整流滤波电路.doc

第二十七讲 整流和滤波电路第十章 整流和滤波电路教学目的1、了解直流电源的组成，理解半波、全波桥式整流电路的工作原理及电路参数2、理解滤波电路的原理，学会定量分析其性能，理解倍压整流电路原理3、掌握稳压电路的工作原理、主要指标限流电阻的计算，了解稳压电路中的保护措施4、掌握串联型稳压电路的组成、工作原理，估算输出电压的调节范围。5、掌握集成稳压器W7800、W7900、W117的应用教学重点和难点1、稳压二极管稳压电路2、串联型稳压电路3、三端稳压器的应用教学内容第一节 直流电源的组成及各部分的作用第二节 整流电路一、整流电路的分析方法及其基本参数二、单相桥式整流电路第三节 滤波电路第四节 稳压二极管稳压电路第五节 串联型稳压电路 一、串联型稳压电路的工作原理二、集成稳压器中的基准电压电路和保护电路三、集成稳压器电路四、三端稳压器的应本章讨论的问题：1.如何将50Hz、220V的交流电压变为6V的直流电压？2.220V的交流电压经整流后是否输出220V的直流电压？3.将市场销售的6V直流电源接到收音机上，为什么有的声音清晰，有的含有交流声？4.对于同样标称输出电压为6V的直流电源，在未接收音机时，为什么测量输出端子的电压，有的为6V，而有的为78V？5.为什么有的直流电源在电网电压变化和负载变化时输出电压不变，而有的随之变化？6.一个5V交流电压是否可能转换为6V直流电压？一个3V电池是否可以转换成为6V的直流电压？7.对于一般直流电源，若不慎将输出端短路，则一定会使损坏吗？8.线性电源和开关型电源有和区别？它们分别应用在什么场合？10.1直流电源的组成及各部分的作用电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高,一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源。一般直流电源由如下部分组成:整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。直流电源的方框图如图10.1所示。图10.1.1整流滤波方框图10.2整流电路10.2.1整流电路的分析方法及其基本参数一、工作原理图 10.2.1单相半波整流电路图 10.2.2半波整流电路的波形图优点：使用元件少。缺点：输出波形脉动大；直流成分小；变压器利用率低。二、主要参数1.输出电压平均值 UO(AV)输出电压平均值就是负载电阻上电压的平均值2.负载电流的平均值3.脉动系数三、二极管的选择根据流过二极管电流的平均值和它所承受的最大反向电压来选择二极管的型号。二极管的正向电流等于负载电流平均值二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。10.2.2 单相桥式整流电路一、单向桥式整流电路的组成单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，如图10.2.4（a）所示。在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。二、工作原理根据图10.2.4（a）的电路图可知：当正半周时，二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。 当负半周时，二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图10.2.4（b）。三、输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV) 根据图15.02（b）可知，输出电压是单相脉动电压，通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为 （a）桥式整流电路 （b）波形图图10.2.4单相桥式整流电路 （动画15-1）（动画15-2）流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析，此时谐波分量中的二次谐波幅度最大。脉动系数S定义为二次谐波的幅值与平均值的比值。 四、二极管的选择1.每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。2.二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压3.对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。问题：如何实现正、负电源？将桥式整流电路变压器副边中点接地，并将二个负载电阻相连接，且连接点接地。图10.2.7利用桥式整流电路实现正、负电源uO1 为正； uO2为负问题：三相整流电路如何实现？变压器副边的三个端均应接二只二极管，一只接阳极，另一只 接阴极。D1 D2 D3轮流导通，阳极电位高的D先导通； D4D5D6轮流导通，阴极电位低的D先导通。图10.2.8三相整流电路附1单相半波整流电路单相整流电路除桥式整流电路外还有有单相半波和单相全波两种形式。单相半波整流电路如图 (a)所示，波形图如图 (b)所示。 根据图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为 流过负载和二极管的平均电流为 (a)电路图 (b)波形图图单相半波整流电路二极管所承受的最大反向电压附2.单相全波整流电路 单相全波整流电路如图 (a)所示，波形图如图 (b)所示。 (a)电路图 (b)波形图图单相全波整流电路 根据图（b）可知，全波整流电路的输出电压与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为 流过负载的平均电流为 二极管所承受的最大反向电压 单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。 注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对输入（交流）用有效值或最大值；输出（交直流）用平均值；整流管正向电流用平均值；整流管反向电压用最大值。10.3滤波电路滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联或电感与负载RL串联。10.3.1电容滤波电路 1.滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量，又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。2.电容滤波电路现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图10.3.1所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。图10.3.1 电容滤波电路 3.滤波原理 若v2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦波。 当v2到达wt=p/2时，开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过wt=p/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过wt=p/2时二极管仍然导通。在超过wt=p/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图10.3.2。 图10.3.2电容滤波电路波形需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小；反之，RLC减少时，导通角增加。显然。当L很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，见图18.05滤波曲线中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。问题：有无L即空载，此时VC=VO=？图10.3.4电容滤波的效果（动画15-3） （动画15-4） 4.电容滤波电路参数的计算 电容滤波电路的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅，一般常采用以下近似估算法： 一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=（35）的条件下，近似认为VO=1.2V2。5.外特性整流滤波电路中，输出直流电压VO随负载电流IO的变化关系曲线如图10.3.5所示。 图10.3.5电容滤波外特性曲线名 称VO(空载)VO(带载)二极管反向最大电压每管平均电流半波整流IO全波整流、电容滤波1.2V2*0.5IO桥式整流、电容滤波1.2V2*0.5IO桥式整流、电感滤波0.9V20.5IO*使用条件：10.3.3其它形式的滤波电路一、电感滤波电路 利用储能元件电感器的电流不能突变的性质，把电感与整流电路的负载L相串联，也可以起到滤波的作用。 桥式整流电感滤波电路如图10.3.8所示。电感滤波的波形图如图15.11所示。当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将更换经由D2、