第5章 直流稳压电源

第5章 直流稳压电源5.1 如果要求某一单相桥式整流电路的输出直流电压U o 为36V ，直流电流I o 为1.5A ，试选用合适的二极管。

分析 二极管中流过的电流平均值I D 和二极管承受的最高反向电压U D R M 是选用二极管的主要技术参数。

解 流过整流二极管的平均电流为：75.05.12121o D =⨯==I I （A ）变压器副边电压有效值为：409.0360.9o 2===U U （V ）整流二极管承受的最高反向电压为：6.5640222DRM =⨯==U U （V ）因此，可选用4只型号为2CZ11A 的整流二极管，其最大整流电流为 1 A ，最高反向工作电压为100V 。

5.2 设一半波整流电路和一桥式整流电路的输出电压平均值和所带负载大小完全相同，均不加滤波，试问两个整流电路中整流二极管的电流平均值和最高反向电压是否相同？分析 整流二极管的电流平均值直接与输出电流平均值有关，而最高反向电压直接与整流变压器副边电压有关。

解 （1）半波整流电路流过整流二极管的平均电流为o D I I =，桥式整流电路流过整流二极管的平均电流为o D 5.0I I =，由于两个整流电路的输出电压平均值和所带负载大小完全相同，故它们的输出电流平均值大小也相同，所以，两个整流电路中整流二极管的电流平均值不同。

（2）两个整流电路中整流二极管的最高反向电压相同，均为整流变压器副边电压有效值的2倍，即2DRM 2U U =。

5.3 欲得到输出直流电压50o =U V ，直流电流160o =I mA 的电源，问应采用哪种整流电路？画出电路图，并计算电源变压器的容量（计算U 2和I 2），选定相应的整流二极管（计算二极管的平均电流I D 和承受的最高反向电压U R M ）。

分析 在各种单相整流电路中，半波整流电路的输出电压相对较低，且脉动大；两管全波整流电路则需要变压器的副边绕组具有中心抽头，且两个整流二极管承受的最高反向电压相对较大，所以这两种电路应用较少。

桥式整流电路的优点是输出电压高，电压脉动较小，整流二极管所承受的最高反向电压较低，同时因整流变压器在正负半电子技术学习指导与习题解答102 周内都有电流供给负载，整流变压器得到了充分的利用，效率较高，因此单相桥式整流电路在半导体整流电路的应用最为广泛。

解 应采用桥式整流电路，如图5.4所示。

+u o -图5.4 单相桥式整流电路变压器副边电流有效值为：17816011.111.1o 2=⨯==I I （mA ） 变压器副边电压有效值为：6.559.0500.9o 2===U U （V ） 变压器的容量为：10178.06.5522=⨯==I U S （VA ）流过整流二极管的平均电流为：801602121o D =⨯==I I （mA ）整流二极管承受的最高反向电压为：6.786.55222D RM =⨯==U U （V ）5.4 在如图5.5所示的电路中，已知8L =R k Ω，直流电压表V 2的读数为110V ，二极管的正向压降忽略不计，求： （1）直流电流表A 的读数。

（2）整流电流的最大值。

（3）交流电压表V 1的读数。

图5.5 习题5.4的图分析 直流电压表V 2的读数即为输出直流电压U o ，直流电流表A 的读数即为输出直流电流I o ，交流电压表V 1的读数即为变压器副边电压有效值U 2，而整流电流的最第5章 直流稳压电源 103大值可由其与输出直流电流I o 的关系求出。

解 （1）直流电压表V 2的读数即为输出直流电压U o ，直流电流表A 的读数即为输出直流电流I o ，所以：75.138110L o o ===R U I （mA ）（2）因为整流电流的平均值（即输出直流电流I o ）为：πωωππom 0om o )(d sin 21I t t I I ==⎰ 所以，整流电流的最大值为：2.4375.13o om =⨯==ππI I （mA ）（3）交流电压表V 1的读数即为变压器副边电压有效值，为：4.24445.01100.45o 2===U U （V ）5.5 如图5.6所示电路为单相全波整流电路。

已知102=U V ，100L =R Ω。

（1）求负载电阻R L 上的电压平均值U o 与电流平均值I o ，并在图中标出u o 、i o 的实际方向。

（2）如果VD 2脱焊，U o 、I o 各为多少？ （3）如果VD 2接反，会出现什么情况？（4）如果在输出端并接一滤波电解电容，试将它按正确极性画在电路图上，此时输出电压U o 约为多少？分析 当u 2极性为上正下负时，二极管VD 1因承受反向电压而截止，VD 2因承受正向电压而导通，此时有电流由下而上流过负载，在负载两端产生的输出电压极性为上负下正；当u 2极性为上负下正时，二极管VD 2因承受反向电压而截止，VD 1因承受正向电压而导通，此时也有电流由下而上流过负载，在负载两端产生的输出电压极性也是上负下正。

解 （1）由于是单相全波整流，所以负载电阻R L 上的电压平均值U o 与电流平均值I o 各为：9109.09.02o =⨯==U U （V ）901.09L o o ===R U I （mA ）u o 、i o 的实际方向如图5.7所示。

（2）如果VD 2脱焊，则只有当u 2极性为上负下正时，VD 1因承受正向电压而导通，u 2极性为上正下负时，二极管VD 1因承受反向电压而截止，所以VD 2脱焊时由VD 1构成半波整流电路， U o 、I o 各为：5.41045.045.02o =⨯==U U （V ）451.05.4L o o ===R U I （mA ）电子技术学习指导与习题解答104 （3）如果VD 2接反，则当u 2极性为上正下负时电路不通，VD 1和VD 2均因承受反向电压而截止，u 2极性为上负下正时VD 1和VD 2均因承受正向电压而导通，由变压器两个副绕组以及VD 1和VD 2构成的回路中会有很大的电流通过，会烧坏变压器和VD 1、VD 2。

（4）如果在输出端并接一滤波电解电容，其极性应为上负下正，如图 5.7所示，此时输出电压U o 约为：12102.12.12o =⨯==U U （V ）u ooo图5.6 习题5.5的图 图5.7 习题5.5解答用图5.6 在如图5.8所示电路中，变压器副边电压最大值U 2M 大于电池电压U G B ，试画出u o 及i o 的波形。

分析 本题电路是单相桥式整流电路，不过负载不是电阻，而是理想直流电压源和电阻串联的组合，分析依据仍然是看哪个二极管承受正向电压，决定其是否导通。

解 当u 2的极性为上正下负且GB 2U u >时，二极管VD 1、VD 3因承受正向电压而导通，VD 2、VD 4因承受反向电压而截止，忽略二极管的正向压降，则输出电压u o 等于变压器副边电压u 2，即2o u u =，输出电流L GB2L GB o o R U u R U u i -=-=。

当u 2的极性为上正下负且GB 2U u <，以及u 2的极性为上负下正时，4个二极管均因承受反向电压而截止，忽略二极管的反向电流，则输出电流0o =i ，输出电压GB o U u =。

根据以上分析，可画出u 2、u o 及i o 的波形，如图5.9所示。

第5章直流稳压电源105+u o-ttUt图5.8 习题5.6的图图5.9 习题5.6解答用图5.7 在如图5.10所示桥式整流电容滤波电路中，202=U V，40L=RΩ，1000=CμF，试问：（1）正常时U o为多大？（2）如果测得U o为：①18o=U V；②28o=U V；③9o=U V；④24o=U V。

电路分别处于何种状态？（3）如果电路中有一个二极管出现下列情况：①开路；②短路；③接反。

电路分别处于何种状态？是否会给电路带来什么危害？+u o-图5.10 习题5.7的图分析单相桥式整流电容滤波电路正常工作时2o2.1UU=，负载电阻R L开路时2o2UU=，滤波电容C开路时2o9.0UU=。

单相半波整流电容滤波电路正常工作时2oUU=，负载电阻R L开路时2o2UU=，滤波电容C开路时2o45.0UU=。

解（1）正常时U o的值为：24202.12.12o=⨯==UU（V）（2）2o9.0V18UU==，这时电路中的滤波电容开路；2o2V28UU==，这时电路中的负载电阻R L开路；2o45.0V9UU==，这时电路中有1~3个二极管和滤波电容同时开路，成为半波整流电路；2o2.1V24UU==，这时电路处于正常工作状态。

（3）当有一个二极管开路时，电路成为半波整流电容滤波电路。

当有一个二极管短路电子技术学习指导与习题解答106 或有一个二极管接反时，则会出现短路现象，会烧坏整流变压器和某些二极管。

5.8 电容滤波和电感滤波电路的特性有什么区别？各适用于什么场合？解 电容滤波电路成本低，输出电压平均值较高，但输出电压在负载变化时波动较大，二极管导通时间短，电流峰值大，容易损坏二极管，适用于负载电流较小且负载变化不大的场合。

电感滤波电路输出电压较低，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，但制作复杂、体积大、笨重，制作成本高，存在电磁干扰，适用于负载电压较低、电流较大以及负载变化较大的场合。

5.9 单相桥式整流、电容滤波电路，已知交流电源频率50=f Hz ，要求输出直流电压为30o =U V ，输出直流电流为150o =I mA ，试选择二极管及滤波电容。

分析 选择二极管需计算二极管的平均电流I D 和承受的最高反向电压U R M ，选择滤波电容需计算电容C 的值及其耐压值。

解 流过整流二极管的平均电流为：751502121o D =⨯==I I （mA ）变压器副边电压有效值为：252.1301.2o 2===U U （V ）整流二极管承受的最高反向电压为：3.3525222RD M =⨯==U U （V ）负载电阻R L 为：20015.030o o L ===I U R （Ω） 取：05.05021521525L =⨯⨯=⨯=⨯==f T C R τ（s ） 则电容C 的值为：025F 1025020005.06L=⨯===-R C τ（μF ） 其耐压应大于变压器副边电压u 2的最大值3.3525222=⨯=U V 。

5.10 根据稳压管稳压电路和串联型稳压电路的特点，试分析这两种电路各适用于什么场合？解 稳压管稳压电路结构简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，负载电流不能太大，输出电压不可调且稳定性不够理想，适用于要求不高且输出功率较小的场合。

串联型稳压电路采用电压负反馈来使输出电压得到稳定，输出电压稳定性高且连续可调，脉动较小，调整方便，适用于要求较高且输出功率较大的场合。