《电子与电工技术》课件第11章

11.1整流电路11.2滤波电路11.3稳压电路小结

习题

第11章电源电路11.1.1单相半波整流电路

1．电路的组成及工作原理

图11－1(a)所示为单相半波整流电路。

由于流过负载的电流和加在负载两端的电压只有半个周期的正弦波，故称半波整流。11.1整流电路图11－1单相半波整流电路及波形图

2．负载上的直流电压和直流电流

直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值,即流过负载RL上的直流电流为

3．整流二极管的参数

由图11－1(a)可知，流过整流二极管的平均电流IVD

与流过负载的电流相等，即

当二极管截止时，它承受的反向峰值电压URM是变压器次级电压的最大值，即

11.1.2单相桥式整流电路

1．电路的组成及工作原理

桥式整流电路由变压器和四个二极管组成，如图11－2所示。由图11－2(a)可知，四个二极管接成了桥式，在四个顶点中，相同极性接在一起的一对顶点接向直流负载RL，不同极性接在一起的一对顶点接向交流电源。输出波形如图11－3所示。图11－2单相桥式整流电路

图11－3桥式整流电流输出波形图

变压器接入交流电源后，当副边电压u2为正半周时(A端为“+”，B端为“-”)，二极管VD1、VD3因受正向电压作用而导通(简称正偏导通)，如图11－4(a)所示。电流从A端流出，经VD1流向负载RL，再经VD3回到B端，电流方向如图中箭头所示。二极管VD2、VD4由于受反向电压的作用而不导通(简称反偏截止)。为分析方便，可认为二极管导通时的正向电压降为零，二极管加反向电压时，其反向电阻为无穷大。即在正半周时，C点电位与A点相同，D点电位与B点相同，输出电压uo=u2。图11－4单相桥式电路的电流通路

2．负载上的直流电压和直流电流

由上述分析可知，桥式整流负载的电压和电流是半波整流的两倍，即

3．整流二极管的参数

在桥式整流电路中，因为二极管VD1、VD3和VD2、VD4在电源电压变化一周内是轮流导通的，所以流过每个二极管的电流都等于负载电流的一半，即

桥式整流电路与半波整流电路相比，电源利用率提高了1倍，同时输出电压波动小。因此，桥式整流电路得到了广泛应用。该电路的缺点是二极管用得较多，电路连接复杂，容易出错。为了解决这一问题，生产厂家常将整流二极管集成在一起构成桥堆，其内部结构及外形如图11－5所示。图11－5桥堆内部结构及外形图

11.1.3单向桥式整流电路中二极管的选择

1．求流过二极管的平均电流ID

从以上分析可知，在桥式整流电路中，二极管VD1、VD3和VD2、VD4是轮流导通的，因此在一个周期内每个管子流过的平均电流是输出平均电流的一半，即

2．加在二极管上的反向电压UVM

从图11－3中可以看出，当VD1、VD3导通时，VD2、VD4管所承受的最高反向电压是U2。同理，VD1、VD3也承受同样大小的反向电压。因此，二极管的最大反向

电压UVM≥

U2。一般选裕量为2~3。考虑到电网电压的波动范围为±10%，在实际选用二极管时，应至少有10%的裕量。

【例11－1】

如图11－2所示的单相桥式整流电路，若要求在负载上得到24V的直流电压，100mA的直流电流，求整流变压器次级电压U2，并选出整流二极管。

解

11.2.1电容滤波电路

图11－6为单相桥式整流电容滤波电路，设负载为纯电阻。这种电路在负载两端并联了电容量较大的电解电容。利用电容的储能作用，当电源供给的电压升高时，电容把能量存储起来(充电)；而当电源电压降低时，电容又把所存储的能量释放出来(放电)，使负载上得到比较平滑的直流电压。11.2滤波电路图11－6单向桥式整流电容滤波电路

不加滤波电容的单向桥式整流电路的输出电压uo的波形如图11－7(a)所示;加了滤波电容后的输出电压uo的波形如图11－7(b)所示。图11－7单向桥式整流电容滤波电路波形图

1．在uo的oa段

此时电源电压u2为正半周，二极管VD1、VD3正偏导通，电源经二极管向负载RL提供电流，同时向电容充电。若忽略二极管的正向压降，则电容C上的电压uC=uo=u2。

2．在ab段

交流电压u2从最大值U2M开始减小，电容开始放电。在这段时间内，通常按正弦规律变化的u2下降速度比电容按指数规律放电的速度还要慢，使u2>uC，二极管仍正偏导通，输

出电压uo跟随u2下降一段时间。

3．在bo′段

在这段时间里，u2的下降速度加快，电容上的电压uC的下降速度比u2的下降速度要慢，即uC>u2，二极管VD1、VD3截止。VD1、VD3截止后，电容C通过负载电阻RL放电，输出电压uo按指数规律下降。放电回路的时间常数τ=RLC。若τ值大，则uo下降速度就慢。当uo下降到o′点后，u2为负半周且数值大于uC，二极管VD2、VD4正偏导通，电容C重新开始充电，又重复上述oa段的工作过程。

【例11－2】

已知单相桥式整流电容滤波电路如图11－6所示，UL=12V，IL=10mA，电网工作频率为50Hz。试计算整流变压器次级电压有效值U2，并计算RL和C的值。

解11.2.２

RCπ型滤波电路

图11－8是RCπ型滤波电路，这种电路的滤波效果比电容滤波电路的滤波效果要好。图11－8单相桥式RCπ型滤波整流电路

11.3.1简单并联型稳压电路

1.电路组成

简单并联型稳压电路是最简单的稳压电路，由稳压二极管VDZ和限流电阻R组成，如图11－9所示。注意,稳压管的接法是反接工作的。11.3稳压电路图11－9并联型直流稳压电路

2.稳压过程

从图中所标的电流电压的参考方向可得到：

I=IZ+IL

UL=Ui-IR

(1)当电网电压波动而RL不变时，若电网电压上升，则

Ui↑→UL↑→IZ↑→I↑→UR↑→UL↓

(2)当电网电压稳定而负载RL变化时，若RL减小，则

IL↑→I↑→UR↑→UL↓→IZ↓→I↓→UR↓→UL↑

3.主要参数的计算

输入电压Ui：

Ui=(2~3)UZ

【例11－3】

在图11－9所示电路中，已知Ui=12V，电网电压允许的波动范围为±10%，稳压管的稳定电压UZ=5V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax=40mA，负载电流为10～20mA。试求R的取值范围。解11.3.2串联型稳压电路

1.电路组成

串联型稳压电路如图11－10所示。其中取样环节由R3、R4、R5构成；基准源由稳压管VDZ和限流电阻R2构成；V2为比较放大器；V1为调整管；R1既是V2的集电极负载电阻，又是V1的基极偏置电阻，保证V1处于放大状态。图11－10串联型稳压电路

2.稳压过程

(1)当负载RL不变，输入电压Ui减小时，输出电压Uo

有下降趋势，通过取样电阻的分压使比较放大器的基极电压UB2下降，而比较放大器的发射极电压不变(UE2=UZ)，－因此UBE2也下降，于是比较放大器的导通能力减弱，UC2升高，调整管导通能力增强，调整管V1的集射极之间的电阻RCE1减小，管压降UCE1下降，使输出电压Uo上升，保证了Uo基本不变。当输入电压减小时，稳压过程与上述相反。

(2)当输入电压Ui不变，负载RL减小时，引起输出电压Uo有减小的趋势，则电路将产生下列调整过程：

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

3.输出电压的计算

串联型稳压电路的输出电压Uo，由采样单元的分压比和基准电压的乘积决定。因此调节电位器R4的滑动端子，可调节输出电压Uo的大小。设计这种电路时要满足I2>>IB2，因

I1≈I2，则

【例11－4】

在图11－10中，设稳压管工作电压UZ=6V，R3=R5=R4，试估算输出电压的调节范围。

解

(1)整流指把大小、方向都变化的交流电变成单向脉动的直流电；能完成整流任务的设备称为整流器。桥式整流电路在实际中应用最广。

(2)滤波指滤除脉动直流电中的交流成分，使得输出波形平滑；能完成滤波任务的设备称为滤波器。电容滤波适用于负载电流较小的场合。

(3)稳压指输入电压波动或负载变化引起输出电压变化时，能自动调整使输出电压维持在原值。简单并联型稳压电路常存在于复杂的稳压电路中，而串联型稳压电路调压性能良好，应用广泛。小结

11－1某电动剃须刀的充电电路如图11－11所示，请说明各元件的作用。

11－2在图11－12所示的电路中，已知Ui=12V，并有±10%的波动；稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZ=10mA，最大稳定电流IZmax=30mA。

(1)RL两端的电压有多大？

(2)试求限流电阻R的取值范围。习题图11－11习题11－1图

图11－12习题11－2图

11－3串联型稳压电路如图11－13所示。

(1)求输出电压的调节范围。

(2)若V1和V2的c-e极击穿，则输出电压如何变化？

11－4桥式整流电路如图11－14所示，在电路中出现下列故障，会出现什么现象？

(1)二极管VD1开路；

(2)二极管VD1短路或击穿；

(3)