实验四  整流滤波集成稳压电路电路的测试

                       一、实验目的

 1、研究单相桥式整流、电容滤波电路的特性。

2、了解三端集成稳压器件的稳压原理及其应用。

 3、了解三端集成稳压器性能指标的测试方法。

 二、实验原理

电子设备一般都需要直流电源供电。这些直流电除了少数直接利用干电池和直流发电机外，大多数是采用把交流电（市电）转变为直流电的直流稳压电源。直流稳压电源框图如下：

图4-1  直流稳压电源框图

直流稳压电源由电源变压器、整流、滤波和稳压电路四部分组成，其原理框图如图4-1 所示。电网供给的交流电压u₁(220V,50Hz) 经电源变压器降压后，得到符合电路需要的交流电压u₂，然后由整流电路变换成方向不变、大小随时间变化的脉动电压u₃，再用滤波器滤去其交流分量，就可得到比较平直的直流电压u_I。但这样的直流输出电压，还会随交流电网电压的波动或负载的变动而变化。在对直流供电要求较高的场合，还需要使用稳压电路，以保证输出直流电压更加稳定。

　　随着半导体工艺的发展，稳压电路也制成了集成器件。由于集成稳压器具有体积小，外接线路简单、使用方便、工作可靠和通用性广等优点，因此在各种电子设备中应用十分普遍，基本上取代了由分立元件构成的稳压电路。集成稳压器的种类很多，应根据设备对直流电源的要求来进行选择。对于大多数电子仪器、设备和电子电路来说，通常是选用串联线性集成稳压器。而在这种类型的器件中，又以三端式稳压器应用最为广泛。

W7800、W7900系列三端式集成稳压器的输出电压是固定的，在使用中不能进行调整。W7800系列三端式稳压器输出正极性电压，一般有5V、6V、9V、12V、15V、18V 、24V 七个档次，输出电流最大可达1.5A（加散热片）。 同类型78M系列稳压器的输出电流为0.5A，78L系列稳压器的输出电流为0.1A。若要求负极性输出电压，则可选用W7900 系列稳压器。

图4-2 为 W7800系列的外形和接线图。

它有三个引出端

　　输入端（不稳定电压输入端）  标以 “1”

　　输出端（稳定电压输出端）    标以 “3”

公共端                      标以 “2”

    除固定输出三端稳压器外，尚有可调式三端稳压器，后者可通过外接元件对输出电压进行调整，以适应不同场合的需要。

本实验所用集成稳压器为三端固定正稳压器W7812，它的主要参数有：输出直流电压 U₀＝＋12V，输出电流 L:0.1A，M:0.5A，电压调整率 10mV/V，输出电阻 R₀＝0.15Ω，输入电压U_I的范围15～17V 。因为一般U_I要比 U₀大3～5V ，才能保证集成稳压器工作在线性区。

图4-2  W7800系列外形及接线图

图4-3 是用三端式稳压器W7812构成的单电源电压输出串联型稳压电源的实验电路图。其中整流部分采用了由四个二极管组成的桥式整流器成品（又称桥堆），型号为2W06(或KBP306)，内部接线和外部管脚引线如图 4-4所示。滤波电容C₁、C₂一般选取几百～几千微法。当稳压器距离整流滤波电路比较远时，在输入端必须接入电容器C₃（数值为0.33μF ），以抵消线路的电感效应，防止产生自激振荡。输出端电容C₄(0.1μF)用以滤除输出端的高频信号，改善电路的暂态响应。

图4-3  由W7812构成的串联型稳压电源

 

(a) 圆桥2W06                   (b) 排桥KBP306

图4-4 　桥堆管脚图

三、实验设备与器件

　　1、 可调工频电源  1台        2、 双踪示波器  1台

    3、 交流毫伏表    1台        4、 直流电压表  1台

    5、 直流毫安表    1台        6、 三端稳压器W7812、W7815、W7915

    7、 桥堆 2WO6(或KBP306­)     8、电阻器、电容器若干

                四、实验内容

1、 整流滤波电路测试

在实验箱上找出本实验所需的器件(三端稳压器W7812、桥堆2WO6、电阻、电容等), 并按图4-3 连接电路。取交流电压为14V，作为整流电路输入电压u₂。

1) 取R_L＝240Ω ，不加电容C1 ～C4及W7812，用数字万用表测量直流输出电压U_L 用晶体管毫伏表测量纹波电压_L，并用示波器观察u_L的波形，记入表4-1。

2) 取R_L＝240Ω ，C＝100μf ，去掉R和后一个100μf的电容C,接成图4-5，用数字万用表测量直流输出电压U_L ，用晶体管毫伏表测量纹波电压_L，并用示波器观察u_L的波形，记入表4-1。

3) 取R_L＝240Ω ，C1＝100μf ，C2＝100μf，R=10Ω，按图4-6接线，用数字万用表测量直流输出电压U_L ，用晶体管毫伏表测量纹波电压_L，并用示波器观察u_L的波形，记入表4-1。

图4-5  整流滤波电路

表4-1       U₂＝14V

图4-6 整流滤波电路

　2、 集成稳压器性能测试

    断开工频电源，按图4-3 接入W7812，并取负载电阻R_L＝120Ω。

　 1) 初测

　　 接通工频14V电源，测量U₂值；测量滤波电路输出电压U_I(稳压器输入电压）， 集成稳压器输出电压U₀，它们的数值应与理论值大致符合，否则说明电路出了故障。此时应设法查找故障并加以排除。

　　电路经初测进入正常工作状态后，才能进行各项指标的测试。

   2)各项性能指标测试

  　①输量电压U₀和最大输出电流I_omix 。

　　在输出端接负载电阻R_L＝120Ω，由于W7812输出电压U₀＝12V，因此流过R_L的电流。这时U₀应基本保持不变，若变化较大则说明集成块性能不良。

　  ②稳压系数S 的测量

  　③输出电阻R₀的测量

  　④输出纹波电压的测量

②、③、④的测试方法同实验十四，把测量结果记入自拟表格中。

五、注意事项

　①每次改接电路时，必须切断电源。

②在观察输出电压u_L波形的过程中，“Y 轴灵敏度”旋钮位置调好以后，不要再变动，否则将无法比较各波形的脉动情况。

六、实验总结

 1、对表4-1所测结果进行全面分析，总结桥式整流、电容滤波电路的特点。

 2、在桥式整流电路实验中，能否用示波器同时观察U₂ 和U_L的波形，为什么？

3、在桥式整流电路中，如果某个二极管发生开路、短路或反接三种情况，将会出现什么问题？

4、整理实验数据，计算S 和R₀，并与手册上的典型值进行比较。

  

   七、预习要求

 1、复习整流、滤波和稳压电路的工作原理。

 2、了解有关三端集成稳压器件及其功能。

3、在测量稳压系数S 和内阻R₀时，应怎样选择测试仪表？

 

第二篇：整流电路与滤波电路的原理与使用

整流电路与滤波电路的原理与使用----模拟电子基础

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整流电路
    二极管具有单向导电性，利用这一特性可以组成整流电路，将交流电变为脉动的直流电。在小功率直流电源中，经常采用单相半波、单相全波、单相桥式整流电路。
 一、单相半波整流电路
   1、电路组成与工作原理
      电路中用变压器T将电网的正弦交流电压U1变成U2，设U2=√2U2sinωt;
    U2为变压器二次侧的交流电压有效值，在U2的正半周二极管D导通（正偏压），电流Id流过加到负载rl上，则负载电压等于变压器二次电压，即：ul=U2=√2U2sinωt(0<=ωt<=π）
在U2的负半周时，二极管反向偏压而截止，Id=0负载上没有电流流过，二极管承受一个反向电压，其值就是变压器的U2；因在交流电压的一个周期内只有正半周导通所以称为半波整流。
   2、负载上的直流电压与电流的估算
      直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值。半波整流电路ul=0.45U2(大约数）；负载上的电流
      il=ul/rl=0.45*U2/RL;

　

  二、单相全波整流电路
   1、变压器中心抽头的全波整流电路
       全波整流电路利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使D1、D2在正负半周轮流导通，而且二者流进rl的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。
   负载上的直流电压和电流的计算
    因正、负半周在负载上都有输出电压所以全波整流电路负载上的电压是半波的2倍；

    ul=2*(√2/π）*U2=0.9U2;   il=0.9*(U2/rl)
    但全波整流电路必须采用具有中心抽头的变压器且要对称的，每个线圈只有一半时间通过电流，变压器的利用率不高。
 2、桥式整流电路
       为了克服全波整流的缺点现在多采用如图的桥式整流电路；
      整流过程：四个二极管两两轮流导通，正半周时电流由D1---RL---D3回到U2的负端，正半周时，电流由D2---RL---D4回到U2的正端；无论是正半周还是负半周流过RL的电流的方向是一致的，所以它的电压：ul=0.9U2;  电流IL=0.9*(U2/RL)
 
滤波电路
    上面学习的整流电路,它们的输出电压都含有较大的脉动成分,只在一些特殊的场合使用,一般的直流电路都需要较理想的一条直线似的的直流电压,这就要平滑脉动的电压使其达到,这种措施就是滤波.
    滤波器一般由电感或电容以及电阻等元件组成.

 (一)电容滤波
    利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲的电压的目的.
      在正半周D导通时分两个电流:一是电流IL向负载供电,二是IC向电容充电;如忽略D的压降则在电容上的电压等于U2,当U2达到最大的峰值后开始下降,此时电容C上的电压UC也将由于放电而逐渐下降,当U2<UC时,二极管被反偏而截止,于是UC向负载供电且电压继续下降,直到下一个正半周U2>UC时二极管再导通,再次循环下去.
    但半波整流滤波的输出的电压还是带有锯齿装的成分现在多用桥式整流滤波电路;原理同上.
  根据上面的分析可知,采用电容滤波后,有如下特点:
  1、负载电压中的脉动的成分降低了许多；
  2、负载电压的平均值有所提高。在RL一定时滤波电容越大，UL越大。设计时可估算：
     UL=1---1.1U2(半波);UL=1.2U2(全波桥式整流)
     滤波电容的确定:  RL*C>=(3--5)T(半波整流时);RL*C>=(3--5)T/2(全波桥式整流时);T为交流电的周期.
    (220交流电的频率为50HZ;即T=1/50)