单相整流电路.doc

复习提问：1晶体二极管的特性是什么？2二极管单向导电的条件是什么？新课导入 直接导入新授内容：9.1.1单相整流电路一、什么叫整流：把交流电转换成脉动的直流电的过程。分类：交流电源的相数：单相、多相负载上所得整流波形：半波、全波整流二、各整流电路介绍（一）单相半波整流电路1简述电路的组成电路由电源变压器T、整流二极管V、负载电阻RL组成2工作原理当u2为正半周（a端为正、b端为负）时，二极管V正偏导通，电流自A端经二极管V、自上而下的流过负载RL到B端，因为二极管正向压降很小，可认为负载两端电压uL与u2几乎相等，即vL=v2。当u2为负半周（a端为负、b端为正）时，二极管V形式截止，电流i=0，则负载RL上的电流为0，负载上的电压vL=0。可见，在交流电工作的全周期内，负载上只有自上而下的单方向电流，实现了整流。v2、vL、iL等相应的波形，可看出它们的大小是波动的，但方向不变。这种方向不变的电压和电流，称为脉动直流电（它的波形平滑，通常称为含有交流成分或纹波成分）利用二极管的单向导电性，使电源电压的半个周期有电流通过负载，故称为半波整流电路。3相关简单计算公式：（1）UL=0.45U2表明：半波整流电路负载上得到的直流电压还不到变压器次级电压有效值的一半。（2）整流二极管的选择：根据IF和URM计算值，查阅有关半导体手册选用合适的二极管型号使其额定额接近或大于计算值。4缺点：仅利用了电源电压U2的半个波，故有电源利用率低且输出电压脉动大的缺点。（二）单相全波整流电路（变压器中心抽头式）1简述电路的组成。2工作原理：在电源U2的整个周期内，两个二极管V1和V2轮流导通，分别把U2a和U2b的正半波引向负载，使RL上得到单一方向的全波脉动电压。3相关公式；(1) UL=0.9U2(2)整流二极管的选择：4缺点：输出电流高一倍，变压器的次级必须两组，选择二极管的性能要求高一倍，这是不可避免的缺点。（三）单相桥式整流电路（简称桥式整流电路）1简述电路的组成 T它是由四只接成桥式的整流二极管V1V4和电源变压器T组成，RL是负载电阻。应强调指出这种电路的另一种画法。 RL2工作原理：2为正半周时，A点电位最高，V1管的阳极接于A点，V4管的阴极接于A点，故V1管导通，V4管截止，则有cA，很显然，V2处于截止状态，其承受的反向电压为AB，V3的阴极接在B点，所以构成回路AV1管RLV3管B，V3管是导通的。（V1、V3管导通）。归纳以上的分析可知，二极管的导通与截止状态，实际上还取决于它两端所承受的电压。整流管的阳极在导通时应承受高电位，阴极应承受低电位，对于截止管子正好相反。注：分析时，V1管一旦导通，cA，这是很关键的，而A点电位最高，则V2管的状态很容易确定下来。2为负半周时，B端电压高于A端（即B 端为正，A 端为负），二极管V2、V4导通，V1和V3截止。这样，在2的整个周期内，都有方向不变的电流通过RL，且i1和i2叠加形成il。这种电路中2、i1、i2 、iL和L的波形对应关系如图1.2.5所示。从波形图中可看出，通过负载RL的电流iL是全波脉动直流，RL两端电压是全波脉动直流电压L。所以这种整流电路属于全波整流类型，称为桥式单相全波整流电路。两对管子轮流导通，所以整个电源的全波都利用了，故属于全波整流类型。3相关计算公式：（1）UL、IL请同学得出：（全波整流电路，同变压器中心抽头式） UL=0.9U2（2）整流二极管的选择4.优点：整流二极管的数目多一倍，但二极管承受的反向峰值电压低了一半，而且变压器无需中心抽头，且有集成的硅桥堆，故使用很普遍。5.桥式整流电路的简化画法图： T V1V4 RL6.例：有一直流负载，需要直流电压互感器VL=60V ，直流电流IL=4A。若采用桥式整流电路，求电源变压器次级电压V2并选择整流二极管。解题思路： VL=0.9V2小结：1单相半波整流电路的工作原理及简单计算。2单相全波整流电路的工作原理及简单计算。3单相半波、单相全波整流电路中二极管的选择。4桥式整流电路的工作原理、二极管的选择。作业：补充：电子线路书P书33 1-8、1-10、1-11复习提问1什么叫整流、整流电路？2单相半波整流电路VL和V2的关系，以及IV和IL的关系VRM等于多少，该电路的缺点是什么？3单相全波桥式电路的二极管的最大反向截止电压是多少？新课导入滤波电路作用：整流电路仅能把交流变成脉动直流，从上述波形中看出：UL中有很大的交流纹波。若用这样的直流来给电子电路供电是不行的。譬如用其代替电池作晶体管收音机电源，就会有很大的交流声，讨厌的嗡嗡声，使得人们无法收听广播节目。必须设法消除这些纹波，使之输出纯净（或较为纯净）的直流，滤波电路就担负着这一使命。故需在整流电路和负载之间接入滤波电路。即给负载供电前先过滤。新授内容：9.1.2滤波电路一、电容滤波（一）电路：实质是一个与整流电路负载电阻并联的电容器。投影电路及滤波后的半波整流电路。（二）半波整流电容滤波电路1工作原理：电容元件上的电压不能突变，对负载电阻放电从而减小脉动程度。分析注意1.分时期分析电路 2.二极管的导通与截止时段分散讲解0t1段VC=0，且VC就是二极管阴极的电位。故二极管导通，经过二极管的电流分成两路。一路流向电容器（即对电容器充电，电容器上的电压升高）一路流向RL。因二极管的导通电阻r很小，故充电时间常数rc=c很小，则充电时间很快。故到t1时刻，T/4时，电容上的电压过到最大值V2m=，二极管导通。过t1后，二极管正极电位将低于V2m，而电容上的电压不能突变，即是说二极管处于反偏，故二极管截止。故只剩下电容和电阻组成的闭合电路。管子虽然截止，但电容已充有电荷，有电压，它将通过负载放电。此时负载上得到的是UC。即UL=UC。随着放电UC将下降。如果C足够大，电压下降就较慢，放电一直可持续到下次充电。U2为负半周时，管子反偏。不久，U2将会上升，而UC因放电也下降，一但U2UC则会使V导通，则对C充电，然后再放电，如此循环往复。滤波作用也可以从能量角度来描述：充电时，由交流电把能量存入电容；放电时，电容再把所储电能交给负载。很显然电容越大，储存的能量越多。放电电阻越大，或说负载电阻越大，放电电流越小，于是放电越慢，电压波动就越小，滤波效果就越好。输出直流电压UL（AV）=U2（三）桥式整流电容滤波电路它与半波整流电路滤波电路相比，由于电容的充放电过程缩短，为电源电压的半个周期重复一次，因此输出电压的波形更为平滑，输出的直流电压幅度也更高些。输出电压UL（AV）=1.2U2（四）电容滤波对整流电路的影响1二极管导电时就变短了，但电流幅度大了，且电流（流经二极管的电流）也不再是半个正弦而成了尖脉冲，因电流幅度大了，时间却短了，故平均值并没变。IV=IL，全波和桥式电路仍然是：IV=1/2IL2输出电压升高了。由于管子截止时电容器放电继续输出电压，所以它的平均值就升高了。单相桥式和全波整流电路，输出：（1）电流较大时，输出电压可用下列计算：UL=1.2U2（2）电流较小时，UL=2U2，（近似为U2的峰值）（3）单相半波整流电路在一个周期中仅充电一次，放电时间比全波、桥式电路长得多，输出电压会更低一点。通常可以用下式计算：UL=U23二极管承受的反向峰值电压：（1） 在半波整流电路中，有了滤波电容，加到二极管的反向峰值电压可达，对管子要求高了一倍。（2） 对于桥式和全波整流电路，其反向峰压有无滤波电容都一样。注意：各种复式滤波电路有一个共同点：在整流器输出端都有一只电容，它的作用不仅仅是滤波，还有重要的用途，得用电容电压，不能突变的特点，以保持输出电压不会发生很快的变化。（五）总结电容滤波的特点：1 电容大，输出电流小时，滤波效果好。2 二极管电流变成尖脉冲对管子不利。3 使输出直流随输出电流变得稳定由于结构简单、价钱便宜在小电流整流器中得到广泛的应用。（不适用于负载电流大的场合）二、电感滤波器：IL 电感阻止电流的增加。IL 电感阻止电流的减小。电感量越大，滤波效果越好。缺点：电感量大，其体积和重量都很大且比较重成本高，因此适合于负载较大的场合。三、复式滤波器：同时采用电容、电感元件，可以取得更加理想的效果。自学提示：各自的工作原理；各自的优缺点和适用场合。小结：本次课主要讲授了电容滤波的工作原理，对电路的影响，以及电容滤波的特点，这是本次课的重点，请大家掌握，另外，还请大家掌握电感滤波的原理和复式滤波的原理及分类。作业P124页 9-3、9-2、1-15 复习提问1什么是直流稳压电源？直流稳压电源：是一种当电网电压变化时，或者负载发生变化时，输出电压能基本保持不变的直流电源。导入新课 我们已学过很多电路，不管是分立元件电路，还是集成运入及其应用电路，都必须由直流电源供电，可见直流电源在电子电路中是一个必不可少的组成部分，怎样把电网提供的50HZ交流电路换成所需的直流电呢？这就是我们下面要讲的：新授内容9.2稳压电路一、组成：一般直流电源由变压、整流、滤波、稳压四部分组成。二、作用：变压器将电网提供的交流电降压；整流是将交流电转换成脉动的直流电；滤波是将脉动的直流电转换成较平滑的直流电；由于当电网电压波动或负载变化，输出电压会产生相应的变化，因此经整流滤波后还需加稳压电路，稳压是将较平滑的直流电变成稳定的直流电。三、分类：稳压电源中的稳压电路按电压调整元件与负载连接方式不同分为：1、并联型稳压电路调整元件与负载并联。2、串联型稳压电路：调整元件与负载串联。四、硅稳压管稳压电路变压器起变压作用，VD1VD4构成的整流电路，将交流电转换成脉动的直流电；电容起滤波作用，将脉动的直流电转换成平滑的直流电；电阻和硅稳压管组成稳压电路，将较平滑的直流电转换成稳定的直流电。因此当电网电压波动或负载变化，它始终输出稳定的直流电。五、串联型晶体管稳压电源1、简单串联晶体管稳压电源： V1为调整管，V2为硅稳压管，它稳定V1管的基极电压VB，作为稳压电路的基准电压；R1是V2的限流电阻，也是晶体管V1的偏置电阻；R2是V1管的发射极电阻。工作原理：（稳压原理）电网电压变动或负载电阻变化：因负载电流不再流过稳压管，而是通过调整管V1，所以这种串联型稳压电路与并联型稳压电路相比，可以供给较大的负载电流。串联型晶体管稳压电源，直接利用输出电压微小的变化量V0去控制调整管的VBE，从而改变调整管的管压降VCE，来稳定电源地输出电压，但由于V0的数值不大，稳压效果不好。在电路中加入一级直流放大器，先把微小的输出电压变化量V0放大，然后用AVV0去控制调整管的发射极电压VBE，使调整管的管压降有明显的变化，就可使稳压效果大为改善。2、带有放大环节的串联型晶体管稳压电源电路组成：引入该电路的原因： 简单的串联型晶体管稳压电源，是直接利用输出电压微小变化量V0去控制调整管的发射结电压VBE，从而改变调整管的管压降VCE来稳定电源的输出电压的，但往往由于VO的数值不大，稳压效果不好。 故可以在电路中加入一级直流放大器，先把微小的输出变化量VO放大，然后用AV。VO去控制调整管的发射极电压VBE，使调整管的管压降有明显的变化，就可以使稳压效果大为改善。电路环节：（1）V1：调整管。VO=VI-VCE1（2）V3、R3：供给V2的发射极基准电压（3）V2：比较放大管（放大管）（4）R1、RP、R2：采样电路（分压器）、（5）R4：（V2的集电极电阻、V1的基极偏置电阻）、稳压过程：VO的调节范围： 当，VO达最小值： 当，VO达最大值： 例：设图中的稳压管为2CW14，VZ=7V。采样电阻：R1=1K，RP=200，R2=680，试估算输出电压的调节范围。解： 故输出电压的调节范围：16.521.3（四）、电路的构成： 采样电路：R1、RP、R2 作用：实质上是一个分压器，是取出一部分输出电压的变化量加到V2管的基极，与V2的发射极基准电压相比较，它们的电压差到引起V2的VBE2变化，过V2的放大后，送到调整管的基极，控制调整管制工作。比较放大电路：（比较放大：V2管。）；调整元件：V1管 它与负载相串联，输出电压V0=V5-VCE1，通过VCE1的变化来调整VO。 基准电压：稳压管V3和它的限流电阻R3组成供给比较放大管V2的发射极基准电压，电源变压器降压后的交流电压Vi变成单向脉动电压V1。课堂小结串联型稳压电源布置作业：补充：1试画出串联、并联型稳压电路并述其稳压原理。2并联型稳压电路中的R=0时，该电路是否能稳压；电阻R的作用是什么？复习提问1带有放大环节的串联型晶体管稳压电源的稳压过程。2并联型、串联型稳压电路的组成部分。新课导入随着半导体器件制造工艺的发展，在20世纪60年代开始出现了集成电路。前面介绍的稳压电路是由分立元件构成，集成稳压器是利用半导体工艺制成的集成器件，其特点是体积小、稳定性高、性能指标好等，已逐步取代了由分立元件组成的稳压电路。 新授内容9.2.2集成稳压器简介集成稳压器：用集成电路的形式制造的稳压电路。分类：多端式、三端式 固定式、可调式。 正稳压器、负稳压器。一、三端固定式集成稳压器：1三个管脚：输入端、输出端、公共端2型号：稳压器直接输出的是固定电压，分正电压输出CW78（：输出电压值）；负电压输出（CW79）系列。其它：CW7805（1.5A） CW78M00(0.5A) CW78L00(0.1A)CW78T00(3A) CW78H00(5A)3CW7800型管脚：（1）输入端、（2）输出端、（3）公共端CW7900型管脚：（1）公共端、（2）输出端、（3）输入端。4 应用电路：左边为整流滤波环节，三端式稳压器与Ci、Co组成稳压环节。整流滤波的输出电压作为稳压器的输入电压，稳压器的输出电压供给负载，稳压器的输入、输出端接有电容Ci、Co。Ci为输入电容，其作用是防止干扰，若滤波电容C的容量与Ci接近时，Ci可省略；Co为输出电容，其作用是消除可能产生的振荡。5扩展电路：（1）扩流电路（2）输出电压可调电路（3）电压极性变换电路。二、三端可调式集成稳压器：1管脚：调整端、脚接输入、脚接输出2型号：CW317（正）、CW337（负）3CW317：（1）调整端（2）脚接输入（3）脚接输出CW337：（1）调整端（2）脚接输出（3）脚接输入4输出电压为：9.3晶闸管可控整流电路931单相可控整流电路晶闸管可控整流电路通常由主电路和控制电路（触发电路）两部分组成。主电路：将交流电转换成可变的直流电；控制电路：为晶闸管导通提供触发脉冲。一、单相半波可控整流电路1组成：晶闸管和电阻组成主电路；控制极的触发脉冲由控制电路提供。2工作原理：设u2为正半周，可控硅V管承受正抽电压。如果这时没加触发电压，则可控硅处于正向阻断状态，负截电压为0。当wt=a时，控制极加有触发电压，可控硅具备了导通条件而导能，由于可控硅正向压降很小，电源电压几乎全部加到负载上。在wt=a期间，尽管触发电压在可控硅导通后即已消失，但可控硅仍旧保持导通。因此在这个时期内，负载电压基本上与次级电压保持相等。当wt=时，交流电压为0，可控硅自行关断。在进入负半周后，可控硅承受反向电压，呈反向阻断状态，负载电压为0。在第二个周期里，电路将重现第一周期的变化。这样不断重复，负载就得到单向脉动电压。可以看出，在电角度0a期间，可控硅正向阻断；在a期间，可控硅导通。显然，控制角越大，导通角越小，它们的和为定值。3输出电压平均值Id=Ud/Rd课堂小结1三端固定式集成稳压器2三端可调式集成稳压器3单相半波可控整流电路布置作业P书124页：4复习提问1三端式集成稳压电路的分类。2三端固定式、可调式的组成部分。3单相半波可控整流电路的工作原理。新课导入前面我们学习了单相半波整流电路，下面我们学习单相半控桥式整流电路。新授内容9.3.1 单相可控整流电路二、单相半控桥式整流电路1组成：将单相桥式整流电路中的两个二极管换成晶闸管，即构成单相半控桥式整流电路。其中晶闸管VT1、VT2的阴极连在一起接成共阴极连接，只有随正向阳极电压的管子才能触发导通，触发脉冲同时送给管子的门极；整流二极管的阳极连在一起接成共阳极。2工作原理桥式整流输出电压对可控硅来说是正向电压，因此只要触发电压到来，V5管即可导通。如忽略它对的正向压降，则负载电压将与对应部分基本相等。当输入电压经过零值时，可控硅