第26讲直流电源的组成整流电路滤波

1、 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源 第一节第一节 整流电路整流电路 第二节第二节 滤波电路滤波电路 第三节第三节 稳压电路稳压电路 第四节第四节 开关稳压电源电路开关稳压电源电路( (SMR电路电路) ) 本章教学主要内容本章教学主要内容 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 一、直流电源的组成及各部分的作用一、直流电源的组成及各部分的作用 改变电压值改变电压值 通常为降压通常为降压 双向脉动双向脉动 变单向脉动变单向脉动减小脉动减小脉动 1) 负载变化输出电压负载变化输出电压 基本不变；基本不变； 2) 电网电压

2、变化输出电网电压变化输出 电压基本不变。电压基本不变。 直流电源是能量转换电路，将直流电源是能量转换电路，将220V（或或380V）50Hz的的 交流电转换为直流电。交流电转换为直流电。 半波整流半波整流 全波整流全波整流 在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网 电压波动电压波动10，且负载有一定的变化范围。，且负载有一定的变化范围。 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 1 1、变压器：、变压器：把把220V (220V (或或380V) 50Hz380V) 50Hz交流电网电压降压。交流电网电压降压。 直流电源的组成及

3、各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2 2、整流电路：、整流电路：利用整流器件的单向导电性，将双向脉动的利用整流器件的单向导电性，将双向脉动的 交流电压变成单向脉动的交流电压。交流电压变成单向脉动的交流电压。 半波整流、全波整流、桥式整流。半波整流、全波整流、桥式整流。 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3 3、滤波电路：、滤波电路：把单向脉动的电压变为平滑的直流电压把单向脉动的电压变为平滑的直流电压 即取出直流成分，滤掉交流成分。即取出直流成分，滤掉交

4、流成分。 适合大负载：电感滤波适合大负载：电感滤波 适合小负载：电容滤波适合小负载：电容滤波 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4 4、稳压电路：、稳压电路：当电网电压波动或负载变化时，自动调节当电网电压波动或负载变化时，自动调节 使直流输出电压稳定。使直流输出电压稳定。 并联型稳压、串联型稳压。并联型稳压、串联型稳压。 直流电源的组成及各部分的作用直流电源的组成及各部分的作用 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 对整流电路要研究清楚以下对整流电路要研究清楚以下问题问题： 1.1.电路的工作原理

5、：二极管工作状态、波形分析。电路的工作原理：二极管工作状态、波形分析。 2.2.输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压。输出电压和输出电流的平均值：输出为脉动的直流电压。 3.3.整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和整流二极管的选择：二极管承受的最大整流平均电流和 最高反向工作电压。最高反向工作电压。 为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管。为分析问题简单起见，设二极管为理想二极管。 整流二极管的伏安特性：整流二极管的伏安特性： 实际特性实际特性 理想化特性理想化特性 正向导通电压正向导通电压 Uon = 0（V） 正向电阻正向电阻 rd = 0 第一节第一节 整流电路

6、整流电路 理想化：理想化： 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 1 1、输出直流电压平均值、输出直流电压平均值 一、整流电路的技术指标：一、整流电路的技术指标： 整流输出电压整流输出电压 在一个周期内的平均值。在一个周期内的平均值。定义：定义： 整流输出电压整流输出电压 傅氏级数展开式中最低次谐波峰值傅氏级数展开式中最低次谐波峰值 与平均值与平均值 之比。之比。 它的大小体现了输出电压中所含它的大小体现了输出电压中所含直流成分直流成分的多少。的多少。 2 2、脉动系数、脉动系数 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4 4、最大反向峰值电压、最大反向峰值电

7、压 整流二极管能承受的最大反向电压值。整流二极管能承受的最大反向电压值。 3 3、整流二极管正向平均整流电流、整流二极管正向平均整流电流 在一个周期内通过二极管的平均电流。在一个周期内通过二极管的平均电流。 二、整流电路分类：二、整流电路分类： 1 1、半波整流、半波整流 2 2、全波整流、全波整流 3 3、桥式整流、桥式整流 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 U2 为为正半周正半周时时，V导通，导通， io = iv， uO= u2 。 三、半波整流电路三、半波整流电路 U2 为为负半周负半周时时，V截止，截止， V两端两端承受反向电压，承受反向电压， uV = u2

8、， uO= 0 。 1 1、电路形式：、电路形式： 2 2、原理：、原理： （设二极管（设二极管V为理想器件）为理想器件） 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3 3、技术指标的计算：、技术指标的计算： （1 1） 整流输出电压平均值整流输出电压平均值 为变压器次级电压为变压器次级电压有效值有效值。 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 （2 2） 脉动系数脉动系数 最低次谐波峰值：最低次谐波峰值： 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 （3 3）整流输出的平均电流）整流输出的平均电流 4 4、半波整流电路特点：、半波整流电路特点： 电路

9、结构简单，脉动系数大，直流成分低，电路结构简单，脉动系数大，直流成分低， 变压器利用率低。变压器利用率低。 （4 4） 整流管承受的最大反向电压整流管承受的最大反向电压 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 四、全波整流电路四、全波整流电路 1 1、 全波整流电路形式：全波整流电路形式： 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2 2、工作原理：、工作原理： 正半周时，正半周时，V1导通，导通，V2截止，截止， io = iv1 ， uo = u2 ， uo uo 极性为极性为上上“ + ”，下，下“ ” 。 负半周时，负半周时，V1截止，截止，V2导通，导通

10、， io = iv2 ， uo = u2 ， uouo 极性为上极性为上“ + ”，下，下“ ” 。 负载上是单向脉动电压。负载上是单向脉动电压。 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3 3、全波整流电路波形图、全波整流电路波形图 在一个周期内，负载上在一个周期内，负载上 io = iv1+ iv2 uo = io R 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 4 4、全波整流电路参数、全波整流电路参数 （1）整流输出电压平均值）整流输出电压平均值 结论：结论：全波整流输出电压平均值的大小是半波的两倍。全波整流输出电压平均值的大小是半波的两倍。 模拟电子技术模

11、拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 （2）脉动系数）脉动系数 将将 进行傅氏级数展开得进行傅氏级数展开得 故故 (3)(3) 整流输出的平均电流整流输出的平均电流 每个二极管平均电流应为每个二极管平均电流应为 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 （4）每个整流管承受的最大反压）每个整流管承受的最大反压 特点：特点： 全波整流电路输出电压直流成分提高，全波整流电路输出电压直流成分提高， 脉动系数减小，但变压器每个线圈只有脉动系数减小，但变压器每个线圈只有 半个周期有电流，利用率不高。半个周期有电流，利用率不高。 并且次级线圈要求中心抽头线圈匝数并且次级线圈要求中心抽头线

12、圈匝数 相同，使制作工艺困难。相同，使制作工艺困难。 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 五、桥式整流电路五、桥式整流电路 1 1、电路形式：、电路形式： 桥式整流电路实际电路桥式整流电路实际电路 桥式整流电路简化画法桥式整流电路简化画法 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 电路特点：电路特点： （1）次级线圈无中心抽头，只是二极管增加为）次级线圈无中心抽头，只是二极管增加为4只。只。 （2）工作原理与全波电路相同。）工作原理与全波电路相同。 （3）桥式整流电路的参数与全波整流电路）桥式整流电路的参数与全波整流电路大部分大部分相同。相同。 模拟电子技术模

13、拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2 2、原理：、原理： （设二极管（设二极管V为理想器件）为理想器件） u2为为正半周正半周时时，V1、V3导通，导通， V2、V4截止，截止， uO= u2 。 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2 2、原理：、原理： u2为为负半周负半周时时, , V2 、V4导通，导通， V1 、V3截止截止, , uO=u2 。 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 u2为为正半周正半周时时，V1、V3导通，导通， V2、V4 截止，截止， uO= u2 , uV2 = uV4 =u2 。 u2 为为负半周负半周时时,

14、, V2 、V4导通，导通， V1 、V3 截止截止, , uO= u2 , , uV1 = uV3= u2 。 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 3 3、技术指标的计算：、技术指标的计算： （1 1）整流输出电压平均值）整流输出电压平均值 电路输出电压电路输出电压 uo可表示为可表示为: : 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 将将 进行傅氏级数展开得进行傅氏级数展开得 （2 2）脉动系数）脉动系数 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 （3 3）整流输出的平均电流）整流输出的平均电流 二极管平均电流应为二极管平均电流应为 （4 4

15、）整流管承受的最大反向电压）整流管承受的最大反向电压 （与全波整流的不同之处）（与全波整流的不同之处） 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 第二节第二节 滤波电路滤波电路 一、半波整流电容滤波电路一、半波整流电容滤波电路 ( (滤波电容滤波电容C与负载与负载RL并联连接并联连接) ) 整流电路的输出电压仍含有较大的脉动成分，为此还需要整流电路的输出电压仍含有较大的脉动成分，为此还需要 进行滤波，减小输出电压的脉动，使最后的输出电压平滑接近进行滤波，减小输出电压的脉动，使最后的输出电压平滑接近 直流，才能用做电子线路的电源，通常采用电容、电感等储能直流，才能用做电子线路的电源

16、，通常采用电容、电感等储能 元件完成滤波。元件完成滤波。 1.1.电路形式电路形式 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.工作原理工作原理 （假设（假设uc(0)=0uc(0)=0V） 当当u2的值为的值为正半周正半周且未达到其正峰值且未达到其正峰值时时， V 导通，导通， 电容电容C 被充电被充电， uO= u2 。 当当u2的值的值小于正峰值小于正峰值时时, , V 截止截止, ,电容电容C 放电，放电， uO= uC 。 为导通角为导通角 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 （1 1）当负载）当负载RL开路时：开路时： （只充电不放电）（只充

17、电不放电） （2 2）当电容）当电容C开路时：开路时： （只相当于整流电路）（只相当于整流电路） 工程上取工程上取 3.3.性能分析：性能分析：半波整流电容滤波电路半波整流电容滤波电路 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 二、桥式整流电容滤波电路二、桥式整流电容滤波电路 1.1.电路形式电路形式 简化的电路形式简化的电路形式 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.工作原理工作原理 （假设（假设uc(0)=0uc(0)=0V） 当当u2的值为的值为正半周正半周， 且未达且未达 到其正峰值到其正峰值时时， V1、V3导通，导通， V2 、V4 截止截止

18、， 电容电容C 通过通过 V1、 V3被充电被充电， uO= uC 。 充电速度快充电速度快 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.工作原理工作原理 当当u2的值的值从正峰值从正峰值 开始开始 下降下降, , V1、 V2 、 V3、 、V4都截止 都截止, , 电容电容C 通过通过RL放电，放电，uO= uC 。 放电速度慢放电速度慢 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.工作原理工作原理 当当u2 为为负半周，负半周， 且幅值且幅值 uC时时, , V2 、V4导通导通， V1、V3截止截止, , 电容电容C通过通过V2、 V4 被充电，

19、 被充电，uO= uC 。 充电速度快充电速度快 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 2.2.工作原理工作原理 当当u2达到其负峰值后达到其负峰值后， V1、V3、 、V2、 、 V4都截止都截止， 电容电容C通过通过RL放电，放电， uO= uC 。 放电速度慢放电速度慢 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 工程上取工程上取 3.3.性能分析：性能分析：桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路 （1 1）当负载）当负载RL开路时：开路时： （只充电不放电）（只充电不放电） （2 2）当电容）当电容C开路时：开路时： （只相当于整流电路）（只相当于整流电路） 模拟电子技术模拟电子技术 哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学 时间常数时间常数 当当 增加时，波形平坦，增加时，波形平坦， 波形与横轴的面积增加，波形与横轴的面积增加， 输出电压输出电压uo中的直流成分中的直流成分 增加增加 ； 当当 减小时，波形波动大，减小时，波形波动大， 波形与横轴的面积减小，波形与横轴的面积减小， 输出电压输出电压uo中的直流成分中的直流成分 减