直流穩(wěn)壓電路復(fù)習(xí)及習(xí)題答案

第7章 直流穩(wěn)壓電源7.1 本章主要知識(shí)點(diǎn)7.1.1 整流電路整流電路的作用是將交流電（正弦或非正弦）變換為單方向脈動(dòng)的直流電，完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的核心元件。常用整流電路如表7.1所示，應(yīng)重點(diǎn)掌握單相橋式整流電路。整流電路研究的主要問題是輸出電壓的波形以及輸出電壓的平均值Uo（即輸出電壓的直流分量大?。?，均列于表7.1中。表中還列出了各種整流電路的二極管中流過的電流平均值ID和二極管承受的最高反向電壓UDRM，它們是選擇二極管的主要技術(shù)參數(shù)。變壓器副邊電流的有效值I2是選擇整流變壓器的主要指標(biāo)之一。分析整流電路工作原理的依據(jù)是看哪個(gè)二極管承受正向電壓，三相橋式整流電路是看哪個(gè)二極管陽極電位最高或陰極電位最低，決定其是否導(dǎo)通。分析時(shí)二極管的正向壓降及反向電流均可忽略不計(jì)，即可將二極管視作理想的單向?qū)щ娫?。?.1 各種整流電路性能比較表類型整流電路整流電壓波形整流電壓平均值Uo二極管電流平均值ID二極管承受的最高反向電壓UDRM變壓器副邊電流的有效值I2單相半波0.45U2Io1.57Io單相全波0.9U20.79 Io單相橋式0.9U21.11 Io三相半波1.17U20.59 Io三相橋式2.34U20.82 Io7.1.2 濾波電路濾波電路的作用是減小整流輸出電壓的脈動(dòng)程度，濾波通常是利用電容或電感的能量存儲(chǔ)功能來實(shí)現(xiàn)的。最簡(jiǎn)單的濾波電路是電容濾波電路，濾波電容C與負(fù)載電阻RL并聯(lián)，其特點(diǎn)是：（1）輸出電壓的脈動(dòng)大為減小，并且電壓較高。半波整流：全波整流：（2）輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動(dòng)較大，只適用于負(fù)載較輕且變化不大的場(chǎng)合，一般要求時(shí)間常數(shù)滿足：（3）二極管導(dǎo)通時(shí)間縮短，電流峰值大，容易損壞二極管。（4）單相半波整流時(shí)二極管承受的最高反向電壓增大一倍，為：除了電容濾波電路以外，還有電感濾波電路以及由電容和電感或電阻組成的LC、CLC型、CRC型等復(fù)合濾波電路。電感濾波電路的輸出電壓較低，一般，峰值電流很小，輸出特性較平坦，負(fù)載改變時(shí)，對(duì)輸出電壓的影響也較小，適用于負(fù)載電壓較低、電流較大以及負(fù)載變化較大的場(chǎng)合，缺點(diǎn)是制作復(fù)雜、體積大、笨重，且存在電磁干擾。LC和CLC型濾波電路適用于負(fù)載電流較大，要求輸出電壓脈動(dòng)較小的場(chǎng)合。負(fù)載較輕時(shí)常采用CRC型濾波電路。7.1.3 直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路的作用是將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路，完成這一任務(wù)的是穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用或在電路中引入電壓負(fù)反饋。1并聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路并聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓管與負(fù)載電阻并聯(lián)，穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，可在一定的條件下使輸出電壓基本不變，從而起到穩(wěn)定電壓的作用，如圖7.1所示。圖7.1 并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程：選擇穩(wěn)壓管選擇：限流電阻選擇：2串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路串聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路的基本原理圖如圖7.2所示。整個(gè)電路由4部分組成：（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構(gòu)成。它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓Uf，送到比較放大環(huán)節(jié)。（2）基準(zhǔn)電壓。由穩(wěn)壓二極管VDZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成。它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。（3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大電路組成。其作用是將取樣電壓Uf與基準(zhǔn)電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成。Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。圖7.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程：輸出電壓：用電位器RP即可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo的大小，但Uo必定大于或等于UZ。3線性集成穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器有W78和W79兩種系列，如圖7.3所示，其中電容C1用以抵消較長(zhǎng)線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩，電容C2用以減小電路的高頻噪聲，C1一般取0.11F，C2取1F。W78系列輸出正電壓，W79系列輸出負(fù)電壓，輸出電壓有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，輸出電流可達(dá)1A、2A等多種，最高輸入電壓為35V，輸入電壓與輸出電壓之差最小為23V，輸出電壓變化率為0.10.2。（a）輸出固定正電壓的電路 （b）輸出固定負(fù)電壓的電路圖 7.3 三端穩(wěn)壓器基本接線圖3.4開關(guān)穩(wěn)壓電路開關(guān)型穩(wěn)壓電路具有效率高、體積小、重量輕、對(duì)電網(wǎng)電壓的要求不高等優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是調(diào)整管的控制電路比較復(fù)雜，并且輸出電壓中紋波和噪聲成分較大。7.2 習(xí)題解答7-1 有一單相橋式整流電路，已知變壓器副繞組電壓為100V，負(fù)載電阻為2k,忽略二極管的正向電阻和反向電流。試求：(1)負(fù)載電阻RL兩端電壓的平均值Uo及電流的平均值IL；(2)二極管中的平均電流ID及各管承受的最高反壓UDRM。解： (1) IL= (2) , ID=22.5mA分析：對(duì)單相整流電路參數(shù)的掌握是本章的重點(diǎn)。名稱負(fù)載直流電壓Uo負(fù)載電流平均值每只管子的平均電流每個(gè)管子承受的最大反向電壓?jiǎn)蜗喟氩?.45U2IoU2單相全波0.9U20.5 Io2U2單相橋式0.9U20.5 IoU27-2 單相橋式整流電路中，若有一個(gè)二極管相反、短接以及斷開會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？解：若一二極管極性接反，會(huì)造成副邊繞組和部分二極管過流以至被燒毀；若一二極管開路，此時(shí)全波整流變成半波整流；若一二極管被短路，此時(shí)變壓器副邊線圈可能燒毀。分析：對(duì)于單相橋式整流電路 橋式全波整流電路的各種故障及現(xiàn)象 (1)二極管D1開路、未接通，此時(shí)全波整流變成半波整流。u2正半周的波形無法送到RL上。 (2)二極管Dl被短路，此時(shí)二極管D2和變壓器副邊線圈可能燒毀。 (3)二極管D1極性接反，這樣在u2負(fù)半周時(shí)，變壓器副邊輸出直接加在兩個(gè)導(dǎo)通的二極管Dl、D2上，造成副邊繞組和二極管D1、D2過流以至被燒毀。 (4)二極管D1、D2極性都接反，此時(shí)正常的整流通路均被切斷，電路無輸出，uo為0。 (5)二極管D1開路，D2被短路，此時(shí)全波整流變成半波整流，u2負(fù)半周時(shí)輸出負(fù)載RL上有整流后的波形。7-3 圖7-21電路中，二極管為理想元件，u1為正弦交流電壓，已知交流電壓表V1的讀數(shù)為100V，負(fù)載電阻RL = 1kW，求開關(guān)S斷開和閉合時(shí)直流電壓表V2和電流表A的讀數(shù)。（設(shè)各電壓表的內(nèi)阻為無窮大，電流表的內(nèi)阻為零）圖7-21 題7-3圖解： 開關(guān)S斷開，電路為半波整流電路電壓表(V2)的讀數(shù)為，電流表(A)的讀數(shù)為=45mA。開關(guān)S閉合，單路是單向全波整流電路電壓表(V2)的讀數(shù)為，電流表(A)的讀數(shù)為=90mA。7-4 整流電路見圖7-22，二極管為理想元件，它能提供兩種整流電壓。已知變壓器二次電壓有效值，負(fù)載電阻， 。 試求：(1) 通過兩個(gè)負(fù)載的平均電流 和 ；(2) 每個(gè)二極管承受的最高反向電壓 。圖7-22 題7-4圖解：圖P83所示整流電路可分作兩部分：次級(jí)線圈、 (80 +20)V、VD1、 RL1構(gòu)成一個(gè)半波整流電路；兩段、20V線圈、VD2、VD3、RL2構(gòu)成一個(gè)全波整流電路。 (1) (2) ,分析：做本題的時(shí)候應(yīng)該注意整流電路電流的方向和二極管箭頭的方向一致，的實(shí)際方向和參考方向相反，所以是負(fù)值。7-5 電路見圖7-23，已知變壓器二次邊電壓，濾波電容，負(fù)載電阻，試 求：(1) 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，輸出電壓平均值, 二極管所承受的最高反向電壓；(2) 當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，輸出電壓平均值, 流過二極管的電流平均值。 圖7-23 題7-5圖解: (1) 當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí);電路為單相全波整流電路不帶有濾波環(huán)節(jié)，; (2) 當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí);電路為單相全波整流電路帶有濾波環(huán)節(jié), ; 7-6 整流濾波穩(wěn)壓電路見圖7-24，已知，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電流與試求：(1) 通過負(fù)載和穩(wěn)壓管的電流 ；(2) 變壓器二次電壓的有效值；(3) 通過二極管的平均電流和二極管承受的最高反向電壓。圖7-24 題7-6圖名稱負(fù)載直流電壓Uo適用場(chǎng)合單相全波整流電路經(jīng)電容濾波1.2U2電容濾波電路外特性較差，適用于負(fù)載小，且變化不大的場(chǎng)合單相全波整流電路經(jīng)電容濾波0.9U2適用于大負(fù)載的場(chǎng)合解： (1) ，, (2)因?yàn)殡娙莸臑V波作用 所以 。 (3) ，7-7 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路見圖7-25，穩(wěn)壓管VS的穩(wěn)定電壓為5.3V，電阻R1=R2=200，晶體管的UBE=0.7V。(1) 試說明電路的如下4個(gè)部分分別由哪些元器件構(gòu)成：調(diào)整管、放大環(huán)節(jié)、基準(zhǔn)環(huán)節(jié)、取樣環(huán)節(jié)；(2) 當(dāng)RP的滑動(dòng)端在最下端時(shí)，Uo=15V，求RP的值；(3) 當(dāng)RP的滑動(dòng)端移至最上端時(shí)，問Uo=？圖7-25 題7-7圖解： 所示為一完整的整流、濾波、穩(wěn)壓電路。其中的串聯(lián)式穩(wěn)壓電路包含：調(diào)整管、基準(zhǔn)電壓、取樣環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)四部分。它們分別由下列元器件構(gòu)成：調(diào)整管由三極管V1構(gòu)成。基準(zhǔn)電壓由電阻R和穩(wěn)壓管組成。取樣環(huán)節(jié)由電阻R1、R2和電位器RP組成。放大環(huán)節(jié)由三極管V2和電阻RC2組成。 當(dāng)RP的滑動(dòng)端在最下端時(shí)，有： 因此，可得： (W) 若RP的滑動(dòng)端移至最上端時(shí)，可得： 7-8 在圖7-26中所示的穩(wěn)壓電源電路中，A為理想運(yùn)算放大器，試給出在下列小題填空：圖7-26 題7-8圖1若電容C1兩端的直流電壓Ui=18V，則表明U2（有效值） 15 V；解：整流電路經(jīng)電容濾波后1.2U2 所以若U2的數(shù)值不變，而電容C1脫焊，則電路為全波整流電路無濾波環(huán)節(jié)，Ui= V，若有一只整流二極管斷開，且電容C1脫焊，電路變?yōu)閱蜗喟氩ㄕ麟娐穭tUi=V。 2要使RP的滑動(dòng)端在最下端時(shí)Uo=18V，則RP的值應(yīng)為 1 k，在此值下，當(dāng)RP的滑動(dòng)端在最上端時(shí)，Uo= 12V 。 3設(shè)Ui=24V，設(shè)調(diào)整管V的飽和壓降UCE3V，在上題條件下，V能否對(duì)整個(gè)輸出電壓范圍都起到調(diào)整作用？答： 不能 ，理由是調(diào)整管的壓降范圍應(yīng)該UCEmaxUImaxUOmin8V。 。 4在Ui=24V的情況下，當(dāng)IE=500mA時(shí)，RP的滑動(dòng)端處于什么位置（上或下）