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常见的稳压电路包括稳压管稳压电路和三极管串联型稳压电路等。

图9-1-1直流电源电路的组成部分

9.2整流电路

整流电路是利用二极管的单向导电特性，将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压。

在小功率直流电源中，经常采用半波整流电路、全波整流电路和单相桥式整流电路。

在整流电路分析设计中，由于整流二极管的正向电压降比电路的输入、输出电压都小得多，通常把整流二极管当作理想二极管以简化分析设计过程。

整流电路的主要技术指标包括：

1．输出直流电压Vo

直流电压Vo是整流输出电压瞬时值vo在一个周期内的平均值，即

（9.2.1）

2．输出电压脉动系数S

脉动系数S定义为输出电压的最低次谐波峰值Volm与输出直流电压值Vo之比，即

（9.2.2）

该值用来表明电路输出中包含的交流成分的大小。

该值越小，说明整流效果越好。

这两项指标是用来定量表示整流电路输出电压中包含的直流量和交流量的大小。

从整流电路的设计角度看，选择整流二极管的参数应满足：

3．整流二极管正向平均电流ID

整流二极管正向平均电流ID是在一个周期内通过二极管的平均电流。

4．二极管最大反向峰值电压VRM

最大反向峰值电压VRM是整流二极管两端承受的最大反向电压。

一般要求二极管的最大整流电流IF≥ID；

二极管的最大反向工作电压VR≥VRM。

9.2.1半波整流电路

半波整流电路是利用二极管的单向导电性，使输入的交流电的半个周期对负载供电，另外半个周期不供电，典型电路如图9-2-1（a）所示。

图9-2-1单相半波整流电路

若变压器一次输入有交流电压v1，经过变压器变换后，在变压器二次得到输出电压v2，可以表示为

上式中V2m是

的峰值电压，

为有效值，峰值与有效值之间的关系为

；

ω为交流电的角频率。

v2经过二极管D半波整流之后，所得到的输出电压为

输出电压波形如图9-2-2（b）所示。

下面分析半波整流电路的主要参数指标。

利用傅里叶级数对输出电压vo进行展开，可以得到

其中等号右侧前三项分别为输出电压的直流分量、一次谐波和二次谐波。

其中的直流分量为

（9.2.3）

Vo在图9-2（b）中用短虚线表示。

2．脉动系数S

输出电压中包含的最低次交流分量即一次谐波的幅度为

所以脉冲系数为

（9.2.4）

上式表明，半波整流电路输出包含的交流成分比较大，其最低次谐波的幅度比直流分量还要大。

在半波整流电路中，二极管的电流任何时候都等于输出电流，所以两者的平均电流值也相等，即

（9.2.5）

在半波整流电路中，当二极管截止时，整流二极管承受的最大反向电压就是变压器二次电压

的最大值，即

（9.2.6）

半波整流电路的特点是结构简单，使用的元器件少，但是由于电路只利用交流电的半个周期，显然效率低，而且脉动系数大，提供的负载电流较小。

9.2.2全波整流电路

全波整流电路在交流电的两个半周都向负载供电。

全波整流电路使用了两个二极管D1、D2，以及次级（二次侧）线圈具有中心抽头的变压器，次级线圈的两部分输出电压相同，抽头接地，电路如图9-2-3（a）所示。

全波整流在工作时，次级线圈的两部分轮流工作。

当交流电处于正半周时，与D1相连的线圈通过D1向负载供电，此时D2截止；

当交流电处于负半周时，与D2相连的线圈通过D2向负载供电，此时D1截止。

由此可见，全波整流时，交流电的两个半周都参与供电，而整流二极管是轮流导通供电。

变压器的次级线圈的两部分输出电压相同，均为v2，故整流输出为

图9-2-2单相全波整流电路

下面分析单相全波整流电路的主要参数指标。

对输出电压进行傅里叶级数展开得到

因此，输出电压的直流分量为

（9.2.7）

输出电压中包含的最低次谐波的幅度为

代入脉动系数定义式得

（9.2.8）

可见全波整流的效果明显优于半波整流，其输出电压中的直流分量高，交流成分显著减小。

由于全波整流电路中D1、D2轮流导电，故流过每个二极管的平均电流为输出平均电流值的一半，即

（9.2.9）

全波整流电路中，整流二极管承受的最大反向电压为变压器二次电压最大值的两倍，即

（9.2.10）

全波整流电路的优点是电源利用率高，输出电压提高了一倍，每个二极管仅提供输出电流的一半。

但是，要求二极管耐电压要高，且需要一个具有中心抽头的变压器。

9.2.3桥式整流电路

桥式整流电路的整流效果与全波整流相同，但不需要变压器中心抽头，电路如图9-2-3所示。

图9-2-3单相桥式整流电路图

当输入交流电源的正半周时，二极管D1、D3导通，电流从变压器二次绕组的上端出发，流过D1和负载RL，再经过D3回到变压器二次绕组的下端；

当输入交流电源的负半周时，二极管D2、D4导通，电流从变压器二次绕组的下端出发，流过D2和负载RL，再经过D4回到变压器二次绕组的上端。

桥式整流电路整流输出波形与全波整流输出相同，其主要指标与参数也和全波整流相同：

输出直流电压

，脉动系数

，整流二极管平均正向电流

但二极管最大反向电压

。

全波整流电路和桥式整流电路都具有输出电压直流电压高，脉动系数小等的优点，都是常用的整流电路。

9.3滤波电路

对于整流电路输出的脉冲直流电，由于其中包含的交流成分比较大，若直接对各种电子设备供电，会引入比较大的干扰，例如音频放大设备产生比较明显的“嗡嗡”的交流声。

实际应用中需要在整流之后进行滤波，消除直流电源中的交流电压成分。

直流电源中进行滤波的电路单元称为滤波电路。

直流电源中通常采用电容和电感等滤波元件组成无源滤波电路。

9.3.1电容滤波电路

图9-3-1中的电容C构成电容滤波电路。

下面分空载和带负载两种情况讨论。

图9-3-1桥式整流、电容滤波电路

1．工作原理

（1）空载时情况

电容C两端的初始电压为零。

接入交流电源后，当v2为正半周时，通过D1、D3向电容器C充电；

v2为负半周时，经D2、D4向电容器C充电，充电时间常数为

其中，Ri为整流电路包括变压器二次绕组的直流电阻和二极管D的等效电阻。

一般由于Ri很小，所以充电很快，电容C迅速被充到交流电压的峰值V2m。

此时二极管的电压始终小于或等于零，故二极管均截止，电容C无放电回路，所以，输出电压vo保持在V2m不变，输出为一个恒定的直流。

这时的单相桥式整流、电容滤波电路的输出波形如图9-3-2（a）所示。

图9-3-2电容滤波波形

（a）空载时输出波形（b）接入负载输出波形（c）二极管电流波形

（2）带负载时的情况

图9-3-2（b）波形表示了在带负载RL时电容滤波的工作情况。

当t=0时电源接通，v2处于正半周，通过D1、D3一方面向负载RL提供电流，另一方面向电容C充电。

接入负载时的充电时间常为

由于负载

较大，所以充电时间与空载时相差不大，因此在开始的1/4个周期中，输出电压vo与输入电压v2相同；

当输入电压达到峰值V2m时，电容电压和输出电压也达到最大值V2m，如图9-3-2（b）中的ab段所示；

之后v2开始下降，v2＜vc，二极管D1～D4受反向电压作用而全部截止，这时电容C开始经RL放电，放电的时间常数为

由于RL较大，故放电时间常数较大，电容两端的电压vc按指数规律慢慢下降，如图9-3-2（b）bc段所示；

电容放电过程直至下一个半周v2按正弦规律上升到和电容电压vc相等。

当|v2|＞vc时，二极管D2、D4开始导通，v2经D2、D4又开始对电容C充电，因而vc又开始升高，直至交流信号最大值V2m附近，该过程如图9-3-2（b）cd段所示。

cd段vc到上部v2值之间的电压部分，为电路中的电流在整流电路内阻Ri上产生的电压降。

电容C如此周而复始地进行充、放电，负载RL上便得到如图9-3-2（b）所示的一个近似锯齿波的输出电压，使负载电压的波动大为减小。

2．输出直流电压Vo和脉动系数S

电容滤波后，输出直流电压Vo提高了，纹波减小，而且输出直流电压Vo与放电时间常有关，RLC越大，电容放电速度越慢，负载电压中的纹波成分越小，输出直流电压Vo越高。

考虑两种极端情况，一种是空载时，没有负载电流，整流输出都用来对滤波电容充电，此时输出电压最高，即

，

，交流纹波完全滤掉；

另一种情况是当电容开路时，相当于没有滤波，输出电压等同于桥式整流后的直流电压

所以，电容滤波电路的输出直流电压Vo在

～

范围内变化。

为了获得较好的滤波效果，应选择大容量的电容进行滤波，实际使用中一般取

≥～

（9.3.1）

式中T为电源交流电压的周期；

一般电容为几十至几千微法，多选用电解电容，其耐电压值应大于V2m。

当满足式（9.3.1）时，输出直流电压Vo可估算为

（9.3.2）

脉动系数为

（9.3.3）

3．整流二极管的导通角

在未加滤波电容之前，无论是哪种整流电路中的二极管，均至少有半个周期为导通状态，即二极管的导通角θ大约等于π。

加滤波电容后，只有当电容充电时，二极管才导通，因此，每个二极管的导通角都小于π。

而且RLC的值愈大，滤波效果愈好，二极管导通角θ将愈小。

由于电容滤波后输出平均电流增大，而二极管的导通角反而减小，所以导通期间整流二极管的充电电容为一个很大的电流脉冲，如图9-3-2（c）所示。

这对二极管的寿命很不利，所以必须选用最大整流平均电流IF较大的二极管。

一般可按IF≥（2~3）Io来选择整流二极管。

电容滤波电路结构简单，使用方便，但是为了取得良好的滤波效果则需要使用大容量的电容；

当要求输出电流较大时，电容滤波难以取得良好的滤波效果，电容滤波适用负载电流不大的场合。

【例9.1】滤波电路如图9-3-1所示，设供电电源频率为50Hz，要求输出直流电压为50V，负载电流为100mA，估算滤波电容的电容值C和电容的最小耐电压值。

解：

由已知可知

所以，求得负载电阻阻值为

由式（9.3.1）取

≥

所以有

C≥100μF

由式（9.3.2）可得变压器二次绕组电压有效值

则电容的耐电压值应大于

9.