(完整版)直流稳压电路复习及习题答案

7.1 本章主要知识点

7.1.1 整流电路

整流电路的作用是将交流电（正弦或非正弦）变换为单方向脉动的直流电，完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的核心元件。常用整流电路如表7.1所示，应重点掌握单相桥式整流电路。

整流电路研究的主要问题是输出电压的波形以及输出电压的平均值Uo（即输出电压的直流分量大小），均列于表7.1中。表中还列出了各种整流电路的二极管中流过的电流平均值ID和二极管承受的最高反向电压UDRM，它们是选择二极管的主要技术参数。变压器副边电流的有效值I2是选择整流变压器的主要指标之一。

分析整流电路工作原理的依据是看哪个二极管承受正向电压，三相桥式整流电路是看哪个二极管阳极电位最高或阴极电位最低，决定其是否导通。分析时二极管的正向压降及反向电流均可忽略不计，即可将二极管视作理想的单向导电元件。

表7.1 各种整流电路性能比较表

二极类型 整流电整流电路 整流电压波形 压平均值Uo 管电流平均值ID 单相半波 单相全波 单相桥式 三相半波 三相桥式 u2uo二极管承受的最高反向电压UDRM 变压器副边电流的有效值I2 +u2-+uo-uo0.45U2 0uoIo 2U2 1.57Io ωt u2u2uo 00.9U2 1Io 222U2 0.79 Io ωt uo+u2-u2+uo- 0.9U2 0uo1Io 22U2 1.11 Io ωt 1Io 31.17U2 uo32U2 0.59 Io 0ωt uo2.34U2 01Io 332U2 0.82 Io ωt 1

7.1.2 滤波电路

滤波电路的作用是减小整流输出电压的脉动程度，滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。

最简单的滤波电路是电容滤波电路，滤波电容C与负载电阻RL并联，其特点是： （1）输出电压的脉动大为减小，并且电压较高。 半波整流：UoU2

全波整流：Uo1.2U2

（2）输出电压在负载变化时波动较大，只适用于负载较轻且变化不大的场合，一般要求时间常数满足：

TRLC≥(3~5)

2（3）二极管导通时间缩短，电流峰值大，容易损坏二极管。

（4）单相半波整流时二极管承受的最高反向电压增大一倍，为：

UDRM22U2

除了电容滤波电路以外，还有电感滤波电路以及由电容和电感或电阻组成的LC、CLCπ型、CRCπ型等复合滤波电路。电感滤波电路的输出电压较低，一般Uo0.9U2，峰值电流很小，输出特性较平坦，负载改变时，对输出电压的影响也较小，适用于负载电压较低、电流较大以及负载变化较大的场合，缺点是制作复杂、体积大、笨重，且存在电磁干扰。LC和CLCπ型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。负载较轻时常采用CRCπ型滤波电路。 7.1.3 直流稳压电路

直流稳压电路的作用是将不稳定的直流电压变换成稳定且可调的直流电压的电路，完成这一任务的是稳压管的稳压作用或在电路中引入电压负反馈。 1并联型线性稳压电路

并联型线性稳压电路是将稳压管与负载电阻并联，稳压管工作在反向击穿区，可在一定的条件下使输出电压基本不变，从而起到稳定电压的作用，如图7.1所示。

I+ UR -+Ui-RIZVDZ+UZ-IoRL+Uo-

图7.1 并联型直流稳压电路

稳压过程：

Uo↑→IZ↑→IR↑→UR↑Uo↓ 选择稳压管选择：

UZUoIZM(1.5~3)Iomax Ui(2~3)Uo限流电阻选择：

2

UimaxUZUUZ RiminIZMIominIZIomax2．串联型线性稳压电路

串联型直流稳压电路的基本原理图如图7.2所示。整个电路由4部分组成：

（1）取样环节。由R1、RP、R2组成的分压电路构成。它将输出电压Uo分出一部分作为取样电压Uf，送到比较放大环节。

（2）基准电压。由稳压二极管VDZ和电阻R3构成的稳压电路组成。它为电路提供一个稳定的基准电压UZ，作为调整、比较的标准。

（3）比较放大环节。由V2和R4构成的直流放大电路组成。其作用是将取样电压Uf与基准电压UZ

之差放大后去控制调整管V1。

（4）调整环节。由工作在线性放大区的功率管Vl组成。Vl的基极电流IB1受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流IC1和集、射电压UCEl改变，从而达到自动调整稳定输出电压的目的。

V1+Ui-R4－UBE1+V2R3R1RPIoRa+UBE2 +－+UUZVDZfR2- -+RLUo-Rb

图7.2 串联型稳压电路 稳压过程：

Uo↑→Uf↑→IB2↑→IC2↑→UC2↓→IB1↓→UCE1↑Uo↓ 输出电压：

RRbUoaUZ

Rb用电位器RP即可调节输出电压Uo的大小，但Uo必定大于或等于UZ。 3．线性集成稳压器

三端稳压器有W78××和W79××两种系列，如图7.3所示，其中电容C1用以抵消较长线路的电感效应，防止产生自激振荡，电容C2用以减小电路的高频噪声，C1一般取0.1～1μF，C2取1μF。W78××系列输出正电压，W79××系列输出负电压，输出电压有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多种，输出电流可达1A、2A等多种，最高输入电压为35V，输入电压与输出电压之差最小为2～3V，输出电压变化率为0.1％～0.2％。

1+Ui-C1W78××3C22+Uo--Ui+C13W79××1C22-Uo+

（a）输出固定正电压的电路 （b）输出固定负电压的电路

图 7.3 三端稳压器基本接线图

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3.4．开关稳压电路

开关型稳压电路具有效率高、体积小、重量轻、对电网电压的要求不高等优点，其缺点是调整管的控制电路比较复杂，并且输出电压中纹波和噪声成分较大。

7.2 习题解答

7-1 有一单相桥式整流电路，已知变压器副绕组电压为100V，负载电阻为2kΩ,忽略二极管的正向电阻和反向电流。试求：(1)负载电阻RL两端电压的平均值Uo及电流的平均值IL；(2)二极管中的平均电流ID及各管承受的最高反压UDRM。

解： (1) Uo0.9U290V

IL=

0.9U29045mA 3RL2102U2141V, ID=

(2) UDRMIL=22.5mA 2每只管子的平均电流ID Io 每个管子承受的最大反向电压UDRM 分析：对单相整流电路参数的掌握是本章的重点。 名称 负载直流电压Uo 负载电流平均值 单相半波 0.45U2 0.45U2 RL2U2 单相全波 0.9U2 0.9U2 RL0.9U2 RL0.5 Io 22U2 单相桥式 0.9U2 0.5 Io 2U2 7-2 单相桥式整流电路中，若有一个二极管相反、短接以及断开会出现什么现象？

解：若一二极管极性接反，会造成副边绕组和部分二极管过流以至被烧毁；若一二极管开路，此时全波整流变成半波整流；若一二极管被短路，此时变压器副边线圈可能烧毁。 分析：对于单相桥式整流电路

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桥式全波整流电路的各种故障及现象

(1)二极管D1开路、未接通，此时全波整流变成半波整流。u2正半周的波形无法送到RL上。 (2)二极管Dl被短路，此时二极管D2和变压器副边线圈可能烧毁。

(3)二极管D1极性接反，这样在u2负半周时，变压器副边输出直接加在两个导通的二极管Dl、D2上，造成副边绕组和二极管D1、D2过流以至被烧毁。

(4)二极管D1、D2极性都接反，此时正常的整流通路均被切断，电路无输出，uo为0。

(5)二极管D1开路，D2被短路，此时全波整流变成半波整流，u2负半周时输出负载RL上有整流后的波形。

7-3 图7-21电路中，二极管为理想元件，u1为正弦交流电压，已知交流电压表V1的读数为100V，负载电阻RL = 1k，求开关S断开和闭合时直流电压表V2和电流表A的读数。（设各电压表的内阻为无穷大，电流表的内阻为零）

SiOAuui1V1u2RLuoV2

图7-21 题7-3图

解： 开关S断开，电路为半波整流电路

电压表(V2)的读数为Uo0.45U245V，电流表(A)的读数为IL开关S闭合，单路是单向全波整流电路

电压表(V2)的读数为Uo0.9U290V，电流表(A)的读数为IL0.45U2=45mA。 RL0.9U2=90mA。 RL7-4 整流电路见图7-22，二极管为理想元件，它能提供两种整流电压。已知变压器二次电压有效值

U2180V，U22U2320V，负载电阻RL15k，RL250k 。 试求：(1) 通过两个负载的

平均电流Io1 和 Io2；(2) 每个二极管承受的最高反向电压 。

图7-22 题7-4图

解：图P8－3所示整流电路可分作两部分：次级线圈U21、U22 (80 +20)V、VD1、 RL1构成一个

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半波整流电路；两段U22、U2320V线圈、VD2、VD3、RL2构成一个全波整流电路。

0.451000.9209mAI0.36mA O2510350103 (2) UDRM12(U21U22)2100141V,

(1) IO1UDRM2UDRM322U22222056.56V

分析：做本题的时候应该注意整流电路电流的方向和二极管箭头的方向一致，IO2的实际方向和参考方向相反，所以是负值。

7-5 电路见图7-23，已知变压器二次边电压u2202sin314tV，滤波电容C500μF，负载电阻RL50，试 求：(1) 当开关S断开时，输出电压平均值, 二极管所承受的最高反向电压；(2) 当开关S闭合时，输出电压平均值, 流过二极管的电流平均值。

图7-23 题7-5图

解: (1) 当开关S断开时;电路为单相全波整流电路不带有滤波环节，U00.9U218V;

UDRM2U228.28V

(2) 当开关S闭合时;电路为单相全波整流电路带有滤波环节,U01.2U224V ;

ID0.5IL0.5242.4mA 507-6 整流滤波稳压电路见图7-24，已知UI30V，Uo12V，R2k，RL4k，稳压管的稳定电流Izmin5mA与Izmax18 mA试求：(1) 通过负载和稳压管的电流 ；(2) 变压器二次电压的有效值；(3) 通过二极管的平均电流和二极管承受的最高反向电压。

图7-24 题7-6图

名称 负载直流电压Uo 适用场合 电容滤波电路外特性较差，适用于负载小，且单相全波整流电路经电容滤波 单相全波整流电路经电容滤波 1.2U2 变化不大的场合RLC(510)T 适用于大负载的场合

0.9U2 L(510)T RL 6

解： (1) IRLU012UIU030123mA，I9mA,IZIRIRL6mA R33RL410R210 (2)因为电容的滤波作用 UI1.2U2 所以 U230/1.225V。

(3) ID0.5IR1.5mA，UDRM2U235.35V

7-7 串联型稳压电路见图7-25，稳压管VS的稳定电压为5.3V，电阻R1=R2=200Ω，晶体管的UBE=0.7V。(1) 试说明电路的如下4个部分分别由哪些元器件构成：调整管、放大环节、基准环节、取样环节；(2) 当RP的滑动端在最下端时，Uo=15V，求RP的值；(3) 当RP的滑动端移至最上端时，问Uo=？

图7-25 题7-7图

解：⑴ 所示为一完整的整流、滤波、稳压电路。其中的串联式稳压电路包含：调整管、基准电压、取样环节、放大环节四部分。它们分别由下列元器件构成：

调整管由三极管V1构成。 基准电压由电阻R和稳压管组成。 取样环节由电阻R1、R2和电位器RP组成。 放大环节由三极管V2和电阻RC2组成。

⑵ 当RP的滑动端在最下端时，有： Uo 因此，可得：

RPR2UZUBE2

R1RPR2UoR215200R1R2200200100()

UZUBE25.30.7 ⑶ 若RP的滑动端移至最上端时，可得：

Uo(UZUBE2)R1RPR2200100200(5.30.7)10(V)

RPR2200100

7-8 在图7-26中所示的稳压电源电路中，A为理想运算放大器，试给出在下列小题填空：

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Ui_

图7-26 题7-8图

1．若电容C1两端的直流电压Ui=18V，则表明U2（有效值）≈ 15 V； 解：整流电路经电容滤波后UI1.2U2 所以U218/1.215V

若U2的数值不变，而电容C1脱焊，则电路为全波整流电路无滤波环节，Ui=0.9U213.5 V，

若有一只整流二极管断开，且电容C1脱焊，电路变为单相半波整流电路则Ui=0.45U26.75V。 2．要使RP的滑动端在最下端时Uo=18V，则RP的值应为 1 kΩ，在此值下，当RP的滑动端在最上端时，Uo= 12V 。

3．设Ui=24V，设调整管V的饱和压降UCE≤3V，在上题条件下，V能否对整个输出电压范围都起到调整作用？答： 不能 ，理由是调整管的压降范围应该UCEmax＝UImax－UOmin＝8V。 。

4．在Ui=24V的情况下，当IE=500mA时，RP的滑动端处于什么位置（上或下）时V的耗散功率最大？答： 上端时 ，它的数值是 PT≈IEUCE≈500mA*（24-12）=6W。

7-9 在图7-27中画出了两个三端集成稳压器组成的电路，已知电流IW=5mA。

(1) 写出图7-28a中Io的表达式，当RL=5Ω,算出具体数值；(2) 写出图7-28b中Uo的表达式，并算出当R2=5Ω时的具体数值；(3) 指出这两个电路分别具有什么功能。

UiUiUo

图7-27 题7-9图

解：a）IR51mA 5I0IRIW156mA U0I0RL6530mV

A电路相当与可调电流源 b）IR151mA 5IR2IR1IW156mA

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UR2IR2RL6530mV U0UR1UR25.03V

B电路相当与一个可调电压源

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