二极管及直流稳压电源剖析

浅谈直流稳压电源电路设计随着科技的发展，信息时代的进步，电子产品的应用越来越广泛，电子产品应用的同时需要直流稳压电源对这些电子产品进行充电，因此直流稳压电源的发展乃至成熟是信息发展的必然趋势。

本文主要阐述了直流稳压电源的设计过程，论述了直流稳压电源的发展历史和现状，简述了电路实际设计过程，完成了直流稳压电源电路的设计工作，对其应用做了总结。

标签：直流稳压电源;电路设计;工作原理一、直流稳压电源的发展历史、现状和设计背景从二十世纪60年代中期到了90年代以来，以电子为核心的电源产业进入快速发展时期，数据通讯和电信行业的技术更新推动电源行业向智能化方向发展。

电源的控制方式经过模拟控制、模数混合控制向数字控制阶段转变。

数字控制的优点是标定更的量，芯片价格也比较低，相对模数混合控制其对电压电流的检测更精确，实现较高精度的较正和快速灵活的控制。

1919年之后，我国相对发达国家，在电源行业方面存在不足和差距。

电源产品的开发投入、生产规模、工艺水平、先进检测设备、智能化、可靠性和持续创新等方面都存在差距，很多先进的电源设备国内不能生产，主要依赖于进口。

2018年直流稳压电源现状分析报告看出，国内直流稳压电源行业正处于发展时期，并且不断发展成熟起来。

二、电路设计实验设备及器件所谓巧妇难为无米之炊，电路设计同样需要必要的实验设施和工具，而实验条件的好坏和选择工具的正确与否是设计的关键和前提。

下面具体阐释设计思路中所需要的实验条件、实验工具和必要的实验材料：1.电路所需实验设备、实验工具和仪表。

本次设计的完成需要在专业的电子试验台上进行，需要的实验仪器和实验工具如下：示波器、万用表、变压器（12v）、电烙铁、钳子和镊子等，另外需要若干焊锡和连接线。

2.电路所需元器件清单。

元器件清单如下：三、电路设计思路直流稳压电源又称为直流稳压器，其作用就是将交流电转化成相应用电器所需要的稳定电压的直流电。

其关键是输出直流电压的稳定性，所以设计电路的着眼点就是电路转化的稳定性。

直流稳压电源的设计实验报告电子系统设计专题实验一信息24班赵恒伟2120502099一、电源稳定问题的提出:各种用电设备对供电质量都有一定要求，这些要求包括供电电源为交流还是直流、电压额定值及其变化范围、最大功率等。

这里研究对象是输出为直流的稳压电源。

该作用由下图说明：Ui （不稳定） Uo （稳定） R 当出入电压Ui 变化或负载R 变化时，稳压电源的输出都应保持稳定。

对于大多数功率较小的直流电源大多数都是将50Hz 的交流电经过整流、滤波和稳压后获得。

整流电路用来将交流电变换为单向脉动的直流电压；滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分，使之成为平滑的直流电压；稳压电路的作用是当输入交流电源电压波动、负载和温度变化时，维持输出直流电压的稳定. 在本设计中,可以实现将220v 的交流电压经过整流，滤波，稳压最终可实现输出电压+5V 的直流稳压电源。

本设计的主要内容是围绕着如何设计和实现各个部分而展开的。

二、 实验原理框图概述通过我们模拟电子技术理论课的学习我们知道，单相交流电要经过电源变压器、整流电路、滤波电路还有稳压电路才能转换成稳定输出的直流电压。

它的总体功能方框图和各个电路部分输出电压的波形如下1图和图2所示：50Hz u 1u 2u 3u 4u 0u 1 u 2 u 3 u 4 u 00 t 0 t 0 t 0 t 0 t（a ） (b) (c) (d) (e) （图2，各个电路部分输出电压波形）电源变压器整流电路滤波电路稳压电路～220V直流电压(图1，直流稳压电源总体功能框图）其中，（a）为输入的220V电压波形；（b）为电压器降压后的波形；（c）整流后的电压波形；（d）滤波后的电压波形；（e）最后输出的直流稳压电源波形。

我们知道，直流电源的输入为220v的市电，因而需要电源变压器降压后，再对交流电压进行处理。

变压器副边电压经过整流电路从交流电压转换为直流电压，为较小电压的脉动，需通过低通滤波电路滤波，是输出电压平滑。

140 第7章 直流稳压电源在各种电子电路中，通常需要直流电源。

前面各章节介绍的晶体管放大器、集成运算放大器以及功率放大器等等，都用的是直流电源供电，而发电厂、变电站输送的是交流电．这就需要将交流电变成直流电。

直流稳压电源能够将电网提供的交流电转换成稳定的直流电，作为各种电子电路的直流电源。

对直流电源的主要要求是：一是输出电压的幅值稳定，即当电网电压或负载电流波动时输出电压能基本保持不变；二是输出电压纹波要小；三是交流电变换成直流电时的转换效率要高；四是要具有保护功能，若输出电流过大，或输入交流电压过高，都会使整流管或电路中的晶体管受到损坏，因此电路应具有必要的自我保护功能。

本章首先介绍常用的整流、滤波和稳压电路，再着重介绍线性稳压电源和开关稳压电源。

7.1 直流稳压电源的基本组成及工作原理这里所讨论的直流稳压电源实际是一种单相小功率电源，它将频率为50赫兹、有效值为220伏的单相交流电压转换为幅值稳定、输出电流较小的直流电压。

7.1.1 直流稳压电源的基本组成一个性能良好的单相小功率直流稳压电源通常由四部分组成：电源变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路。

如图7-1所示为直流稳压电源的组成框图。

由于大多数电子设备所需的直流电压一般为几至几十伏，而交流电网提供的220伏（有效值）电压相对较大，变压器的作用是将电网提供的220伏、50赫兹的交流电压降压，以适合直流稳压电源的需要。

另外，变压器还可以起到将直流电源与电网隔离的作用。

图7-1 直流稳压电源的组成框图将交流电变为脉动的直流电的过程叫做整流。

整流电路的作用是将降压后的交流电压转换为单极性的脉动电压。

整流电路的输出是脉动电压，这种脉动电压中虽然包含有较大的直流电压成分，但它也含有丰富的交流成分（称为纹波）。

这种脉动电压不能作为电子电路的直流电源。

需要对脉动电压进行平滑处理，也就是对脉动电压进行滤波。

直流稳压电源常用电容或电感来进行滤波，属于无源滤波电路。

二极管的判断及直流稳压电源电路实验结论二极管是一种具有非线性特性的电子元件，它具有单向导电性，即只允许电流在一个方向上通过。

基于二极管的这一特性，我们可以利用它来进行信号的整流、调制、开关等应用。

在本文中，我们将讨论二极管的判断方法以及直流稳压电源电路实验的结论。

我们来讨论二极管的判断方法。

二极管有正负极两个端口，其中正极被称为阳极，负极被称为阴极。

为了判断二极管的正负极，我们可以使用万用表的二极管测试功能。

将万用表的测试头连接到二极管的两个端口上，并观察万用表显示的数值。

如果数值为正或者接近于正值，那么连接到测试头的那一端就是二极管的阳极；如果数值为负或者接近于负值，那么连接到测试头的那一端就是二极管的阴极。

接下来，我们将讨论直流稳压电源电路实验的结论。

直流稳压电源电路是一种常见的电源电路，用于为电子设备提供稳定的直流电压。

其中，二极管起到了整流的作用，将交流电转换为直流电。

在实验中，我们可以通过调整电路中的元件参数来观察电路的稳压效果。

在实验中，我们可以通过改变电阻值或者电容值来调整电路的稳压效果。

当电阻值增大时，电路的稳压效果会变得更好，输出的直流电压会更加稳定；当电容值增大时，电路的稳压效果也会变得更好，输出的直流电压会更加平滑。

然而，如果电阻值或者电容值过大，就可能导致电路的稳压效果不佳，输出的直流电压会有较大的波动。

通过实验我们还可以得出直流稳压电源电路的另一个重要结论，即电路中的二极管的工作状态。

在整流电路中，二极管起到了将交流电转换为直流电的作用。

当输入的电压为正值时，二极管处于正向偏置状态，可以导通电流；当输入的电压为负值时，二极管处于反向偏置状态，无法导通电流。

这一特性使得二极管可以实现电流的单向传输，起到了整流的作用。

总结一下，二极管具有单向导电性，我们可以通过万用表的测试功能来判断二极管的正负极。

直流稳压电源电路是一种常见的电源电路，通过调整电路的元件参数可以改变电路的稳压效果。

直流稳压电源技术——稳压电源基础第二章稳压电源基础一、电子元件基础知识直流稳压电源中主要使用这些电子元件：电阻、电容、变压器、电感、二极管、三极管、场效应管、集成电路等，有些直流稳压电源可能还有发光二极管、电流表、电压表元件用于工作状态的指示。

这些电子元件主要分为无源器件和有源器件两大类。

其中无源器件是电阻、电容、变压器、电感；有源器件是二极管、三极管、场效应管、集成电路。

无源器件就不必说了，下面我们主要介绍一下有源器件的基础知识。

1、二极管二极管是我们通常情况下的俗称，它的学名叫晶体二极管或半导体二极管。

二极管就是由一个PN 结，加上相应的电极引线封装而成。

二极管按材料分类有硅材料和锗材料；按功能分类又可以分为整流二极管、检波二极管、开关二极管、稳压二极管、变容二极管、肖特基二极管、发光二极管等。

常用的二极管主要是利用PN结的单向导电性进行工作。

如：整流二极管、检波二极管、开关二极管等。

但是二极管还有一些比较特殊的性能，比如稳压二极管反向击穿后两端电压保持不便；变容二极管PN结间的结电容会随着外加电压的变化而发生变化；发光二极管通电后能够发光。

（1）二极管的主要参数正向电流IF在额定功率下，允许通过二极管的电流值。

正向电压降VF二极管通过额定正向电流时，在两极间所产生的电压降。

最大整流电流（平均值）IOM在半波整流连续工作的情况下，允许的最大半波电流的平均值。

反向击穿电压VB二极管反向电流急剧增大到出现击穿现象时的反向电压值。

正向反向峰值电压VRM二极管正常工作时所允许的反向电压峰值，通常VRM 为VP的三分之二或略小一些。

反向电流IR在规定的反向电压条件下流过二极管的反向电流值。

结电容C电容包括电容和扩散电容，在高频场合下使用时，要求结电容小于某一规定数值。

最高工作频率FM二极管具有单向导电性的最高交流信号的频率。

（2）直流稳压电源中常用的二极管直流稳压电源中常用的二极管有整流二极管、稳压二极管和发光二极管。

直流稳压电源实验报告实验课程：姓名：集成直流稳压电源——半导体器件设计及其应用一、实验目的（1）掌握集成稳压电源的实验方法（2）掌握用变压器、整流二极管、滤波电容和集成稳压器来设计直流稳压电源（3）掌握直流稳压电源的主要性能参数及测试方法（4）进一步培养工艺素质和提高基本技能二、实验要求（1）设计一个双路直流稳压电源（2）输出电压V o=±12V，+5V最大输出电流Iomax=1A（3）输出纹波电压ΔV op-p≤5mV, 稳压系数Sv≤5×10-3三、实验原理直流稳压电源一般有电源变压器、整流电路、滤波电路及稳压电路所组成，基本框图和波形变换如下：（1）电源变压器：将电网220V的交流电压变换成整流滤波电路所需的低电压。

（2）整流电路：一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相半波、单相全波和单相桥式整流电路。

应用最为广泛的是桥式整流电路，4个二极管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。

输出波形：（2）滤波电路：加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减小直流电中的脉动成分，以达到滤波的目的。

为了使滤波效果更好，可选用大电容的电容为滤波电容。

因为电容的放电时间常数越大，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。

输出波形：（3） 稳压电路：稳定输出电压。

稳压电路种类很多，包括稳压管，串联稳压，集成稳压器等。

该实验中我们选用的是三端式固定输出稳压器7805，7812和7912。

四、元件参数计算 （1）整流电路参数 输出电压平均值：222)(09.022)(sin 221U U wt td U U AV ≈==⎰πωππ输出电流平均值：LLAV AV R U R U I 2)(0)(09.0≈=平均整流电流：LLAV AV AV D R U R U I I 2)(0)(0)(45.022≈==最大反向电压：22U U RM =整流二极管的选择（考虑电网10±%波动）：⎪⎩⎪⎨⎧>>2221.11.145.0UU R U I RL F（2）滤波电路参数滤波电容的选择：2)(02.1,2)5~3(U U TC R AV L ≈= 一般选择几十至几千微法的电解电容，耐压值应大于2256.121.1U U =。