电工技术习题.doc

习 题5.1 在图5.01中，已知RL=80，直流电压表的读数为110V，试求：(1)直流电源表的读数；(2)整流电流的最大值；(3)交流电压表的读数；(4)变压器二次侧电流的有效值。二极管的正向降压忽略不计。 图5.01 习题5.1的图解：（1）Io=UoRL=11080=1.375A的读数为1.375A1.38 A。（2）Im=UmRL=UoRL=11080=4.32A整流电流最大值为4.32A。（3）U2=Uo0.45=1100.45244V即的读数为244V。（4）I2=1.57Io=1.571.3752.16A变压器副边电流有效值为2.16A5.2 在图5.2的单相半波整流电路中，已知变压器二次侧电压的有效值U=30V，负载电阻RL=100，试问：(1)输出电压和输出电流的平均值Uo和Io各为多少？(2)若电源电压波动-+10%，二极管承受的最高反向电压为多少？ 图5.2 习题5.2的图5.3 若采用图5.3的单相桥式整流电路，试计算上题。 图5.3 习题5.3的图5.4 有一电压为110V，电阻为55的直流负载，采用单相桥式整流电路（不带滤波器）供电，试求变压器二次绕组电压和电流的有效值并选用二极管。解：由题意：UO=110V IO=UORL=11055=2A 故变压器副边电压为 U=UO0.9=1100.9=122V 副绕组电流为 I2=1.11IO=1.112=2.22A 二极管中平均电流为 ID=12IO=122=1A 二极管上最高反向电压为 UDRM=2U=2122173V 可选2CZ12D5.5 在图5.04所示的整流电路中，变压器二次侧电压有效值U1=20V,U2=50V;R1=100,R2=30;二极管最大整流电流IOM和反向工作峰值电压URWM如表中所列。(1)试校核电路中各整流桥所选用的二极管型号是否合适。(2)若将绕组2-2的极性接反，对整流电路有无影响，为什么？(3)若将a,b间联线去掉，电路是否仍能工作？此时输出电压Uo和输出电流Io等于多少？所选用的二极管是否合适？ 图5.04 习题5.5的图解：（1）两个桥式整流电路是互相独立的，对11电路； Uo1=0.9U1=0.920=18V Io1=Uo1R1=18100=0.18A ID1=12Io1=120.18=0.09A UDRM1=2U1=220=28.3V 所选二极管2CP12的IOMID1,URWM2UDRM,合适。 对22电路： Uo2=0.9U2=0.950=45V Io2=Uo2R2=4530=1.5A ID2=12Io2=121.5=0.75A UDRM2=2U2=250=70.7V 所选二极管2CZ11A的IOMID2,URWMUDRM2，基本合适。最好选用2CZ11B，其URWM=200V2UDRM. （2）若绕组22极性反接，则仍为桥式整流电路，且输出电压极性不变，故对整流电路毫无影响。 （3）若将a，b间联线去掉，则电路可画如下图所示。在电源正半周时，D11，D13，D21，D23 4个二极管在电源电压（u1+u2）作用下经（R1+R2）导电；在电源负半周时，D12，D14，D22，D24 4个二极管在电源电压（u1+u2）作用下经（R1+R2）导电，在（R1+R2）中电流方向不变，故有 Uo=0.9U1+U2=0.920+50=63V Io=UoR1+R2=63100+300.485A 二极管中电流平均值为 ID=12Io=120.4850.242A D11D14的最高反向电压仍与原来一样，UDRM1=28.3V；D21D24的最高反向电压也与原来一样，UDRM2=70.7V。分析可见，电路仍能实现整流作用，输出直流总电压Uo=18+45=63V不变，但R1和R2中电流Io则与前大不相同。所选二极管中2CZ11A尚能使用，而2CP12则已大大超载了，可能烧坏。5.6 有一整流电路如图5.05所示，(1)试求负载电阻RL1和RL2上整流电压的平均值Uo1和Uo2，并标出极性；(2)试求二极管D1，D2，D3中的平均电流ID1,ID2 ,ID3以及各管所承受的最高反向电压。 图5.03 习题5.5的图解： （1）Uo1=0.4590+10=45V,极性为上“-”下“+”。 Uo2=0.910=9V 极性为上“+”下“-”。 （2）ID1=Io1=Uo1RL1=4510103=4.5mA ID2=ID3=12Io2=12Uo2RL2=129100=45mA UDRM1=290+10141V UDRM2=UDRM3=221028.3V5.7 图5.06是二倍压整流电路，Uo=22U，试分析之，并标出Uo的极性。 图5.06 习题5.7的图解： 电源正半周时，二极管D1导电，给电容器C1充电到Uc1=2U，以后D1截止，D2也截止，C1中电荷不能释放，保持Uc1=2U。负半周D2在（u+uc1）作用下导电，给电容器C2充电，到Uc2=22U时，D2截止，于是在负载RL上获得的最高电压为Uo=22U。随后C2会向RL放电，Uo有所下降，但只要使RLC2足够大，Uo基本上是22U。这便是电路工作原理。显然Uo的极性应为下“+”上“-”。5.8 有一电解电源，采用三相桥式整流，如果要求负载直流电压Uo=20V，负载电流Io=200A，(1)试求变压器容量为多少KVA;(2)选用整流元件。考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器的二次侧电压要加大10%。 解： 由表可知Uo=2.34U，则 U=Uo2.341.1=202.341.1=9.4V ID=13Io=1320066.7A UDRM=6U=69.4=23V I2=0.82Io=0.82200=164A（1） 变压器容量为 S=3UI2=39.4164=4.62kVA 可选用SN=5kVA的变压器。 （2） 选用IOM=100A，URWM=50V的整流管。5.9 在表5.1.1中，试证明单相半波整流时变压器二次侧电压时的有效值I=1.57Io，如果带电容滤波器后，是否仍有上述关系？解：I=1T0Ti2dt=1T0T2UmRL(sint)2dt=UmRL120sin2tdt=Um2RL=2Io1.57Io 其中Io=UmRL变压器副绕组中电流与二极管电流相同，在带有电容滤波器后，二极管导通时间大大缩短，峰值电流增大。变压器副绕组电流有效值不再具有上述关系。5.10 试分析图5.07所示的变压器二次绕组中有中心抽头的单相整流电路，二次绕组两段的电压有效值各为U： （1）试分析在交流电压的正半周和负半周时电流的通路，并标出负载电阻RL上电压 uo和滤波极性电容器C的极性； （2）分别画出无滤波电容器和有滤波电容器两种情况下负载电阻上电压uo的波形，是全波还是半波整流？ （3）如无滤波电容器，负载整流电压的平均值Uo和变压器二次绕组每段的有效值U之间的数值关系如何？如有滤波电容，则又如何？ （4）分别说明有滤波电容器和无虑波电容器两种情况下截止二极管上所承受的最高反向电压URM是否都等于22U。 （5）如果整流二极管D2虚焊，Uo是否是正常情况下的一半？如果变压器的二次侧中心抽头虚焊，这时有输出电压吗？ （6）如果把D2的极性接反，是否能正常工作？会出现什么问题？ （7）如果D2因过载损坏造成短路，还会出现什么其他问题？ （8）如果输出端短路，又将出现什么问题？ （9）如果把图中的D1和D2都反接，是否仍有整流作用？所不同者都是什么？ 图5.07 习题5.10的图解：（1）uo极性为上“+”下“-”，电容器极性上端为“+”。 （2）波形如图解所示，其中（a）为无虑波电容器情况下负载电压uo，（b）为有滤波电容器情况下负载电压uo。可见电路是全波整流，正半周D1导通，D2截止；负半周D2导通，D1截止。 （a） （b）（3）无滤波电容时Uo=0.9U，有滤波电容器时Uo1.2U（在满足RLC（35）T2的条件下）（4）当二极管D1导通时，D2承受反向电压为u+u=2u;反之D2导通时，D1承受反向电压也是2u，故两管截止时承受的最高反向电压UDRM均为22U且与有无电容器无关。（5）若D2虚焊不通，则电路为半波整流，若无滤波电容器，则UO为正常值的一半，若有滤波电容器，则UOU121.2U，既不是正常值的一半。若变压器副边中心抽头虚焊（不通），则负载被开路，输出电压为零。（6）若D2极性接反，则正半周电源被D1和D2短接，将烧坏两只二极管。负半周则两管均截止，故不能正常工作。（7）若D2损坏而短路，则正半周变压器被D1短路，将烧坏D1，甚至烧坏变压器绕组或烧断电源保险丝。（8）若输出端短路，则正半周烧坏D1，负半周烧坏D2。（9）若D1和D2均反接，则仍为全波整流电路，所不同的是输出电压极性相反，此时应将滤波电容器也反接，否则将使滤波电容器击穿损坏。5.11 今要求负载电压Uo=30V，负载电流Io=150mA。采用单相桥式整流电路，带电容滤器。一直交流频率为50Hz，试选用管子型号和滤波电容器，并于单相半波整流电路比较，带电容滤波器后，管子承受的最高反向电压是否相同？5.12 在图5.2.7所示的具有形RC滤波器的整流电路中，已知交流电压U=6V,今要求负载电压Uo=6V,负载电流Io=100mA,试计算滤波电阻R。 图5.8 习题5.12的图解： 如下图所示，整流电路输出直流电压为 Ui=1.2U=1.26=7.2V 由此得 R=Ui-UoIo=7.2-610010-3=125.13 在图5.09的整流电路中，已知变压器两次侧电压的有效值U=20V,负载电阻RL=50。试分别计算开关S1S4在不同断合情况下，负载两端电压Uo，电流Io，每个二极管中流过的电流ID和承受最高反向电压URM。设R=20。（1）S1和S2合上，其他断开；（2）S1合上，其他断开；（3）S1S4均合上；（4）S1，S3，S4合上，S2断开；（5）S1S4均断开。图5.09 习题5.13的图5.14 稳压二极管稳压电路如图5.10所示，已知u=28.2sint V，稳压二极管的稳压值Uz=6 V，RL=2k，R=1.2k.试求：（1）S1断开，S2合上时的Io，IR和IZ。（2）S1，S2均合上时的Io，IR和IZ，并说明R=0和DZ接反两种情况下电路能否起稳压作用。图5.10 习题5.14的图5.15 如何连接图5.11中的各个元器件以及接“地”符号才能得到对“地”为-+15V的直流稳压电源，并写出其导通路径。 图5.11 习题5.15的图5.16 某稳压电源如图5.12所示，试问：（1）输出电压Uo的极性和大小如何？（2）电容器C1和C2的极性如何？他们的耐压应选多高?（3）负载电阻RL的最小值约为多少？（4）如将稳压管DZ接反，后果如何？（5）如R=0，又将如何？ 图5.12 习题5.16的图 解： （1）Uo=15V，极性为上“-”下“+”。（2） C1和C2的极性均应为上“-”下“+”。（3） 查表可得IZ=5mA,求出整流输出电压Ui=1.2U=1.236=43.2V，则允许最大负载电流为ILmax=Ui-UoR-IZ=43.2-152.4103-510-3=6.75mA于是可知最小负载电阻为 RLmin=UoILmax=156.7510-3=2.22k（4） 如将DZ接反，则该稳压管工作在二极管状态，负载被短路，整流电路输出电流为 I=UiR=43.224103=18mA ID=12I=9mAIoM=100mA（2CP13） 故二极管不会烧坏。2CW20的Izmax=15mA, PCM=250mW,正向电流未知，一般不至于烧坏，但输出电压Uo0限流电阻R的正常功耗为 PR=（Ui-Uo）2R=(43.2-15)22.41030.33W一般选用0.5W，而实际功耗为PR=Ui2R=（43.2）22.41030.78W0.5W（5）若R=0，则首先烧坏稳压管，进而可能烧坏二极管。因为UiUZ，使 IZIzmax，故稳压管被烧坏。当稳压管烧坏造成短路时，二极管电流过大也会被烧坏。5.17 电路如图5.13所示。已知：Uz=6 V，R1=2 k，R2=1 k，R3=2 k，UI=30V，T的电流放大系数=50.试求：（1）电压输出范围；（2）当Uo=15 V，RL=150时，调整管T的管耗和运算放大器的输出电流。图5.13 习题5.17的图 解： （1）Uo=R1+R2R2+R1UZ 当R1=R1时 Uo=UZ=6V 当R1=0时 Uo=2+116=18V即电压输出范围为618V。（2）Io=UoRL=15150=0.1AIAo=IB=IE1+=11+Uo-UZR3+UoR1+R2+Io=150+115-62103+52+1103+0.1=2.15mAUCE=Ui-Uo=30-15=15V Pc=UCEIc=152.1510-350=1.61W即调整管功能为1.61W，运算放大器输出电流为2.15mA。5.18 在图5.14中，试求输出电压Uo的可调范围是多大？图5.14 习题5.18的图解： 根据运算放大器“虚短”概念，有 R3R3+R4Uxx=R1+RPR1+RP+R2Uo则 Uo=R1+RP+R2R1+RPR3R3+R4Uxx 当RP=RP时 Uo=0.5+1.5+2.50.5+1.52.52.5+2.55=6.625V当RP=0时 Uo=0.5+1.5+2.50.52.52.5+2.55=22.5V即Uo的可调范围为5.625V22.5V5.19 在图5.15中，试求输出电压Uo的可调范围是多少？图5.15 习题5.19的图解： 根据运算放大器u+=u-的原理，有 R1+RPR1+RP+R2Uo=Uxx Uo=R1+RP+R2R1+RPUxx当RP=RP时 Uo=3.3+5.1+3.33.3+5.156.96V当RP=0时 Uo=3.3+5.1+3.33.3517.73V Uo的可调范围为6.9617.73V。5.20 桥式整流电路如图图15.16所示，要求输出直流电压uo为25V，输出直流电流为200mA，试问：（） 输出电压是正压还是负压？电解电容C的极性如何连接？（） 变压器次级绕组输出电压u2的有效值为多大？（） 电容C至少应选多大数值？（） 整流管的最大平均整流电流和最高反向电压如何选择？图5.16 习题5.20的图5.21 桥式整流电路如图图5.17所示，U2=20V，RL=40，C=1000F，试求：（） 正常时，直流输出电压？（） 如果电路中一个二极管开路，是否为正常值一半