3? u2 u ou 1单相桥式整流由四只二RL uo
U 22D3 极管组成整流桥，如图10.3D2-（a）所示。在输入电压的正 ?t 0 ? 2? 3? 半周，D1和D3导通， D2
和D4截止，输出电压为u2的（a） （b） 正半周；在输入电压的负半图10.3 单相桥式整流电路 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。
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（RLC3(3~5)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
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。
u
T），其输出电压平均值与变2t
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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。
4. 稳压电路
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。负载上的输出电压uo就是稳压管的稳定电压UZ。
R +u1 -图10.5 稳压管稳压电路 u2 uI +IL
C DZ RL uo
（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。
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R2为串联，所以输出端电压为：UO=1.25(1+R2)V。调整R2，可调整输出电压的大小。 R1（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