5-1 整流滤波电路《电子技术基础与技能》云南省 电子电工类 知识点讲解

云南省装备制造大类对口高考电子技术复习讲义 模块5 直流稳压电源 5-1 整流滤波电路 【考纲要求】 （1） 理解直流稳压电源电路的整体组成和各部分功能； （2）识记二极管整流电路（半波、全波、桥式）、滤波电路及其功能； （3）运用整流滤波电路并计算整流滤波电路的输出电压。 【知识网络】 【知识和技能要点】 一、直流稳压电源的整体组成与各部分功能 电子设备（如收音机、功放、仪器仪表）大多需要稳定的直流电源供电，而市电是220V、50Hz的交流电压，因此需要通过直流稳压电源将市电转换为稳定的直流电压。直流稳压电源的整体组成按信号流向依次为：电源变压器→整流电路→滤波电路→稳压电路，各部分分工明确、协同工作，核心流程：市电交流→降压→整流（交变直）→滤波（去脉动）→稳压（定电压）→输出稳定直流。 1.电源变压器：核心功能是“降压”，将市电220V交流电压，转换为整流电路所需的低交流电压（如6V、12V、18V），同时实现市电与电子设备的电气隔离，防止触 电，保护设备和人员安全。 2.整流电路：核心功能是“交变直”，利用二极管的单向导电性，将电源变压器输出的低交流电压，转换为单向脉动的直流电压（即只有正方向、大小随时间变化的电压），但脉动较大，无法直接给电子设备供电。 3.滤波电路：核心功能是“去脉动”，滤除整流电路输出的单向脉动直流中的交流成分，使输出电压变得平滑、稳定，接近理想的直流电压，为后续稳压电路提供良好的输入信号。 4.稳压电路：核心功能是“稳电压”，进一步稳定滤波电路输出的直流电压，使输出电压不受电网电压波动、负载变化的影响，保持恒定（如5V、12V），确保电子设备正常工作。 注：本章重点讲解“整流电路”和“滤波电路”，两者是直流稳压电源的核心前置环节，稳压电路将在后续章节讲解。 二、整流电路（核心：二极管单向导电性） 整流电路的核心器件是整流二极管，利用二极管“正向导通、反向截止”的特性，将交流电压转换为单向脉动直流电压。根据电路结构不同，常用的整流电路分为三种：半波整流、全波整流、桥式整流，其中桥式整流因性能优越，是实际应用中最广泛的类型。 1. 半波整流电路（最简单的整流电路） 结构组成：由1只整流二极管、1只负载电阻（或实际负载）和电源变压器组成，二极管与负载串联，接入变压器次级输出的交流电压。电路图如下： 工作原理： a. 交流电压正半周：二极管正向偏置，处于导通状态，电流从变压器次级正极流出，经过二极管、负载电阻，回到变压器次级负极，负载获得正向脉动电压。 b. 交流电压负半周：二极管反向偏置，处于截止状态，电路中无电流，负载两端无电压。 c. 综上，二极管仅在交流正半周导通，负载仅获得正半周的脉动直流电压，负半周无输出，因此称为半波整流。 波形图如下： 核心特点：结构最简单、成本最低、元件最少；但整流效率低（仅利用交流电压的一半）、输出脉动大，仅适用于对电源要求极低的场景（如简易指示灯、小型玩具）。 输出电压计算（考纲重点）： 1） 负载上输出电压Uo 2） 流过负载的平均电流Io 3） 流过整流二极管的平均电流Id 4） 整流二极管所承受的最大反向电压UDRM 设电源变压器次级输出交流电压的有效值为，则半波整流电路的输出脉动直流电压（平均值）为：示例：若变压器次级输出，则半波整流输出平均值。 2. 全波整流电路（改进型整流电路） 结构组成：由2只整流二极管、1只带中心抽头的电源变压器、1只负载电阻组成；变压器次级绕组有中心抽头，将次级电压分为两个大小相等、极性相反的交流电压，两只二极管分别对应两个半周的整流。电路图如下： 工作原理： 交流电压正半周：一只二极管正向偏置导通，另一只反向偏置截止，电流从变压器次级上端流出，经导通二极管、负载电阻，回到中心抽头，负载获得正向电压。 交流电压负半周：两只二极管导通状态反转，截止的二极管导通，导通的二极管截止，电流从变压器次级下端流出，经导通二极管、负载电阻，回到中心抽头，负载获得正向电压（方向不变）。 综上，两只二极管交替导通，分别整流交流电压的正、负半周，负载获得连续的单向脉动直流电压，脉动程度比半波整流小。 核心特点：整流效率高（利用交流电压的全部周期）、输出脉动小；但需要带中心抽头的专用变压器，成本较高，二极管承受的反向电压较大，应用不如桥式整流广泛。 输出电压计算（考纲重点）： 设变压器次级每半绕组输出交流电压的有效值为（总次级电压为），则全波整流电路的输出脉动直流电压（平均值）为：示例：若变压器次级每半绕组，则全波整流输出平均值。 3. 桥式整流电路（应用最广泛） 结构组成：由4只整流二极管（组成整流桥）、1只普通电源变压器（无需中心抽头）、1只负载电阻组成；4只二极管分为两组，两两串联后并联，形成“桥”式结构，变压器次级输出端接整流桥两端，负载接整流桥中点与地之间。电路图如下： 工作原理： 交流电压正半周：两组二极管中各有1只正向导通，另外2只反向截止，电流从变压器次级正极流出，经导通二极管、负载电阻，回到变压器次级负极，负载获得正向电压。 交流电压负半周：导通的二极管截止，截止的二极管导通，电流方向不变（仍从负载一端流入、另一端流出），负载继续获得正向电压。 综上，4只二极管两两交替导通，实现交流电压全周期整流，负载获得连续、脉动较小的单向直流电压，性能优于半波和全波整流。 波形图如下： 核心特点：整流效率高、输出脉动小、无需中心抽头变压器（成本低）、二极管承受的反向电压较小；结构比半波复杂，但比全波简单，是目前电子设备中最常用的整流电路（如功放、充电器、仪器仪表）。 输出电压计算（考纲重点，高频考点）： 1） 负载上输出电压Uo 2） 流过负载的平均电流Io 3） 流过整流二极管的平均电流Id 4） 整流二极管所承受的最大反向电压UDRM 设电源变压器次级输出交流电压的有效值为，则桥式整流电路的输出脉动直流电压（平均值）为：示例：若变压器次级输出，则桥式整流输出平均值。 4. 三种整流电路核心对比（考纲重点） 整流类型 二极管数量 变压器要求 输出电压平均值 脉动程度 核心应用 半波整流 1只 普通无抽头 最大 简易设备、指示灯 全波整流 2只 中心抽头 中等 对成本不敏感、要求不高的设备 桥式整流 4只 普通无抽头 较小 功放、充电器、仪器仪表（主流） 三、滤波电路（核心：滤除交流脉动） 整流电路输出的是单向脉动直流电压，含有大量的交流成分（称为“纹波”），若直接给电子设备供电，会导致设备工作不稳定（如功放出现杂音、仪器测量误差大）。滤波电路的核心作用是滤除脉动直流中的交流纹波，使输出电压变得平滑、稳定，接近理想直流电压。 滤波电路的工作原理：利用电容、电感等元件对交流信号和直流信号的不同阻抗特性（电容通交流、隔直流；电感通直流、阻交流），将交流纹波滤除，保留直流成分。常用的滤波电路分为四种，其中电容滤波因结构简单、成本低，应用最广泛。 1. 电容滤波电路（最常用） 结构组成：在整流电路的输出端，并联一只大容量电解电容（通常为几十μF~几百μF），电容一端接整流输出正极，另一端接地（或负载负极）；若为全波、桥式整流，也可在负载两端并联电容。电路图与波形图如下： ( 负载较大时输出波形 ) ( 负载开路输出波形 ) ( 电容滤波电路 ) 工作原理： 1. 整流输出电压正半周上升时：电容正向充电，快速充至接近整流输出电压的最 大值。 2. 整流输出电压下降时：电容开始放电，向负载提供电流，维持负载两端电压基本稳定（放电速度远慢于充电速度）。 3. 如此反复，电容充放电交替进行，滤除交流纹波，负载获得平滑的直流电压。 核心特点：结构最简单、成本最低、体积小；滤波效果较好，适用于负载电流较小的场景（如小型功放、收音机）；缺点是负载电流过大时，滤波效果变差，输出电压脉动增大。 输出电压计算（考纲重点，高频考点）： 电容滤波的输出电压与整流类型、负载大小有关，核心公式如下：示例：桥式整流+电容滤波，变压器次级，带负载时输出电压。 a. 半波整流+电容滤波：（空载时）；（带负载时） b. 全波、桥式整流+电容滤波：（带负载时，最常用场景）；（空载时，接近交流电压最大值） 关键注意事项：电解电容有正负极，必须正确接线（正极接整流输出正极，负极接地），接反会导致电容击穿、漏液甚至烧毁；电容容量越大，滤波效果越好，但体积越大，需根据负载需求选择。 2. 其他常见滤波电路 电感滤波电路：在整流输出端串联一只电感线圈，利用电感“通直流、阻交流”的特性，滤除交流纹波；优点是负载电流越大，滤波效果越好，适用于大电流场景（如电机驱动）；缺点是体积大、成本高、重量重，应用较少。 RC滤波电路：由电阻和电容组成（电阻串联、电容并联），利用电阻限流、电容滤波，结构简单、成本低，滤波效果比单纯电容滤波更好，适用于对纹波要求不高的小功率设备。 LC滤波电路：由电感和电容组成，滤波效果最好，能有效滤除高频和低频纹波，适用于对电源纯度要求高的场景（如精密仪器、高保真功放）；缺点是结构复杂、成本高。 四、整流滤波电路的综合应用与计算（考纲重点） 实际应用中，整流电路与滤波电路通常配合使用（如桥式整流+电容滤波），核心是掌握输出电压的计算方法，结合整流类型和滤波方式，灵活运用公式解题。 1. 核心计算总结（必记） 整流类型+滤波方式 输出电压计算（为变压器次级交流有效值） 备注 半波整流（无滤波） 脉动最大，效率最低 半波整流+电容滤波 带负载：；空载： 负载电流越小，滤波效果越好 全波/桥式整流（无滤波） 脉动较小，效率较高 全波/桥式整流+电容滤波 带负载：；空载： 最常用组合，重点记忆 2. 解题步骤（考纲应用要求） 1. 确定整流类型（半波、全波、桥式），找到变压器次级交流电压有效值； 2. 确定滤波方式（无滤波、电容滤波等），判断负载状态（带负载、空载）； 3. 选择对应的计算公式，代入数值，计算输出电压； 4. 结合整流、滤波的特点，简要分析输出电压的脉动程度和适用场景。 示例：已知某桥式整流+电容滤波电路，变压器次级输出，带负载工作，求输出电压。 解：桥式整流+电容滤波（带负载），公式为，代入得，输出电压平滑，适用于小型功放等设备。 五、关键注意事项 1. 整流二极管的选择：需根据整流电路的最大电流和反向电压，选择合适的二极管（如桥式整流二极管，反向电压需大于），防止二极管击穿。 2. 滤波电容的选择：电容滤波优先选用大容量电解电容，容量越大，滤波效果越好；同时注意电容的耐压值，需大于滤波后的最大输出电压（如桥式整流+电容滤波，耐压值需大于）。 3. 接线规范：整流二极管、电解电容均有正负极，不可接反，否则会损坏元件、烧毁电路；变压器次级绕组不可接反，否则会影响整流效果。 4. 输出电压的影响因素：整流滤波电路的输出电压受、负载大小、滤波电容容量影响，负载越大（电流越大），输出电压略低，脉动略大。 【练习题】 一、选择题 1. 直流稳压电源的整体组成顺序正确的是（ ） A. 整流电路→电源变压器→滤波电路→稳压电路 B. 电源变压器→整流电路→滤波电路→稳压电路 C. 电源变压器→滤波电路→整流电路→稳压电路 D. 整流电路→滤波电路→电源变压器→稳压电路 2. 下列整流电路中，输出脉动最小、应用最广泛的是（ ） A. 半波整流 B. 全波整流 C. 桥式整流 D. 以上都一样 3. 桥式整流电路中，需要的整流二极管数量是（ ） A. 1只 B. 2只 C. 4只 D. 6只 4. 已知某桥式整流电路，变压器次级输出，无滤波时，输出电压平均值约为（ ） A. 5.4V B. 10.8V C. 14.4V D. 16.97V 5. 下列关于电容滤波的说法，正确的是（ ） A. 电容滤波适用于大电流负载 B. 电容容量越小，滤波效果越好 C. 电解电容需正确区分正负极 D. 电容滤波只能用于半波整流 6. 全波整流电路与桥式整流电路的共同点是（ ） A. 都需要中心抽头变压器 B. 输出电压平均值都是 C. 都用2只二极管 D. 脉动程度相同 二、填空题 1. 整流电路的核心器件是______，利用其______特性，将交流电压转换为单向脉动直流电压。 2. 半波整流电路的输出电压平均值为______，桥式整流电路（无滤波）的输出电压平均值为______。 3. 滤波电路的核心作用是______，常用的滤波电路有______、______、RC滤波和LC滤波。 4. 桥式整流+电容滤波（带负载）的输出电压计算公式为______，若，则输出电压约为______V。 5. 直流稳压电源中，电源变压器的核心功能是______，整流电路的核心功能是______，滤波电路的核心功能是______。 三、计算题 1. 已知某半波整流电路，变压器次级输出交流电压有效值，求无滤波时的输出电压平均值；若加上电容滤波（带负载），输出电压约为多少？ 2. 某电子设备采用桥式整流+电容滤波电路，要求输出直流电压为14.4V（带负载），求变压器次级输出交流电压有效值的大小。 3. 对比半波整流、全波整流、桥式整流电路，已知变压器次级，分别计算三种电路无滤波时的输出电压平均值，并简要说明哪种整流方式更适合用于家用功放。 四、简答题 1. 简述直流稳压电源的整体组成及各部分的核心功能。 2. 简述桥式整流电路的工作原理（结合二极管的导通特性）。 3. 电容滤波的工作原理是什么？为什么电解电容在使用时必须区分正负极？ 4. 为什么实际应用中，桥式整流常与电容滤波配合使用？请说明其优势。 【答案】 一、选择题 1. B 2. C 3. C 4. B 5. C 6. B 二、填空题 1. 整流二极管；单向导电 2. ； 3. 滤除交流纹波，使输出电压平滑；电容滤波；电感滤波 4. ；12 5. 降压、电气隔离；将交流电压转换为单向脉动直流；滤除交流纹波 三、计算题 1. 解：① 半波整流（无滤波）：； ② 半波整流+电容滤波（带负载）：。 2. 解：桥式整流+电容滤波（带负载）公式为，则，即变压器次级输出交流电压有效值为12V。 3. 解：① 半波整流（无滤波）：； ② 全波整流（无滤波）：； ③ 桥式整流（无滤波）：； ④ 家用功放适合采用桥式整流，因为其无需中心抽头变压器（成本低），输出脉动小、效率高，能为功放提供稳定的直流电源，且结构简单、易于实现。 四、简答题 1. 直流稳压电源的整体组成：电源变压器→整流电路→滤波电路→稳压电路。 各部分核心功能：① 电源变压器：将市电220V交流降压为合适的低交流电压，实现电气隔离；② 整流电路：利用二极管单向导电性，将交流电压转换为单向脉动直流电压；③ 滤波电路：滤除脉动直流中的交流纹波，输出平滑直流；④ 稳压电路：稳定输出直流电压，不受电网波动、负载变化影响。 2. 桥式整流电路工作原理：由4只二极管组成整流桥，变压器次级输出交流电压；① 交流正半周：2只二极管正向导通，2只反向截止，电流经导通二极管、负载形成回路，负载获得正向电压；② 交流负半周：导通与截止的二极管交替，电流方向不变，负载继续获得正向电压；③ 4只二极管两两交替导通，实现交流全周期整流，输出连续的单向脉动直流电压。 3. 电容滤波工作原理：在整流输出端并联大容量电解电容，整流电压正半周时，电容快速充电至接近电压最大值；整流电压下降时，电容缓慢放电，向负载提供电流，维持负载电压稳定，从而滤除交流纹波。 电解电容必须区分正负极的原因：电解电容内部有极性结构，正负极接反会导致电容击穿、漏液，甚至发热烧毁，影响电路正常工作。 4. 桥式整流与电容滤波配合使用的优势：① 桥式整流输出脉动较小、效率高、无需中心抽头变压器，成本低；② 电容滤波结构简单、成本低，能有效滤除整流输出的交流纹波，使输出电压平滑稳定；③ 两者配合后，输出电压稳定、脉动小，能满足大多数电子设备（如功放、充电器）的供电需求，且结构简单、易于实现，是实际应用中最经济、最常用的组合。 学科网（北京）股份有限公司 $