《電子與電工技術(shù)》課件第11章

11.1整流電路11.2濾波電路11.3穩(wěn)壓電路小結(jié)

習(xí)題

第11章電源電路11.1.1單相半波整流電路

1．電路的組成及工作原理

圖11－1(a)所示為單相半波整流電路。

由于流過負(fù)載的電流和加在負(fù)載兩端的電壓只有半個(gè)周期的正弦波，故稱半波整流。11.1整流電路圖11－1單相半波整流電路及波形圖

2．負(fù)載上的直流電壓和直流電流

直流電壓是指一個(gè)周期內(nèi)脈動(dòng)電壓的平均值,即流過負(fù)載RL上的直流電流為

3．整流二極管的參數(shù)

由圖11－1(a)可知，流過整流二極管的平均電流IVD

與流過負(fù)載的電流相等，即

當(dāng)二極管截止時(shí)，它承受的反向峰值電壓URM是變壓器次級電壓的最大值，即

11.1.2單相橋式整流電路

1．電路的組成及工作原理

橋式整流電路由變壓器和四個(gè)二極管組成，如圖11－2所示。由圖11－2(a)可知，四個(gè)二極管接成了橋式，在四個(gè)頂點(diǎn)中，相同極性接在一起的一對頂點(diǎn)接向直流負(fù)載RL，不同極性接在一起的一對頂點(diǎn)接向交流電源。輸出波形如圖11－3所示。圖11－2單相橋式整流電路

圖11－3橋式整流電流輸出波形圖

變壓器接入交流電源后，當(dāng)副邊電壓u2為正半周時(shí)(A端為“+”，B端為“-”)，二極管VD1、VD3因受正向電壓作用而導(dǎo)通(簡稱正偏導(dǎo)通)，如圖11－4(a)所示。電流從A端流出，經(jīng)VD1流向負(fù)載RL，再經(jīng)VD3回到B端，電流方向如圖中箭頭所示。二極管VD2、VD4由于受反向電壓的作用而不導(dǎo)通(簡稱反偏截止)。為分析方便，可認(rèn)為二極管導(dǎo)通時(shí)的正向電壓降為零，二極管加反向電壓時(shí)，其反向電阻為無窮大。即在正半周時(shí)，C點(diǎn)電位與A點(diǎn)相同，D點(diǎn)電位與B點(diǎn)相同，輸出電壓uo=u2。圖11－4單相橋式電路的電流通路

2．負(fù)載上的直流電壓和直流電流

由上述分析可知，橋式整流負(fù)載的電壓和電流是半波整流的兩倍，即

3．整流二極管的參數(shù)

在橋式整流電路中，因?yàn)槎O管VD1、VD3和VD2、VD4在電源電壓變化一周內(nèi)是輪流導(dǎo)通的，所以流過每個(gè)二極管的電流都等于負(fù)載電流的一半，即

橋式整流電路與半波整流電路相比，電源利用率提高了1倍，同時(shí)輸出電壓波動(dòng)小。因此，橋式整流電路得到了廣泛應(yīng)用。該電路的缺點(diǎn)是二極管用得較多，電路連接復(fù)雜，容易出錯(cuò)。為了解決這一問題，生產(chǎn)廠家常將整流二極管集成在一起構(gòu)成橋堆，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形如圖11－5所示。圖11－5橋堆內(nèi)部結(jié)構(gòu)及外形圖

11.1.3單向橋式整流電路中二極管的選擇

1．求流過二極管的平均電流ID

從以上分析可知，在橋式整流電路中，二極管VD1、VD3和VD2、VD4是輪流導(dǎo)通的，因此在一個(gè)周期內(nèi)每個(gè)管子流過的平均電流是輸出平均電流的一半，即

2．加在二極管上的反向電壓UVM

從圖11－3中可以看出，當(dāng)VD1、VD3導(dǎo)通時(shí)，VD2、VD4管所承受的最高反向電壓是U2。同理，VD1、VD3也承受同樣大小的反向電壓。因此，二極管的最大反向

電壓UVM≥

U2。一般選裕量為2~3?？紤]到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍為±10%，在實(shí)際選用二極管時(shí)，應(yīng)至少有10%的裕量。

【例11－1】

如圖11－2所示的單相橋式整流電路，若要求在負(fù)載上得到24V的直流電壓，100mA的直流電流，求整流變壓器次級電壓U2，并選出整流二極管。

解

11.2.1電容濾波電路

圖11－6為單相橋式整流電容濾波電路，設(shè)負(fù)載為純電阻。這種電路在負(fù)載兩端并聯(lián)了電容量較大的電解電容。利用電容的儲能作用，當(dāng)電源供給的電壓升高時(shí)，電容把能量存儲起來(充電)；而當(dāng)電源電壓降低時(shí)，電容又把所存儲的能量釋放出來(放電)，使負(fù)載上得到比較平滑的直流電壓。11.2濾波電路圖11－6單向橋式整流電容濾波電路

不加濾波電容的單向橋式整流電路的輸出電壓uo的波形如圖11－7(a)所示;加了濾波電容后的輸出電壓uo的波形如圖11－7(b)所示。圖11－7單向橋式整流電容濾波電路波形圖

1．在uo的oa段

此時(shí)電源電壓u2為正半周，二極管VD1、VD3正偏導(dǎo)通，電源經(jīng)二極管向負(fù)載RL提供電流，同時(shí)向電容充電。若忽略二極管的正向壓降，則電容C上的電壓uC=uo=u2。

2．在ab段

交流電壓u2從最大值U2M開始減小，電容開始放電。在這段時(shí)間內(nèi)，通常按正弦規(guī)律變化的u2下降速度比電容按指數(shù)規(guī)律放電的速度還要慢，使u2>uC，二極管仍正偏導(dǎo)通，輸

出電壓uo跟隨u2下降一段時(shí)間。

3．在bo′段

在這段時(shí)間里，u2的下降速度加快，電容上的電壓uC的下降速度比u2的下降速度要慢，即uC>u2，二極管VD1、VD3截止。VD1、VD3截止后，電容C通過負(fù)載電阻RL放電，輸出電壓uo按指數(shù)規(guī)律下降。放電回路的時(shí)間常數(shù)τ=RLC。若τ值大，則uo下降速度就慢。當(dāng)uo下降到o′點(diǎn)后，u2為負(fù)半周且數(shù)值大于uC，二極管VD2、VD4正偏導(dǎo)通，電容C重新開始充電，又重復(fù)上述oa段的工作過程。

【例11－2】

已知單相橋式整流電容濾波電路如圖11－6所示，UL=12V，IL=10mA，電網(wǎng)工作頻率為50Hz。試計(jì)算整流變壓器次級電壓有效值U2，并計(jì)算RL和C的值。

解11.2.２

RCπ型濾波電路

圖11－8是RCπ型濾波電路，這種電路的濾波效果比電容濾波電路的濾波效果要好。圖11－8單相橋式RCπ型濾波整流電路

11.3.1簡單并聯(lián)型穩(wěn)壓電路

1.電路組成

簡單并聯(lián)型穩(wěn)壓電路是最簡單的穩(wěn)壓電路，由穩(wěn)壓二極管VDZ和限流電阻R組成，如圖11－9所示。注意,穩(wěn)壓管的接法是反接工作的。11.3穩(wěn)壓電路圖11－9并聯(lián)型直流穩(wěn)壓電路

2.穩(wěn)壓過程

從圖中所標(biāo)的電流電壓的參考方向可得到：

I=IZ+IL

UL=Ui-IR

(1)當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)而RL不變時(shí)，若電網(wǎng)電壓上升，則

Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓

(2)當(dāng)電網(wǎng)電壓穩(wěn)定而負(fù)載RL變化時(shí)，若RL減小，則

IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑

3.主要參數(shù)的計(jì)算

輸入電壓Ui：

Ui=(2~3)UZ

【例11－3】

在圖11－9所示電路中，已知Ui=12V，電網(wǎng)電壓允許的波動(dòng)范圍為±10%，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=5V，最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax=40mA，負(fù)載電流為10～20mA。試求R的取值范圍。解11.3.2串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

1.電路組成

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖11－10所示。其中取樣環(huán)節(jié)由R3、R4、R5構(gòu)成；基準(zhǔn)源由穩(wěn)壓管VDZ和限流電阻R2構(gòu)成；V2為比較放大器；V1為調(diào)整管；R1既是V2的集電極負(fù)載電阻，又是V1的基極偏置電阻，保證V1處于放大狀態(tài)。圖11－10串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

2.穩(wěn)壓過程

(1)當(dāng)負(fù)載RL不變，輸入電壓Ui減小時(shí)，輸出電壓Uo

有下降趨勢，通過取樣電阻的分壓使比較放大器的基極電壓UB2下降，而比較放大器的發(fā)射極電壓不變(UE2=UZ)，－因此UBE2也下降，于是比較放大器的導(dǎo)通能力減弱，UC2升高，調(diào)整管導(dǎo)通能力增強(qiáng)，調(diào)整管V1的集射極之間的電阻RCE1減小，管壓降UCE1下降，使輸出電壓Uo上升，保證了Uo基本不變。當(dāng)輸入電壓減小時(shí)，穩(wěn)壓過程與上述相反。

(2)當(dāng)輸入電壓Ui不變，負(fù)載RL減小時(shí)，引起輸出電壓Uo有減小的趨勢，則電路將產(chǎn)生下列調(diào)整過程：

RL↓→Uo↓→UBE2↓→IB2↓→IC2↓→UCE2↑→UBE1↑→IB1↑→UCE1↓→Uo↑

3.輸出電壓的計(jì)算

串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓Uo，由采樣單元的分壓比和基準(zhǔn)電壓的乘積決定。因此調(diào)節(jié)電位器R4的滑動(dòng)端子，可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo的大小。設(shè)計(jì)這種電路時(shí)要滿足I2>>IB2，因

I1≈I2，則

【例11－4】

在圖11－10中，設(shè)穩(wěn)壓管工作電壓UZ=6V，R3=R5=R4，試估算輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。

解

(1)整流指把大小、方向都變化的交流電變成單向脈動(dòng)的直流電；能完成整流任務(wù)的設(shè)備稱為整流器。橋式整流電路在實(shí)際中應(yīng)用最廣。

(2)濾波指濾除脈動(dòng)直流電中的交流成分，使得輸出波形平滑；能完成濾波任務(wù)的設(shè)備稱為濾波器。電容濾波適用于負(fù)載電流較小的場合。

(3)穩(wěn)壓指輸入電壓波動(dòng)或負(fù)載變化引起輸出電壓變化時(shí)，能自動(dòng)調(diào)整使輸出電壓維持在原值。簡單并聯(lián)型穩(wěn)壓電路常存在于復(fù)雜的穩(wěn)壓電路中，而串聯(lián)型穩(wěn)壓電路調(diào)壓性能良好，應(yīng)用廣泛。小結(jié)

11－1某電動(dòng)剃須刀的充電電路如圖11－11所示，請說明各元件的作用。

11－2在圖11－12所示的電路中，已知Ui=12V，并有±10%的波動(dòng)；穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，最小穩(wěn)定電流IZ=10mA，最大穩(wěn)定電流IZmax=30mA。

(1)RL兩端的電壓有多大？

(2)試求限流電阻R的取值范圍。習(xí)題圖11－11習(xí)題11－1圖

圖11－12習(xí)題11－2圖

11－3串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖11－13所示。

(1)求輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍。

(2)若V1和V2的c-e極擊穿，則輸出電壓如何變化？

11－4橋式整流電路如圖11－14所示，在電路中出現(xiàn)下列故障，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？

(1)二極管VD1開路；

(2)二極管VD1短路或擊穿；

(3)