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1、项目 9 声控灯电路,9.1 整流及滤波电路 9.2 直流稳压电路 9.3 晶闸管及可控整流电路,返回,9.1 整流及滤波电路,9.1.1 单相半波整流电路 图 9-2 所示为单相半波整流电路。它是最简单的整流电路，由整流变压器、整流元件及负载电阻组成。 设整流变压器副边的电压为 u 2 ，其波形如图 9-3 所示。 由于二极管具有单向导电性，只有它的阳极电位高于阴极电位时才能导通。在变压器副边电压的正半周时，其极性为上正下负，二极管因承受正向电压而导通。这时负载电阻上的电压为 u o =u 2 ，通过的电流为 i D 。在电压的负半周时，二极管因承受反向电压而截止，负载电阻上的电压为零。因此
2、，在负载电阻上得到的是半波电压。二极管导通时正向压降很小，可以忽略不计，因此，可以认为这个半波电压和变压器二次侧电压的正半波是相同的，如图 9-3所示。单相半波整流电路的电压为,下一页,返回,9.1 整流及滤波电路,负载电阻上得到的整流电压 U O 是大小变化的单相脉动直流电压，U O 的大小常用一个周期的平均值来表示，单相半波整流电压的平均值为 流过二极管的平均电流为 在二极管不导通期间，承受反向电压的最大值就是变压器次级电压的最大值，即,上一页,下一页,返回,9.1 整流及滤波电路,9.1.2 单相桥式整流电路 单相半波整流电路使用元件少、电路简单，其缺点是只利用了电源电压的半个周期，整流
3、输出电压的脉动较大，变压器存在单向磁化等问题。为了克服这些缺点，多采用单相桥式整流电路。它由 4 个二极管接成电桥形式构成。 如图 9 - 4 （ a ）所示，设电源变压器二次侧电压电路，波形如图 9 - 5 所示。在图 9 - 4 （ a ）所示电路中，当变压器次级电压 u 2 为上正下负时，二极管 VD 1 和 VD 3 导通， VD 2 和 VD 4 截止，电流 i 1 的通路为 a VD 1 R L VD 3 b ，这时负载电阻 R L 上得到一个正弦半波电压，如图 9 - 5 中（ 0 ）段所示。当变压器次级电压 u 2 为上负下正时，二极管 VD 1 和 VD 3 反向截止， VD
4、 2 和 VD 4 导通，电流 i 2 的通路为 b VD 2 R L VD 4 a ，同样，在负载电阻上得到一个正弦半波电压，如图 9 - 5 中（ 2 ）段所示。,上一页,下一页,返回,9.1 整流及滤波电路,9.1.3 滤波电路 整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度，需在整流后再加入滤波电路。 常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。 1 电容滤波电路 图 9 - 6 所示为一单相半波整流电容滤波电路，由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波
5、目的。滤波过程及波形如图 9 - 7 所示。,上一页,下一页,返回,9.1 整流及滤波电路,利用电容滤波时应注意下列问题。 （ 1 ）滤波电容容量较大，一般用电解电容，应注意电容的正极性接高电位，负极性接低电位。如果接反则容易击穿、爆裂。 （ 2 ）开始时，电容 C 上的电压为零，通电后电源经整流二极管给 C 充电。通电瞬间二极管流过短路电流，称浪涌电流。一般是正常工作电流 I o 的（ 5 7 ）倍，所以选二极管参数时，正向平均电流的参数应选大一些。同时在整流电路的输出端应串一个阻值为（ 0.02 0.01 ） R的电阻，以保护整流二极管。,上一页,下一页,返回,9.1 整流及滤波电路,2
6、电感滤波及复式滤波电路 （ 1 ）电感滤波电路。由于通过电感的电流不能突变，用一个大电感与负载串联，流过负载的电流也就不能突变，电流平滑，输出电压的波形也就平稳了。其实质是因为电感对交流呈现很大的阻抗，频率越高，感抗越大，则交流成分绝大部分降到了电感上，若忽略导线电阻，电感对直流没有压降，即直流均落在负载上，达到了滤波目的。电感滤波电路如图 9 - 8所示。在这种电路中，输出电压的交流成分是整流电路输出电压的交流成分经 X L 和 R L 分压的结果，只有 LR L 时，滤波效果才好。一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则 U o 0.9U 2 。虽然电感滤波电路对整
7、流二极管没有电流冲击，但为了使L 值大，多用铁芯电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值 U o 较低。,上一页,下一页,返回,9.1 整流及滤波电路,（ 2 ）复式滤波电路。为了进一步减小输出电压的脉动程度，可以用电容和铁芯电感组成各种形式的复式滤波电路。桥式整流电感型 LC 滤波电路如图 9 - 9 所示。整流输出电压中的交流成分绝大部分降落在电感上，电容 C 又对交流接近于短路，故输出电压中交流成分很少，几乎是一个平滑的直流电压。由于整流后先经电感 L 滤波，总特性与电感滤波电路相近，故称为电感型 LC 滤波电路，若将电容 C 平移到电感 L 之前，则为电容型 LC 滤波电路。 （ 3
8、） 型滤波电路。图 9 - 10 所示为 LC - 型滤波电路。整流输出电压先经电容 C 1 ，滤除了交流成分后，再经电感 L 上滤波电容 C 2 上的交流成分极少，因此输出电路几乎是平直的直流电压。但由于铁芯电感体积大、笨重、成本高、使用不便。因此，在负载电流不太大而要求输出脉动很小的场合，可将铁芯电感换成电阻，即 RC - 型滤波电路。电阻 R 对交流和直流成分均产生压降，故会使输出电压下降，但只要 R L 1/(C 2 ) ，电容 C 1 滤波后的输出电压绝大多数降在电阻 R L 上。 R L 越大， C 2 越大，滤波效果越好。,上一页,返回,9.2 直流稳压电路,9.2.1 硅稳压管
9、组成的并联型稳压电路 1 电路组成及工作原理 硅稳压管组成的并联型稳压电路如图 9 - 11 所示，经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压 U i ，限流电阻 R 和稳压管 VD Z 组成稳压电路，输出电压 U o =U Z 。在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻 R L 的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因为 U Z 基本恒定，而 U o =U Z 。 2 稳压电路参数确定 （ 1 ）限流电阻的计算。稳压电路要输出稳定电压，必须保证稳压管正常工作。因此必须根据电网电压和负载电阻 R L 的变化范围，正确地选择限流电阻 R 的大小。,下一页,返回,9.2 直流稳压电路,
10、（ 2 ）稳压管参数的确立。一般取 9.2.2 串联型稳压电路 串联型稳压电路可以使输出电压稳定，但稳压值不能随意调节，而且输出电流很小，由式（ 9 - 11 ）可知， I omax =(1/3 2/3) I Z ，而 I Zmax 一般只有 20 40mA 。为了加大输出电流，使输出电压可调节，常用串联型晶体管稳压电路，如图 9 - 12 所示。 图 9 - 12 （ a ）是由分立元件组成的串联型稳压电路，当电网电压波动或负载变化时，可能使输出电压 U o 上升或下降。为了使输出电压 U o 不变，可以利用负反馈原理使其稳定。假设因某种原因使输出电压 U o 上升，其稳压过程为 U o U
11、 b2 U b1 （ U c2 ） U o 。,上一页,下一页,返回,9.2 直流稳压电路,串联型稳压电路包括四大部分，其组成框图如图 9 - 13 所示。 9.2.3 集成稳压器及应用 集成稳压器将取样、基准、比较放大、调整及保护环节集成于一个芯片，按引出端不同可分为三端固定式、三端可调式和多端可调式等。三端稳压器有输入端、输出端和公共端（接地）三个接线端点，由于它所需外接元件较少，便于安装调试，工作可靠，因此在实际使用中得到广泛应用，其外形如图 9 - 14 所示。,上一页,下一页,返回,9.2 直流稳压电路,1 固定输出的三端稳压器 常用的三端固定稳压器有 7800 系列、 7900 系
12、列，其外形如图 9 - 14 （ a ）所示。型号中78 表示输出为正电压值， 79 表示输出为负电压值， 00 表示输出电压的稳定值。根据输出电流的大小不同，又分为 CW78 系列，最大输出电流 1 1.5A ； CW78M00 系列，最大输出电流0.5A ； CW78L00 系列，最大输出电流 100mA 左右， 7800 系列输出电压等级有 5V 、 6V 、 9V 、12V 、 15V 、 18V 、 24V ， 7900 系列有- 5V 、- 6V 、- 9V 、- 12V 、- 15V 、- 18V 、- 24V 。如 CW7815 ，表明输出 +15V 电压，输出电流可达 1.5
13、A ； CW79M12 ，表明输出- 12V 电压，输出电流为- 0.5A 。 2 三端可调输出稳压器 前面介绍的 78 、 79 系列集成稳压器，只能输出固定电压值，在实际应用中不太方便。CW117 、 CW217 、 CW317 、 CW337 和 CW337L 系列为可调输出稳压器，其外形如图 9 - 14 （ b ）所示。,上一页,下一页,返回,9.2 直流稳压电路,3 三端集成稳压器的应用 （ 1 ）输出固定电压应用电路。 输出固定电压的应用电路如图 9 - 15 所示，其中图 9 - 15 （ a ）为输出固定正电压，图 9 - 15（ b ）为输出固定负电压，图中 C i 用以抵
14、消输入端因接线较长而产生的电感效应。为防止自激振荡，其取值范围在 0.1 1 F 之间（若接线不长时可不用）， C o 用以改善负载的瞬态响应，一般取 1 F 左右，其作用是减少高频噪声。 （ 2 ）输出正、负电压稳压电路。 当需要正、负两组电源输出时，可采用 W7800 系列和 W7900 系列各一块，按图 9 - 16 所示接线，即可得到正负对称的两组电源。,上一页,返回,9.3 晶闸管及可控整流电路,晶闸管又称可控硅，是一种大功率半导体可控元件。它主要用于整流、逆变、调压、开关 4 个方面，应用最多的是晶闸管整流。它具有输出电压可调等特点。晶闸管的种类很多，有普通单向晶闸管和双向晶闸管、
15、可关断晶闸管、光控晶闸管等。下面主要介绍普通晶闸管的工作原理、特性参数及简单的应用电路。 9.3.1 晶闸管的基本结构 1 晶闸管的基本结构 晶闸管的基本结构是由 P 1 N 1 P 2 N 2 这 3 个 PN 结 4 层半导体构成的，如图 9 - 17 所示。其中 P 1 层引出电极 A 为阳极； N 2 层引出电极 K 为阴极； P 2 层引出电极 G 为控制极，其外形及符号如图 9 - 18 所示。,下一页,返回,9.3 晶闸管及可控整流电路,2 工作原理 可以把晶闸管的内部结构看成由 PNP 和 NPN 型两个三极管连接而成，如图 9 - 19 所示。其工作原理如图 9 - 20 所
16、示。当在晶闸管的 A 、 K两极间加上反向电压，这时无论在控制极是否有触发信号，晶闸管总是处于反向阻断状态，仅有流过很小的反向阻断直流电流。当在晶闸管的 A 、K 两极间加上正向电压 U AK 时，由于 J 2 反偏，故晶闸管不导通，这时晶闸管处于正向阻断状态。 综上所述，晶闸管是一个可控制的单向开关元件，它的导通条件为：阳极到阴极之间加上阳极比阴极高的正偏电压；晶闸管控制极要加上比阴极电位高的触发电压。而关断条件为晶闸管阳极接电源负极，阴极接电源正极，或使晶闸管中电流减小到维持电流以下。晶闸管整个工作情况如图 9 - 20 所示。,上一页,下一页,返回,9.3 晶闸管及可控整流电路,3 晶闸管特性 晶闸管的基本特性常用伏安特性表示，如图 9 - 21 所示。图 9 - 21 （ a ）为 I G =0 时的伏安特性曲线。在伏安特性曲线上，除 BA 转折段外，很像二极管的伏安特性，因此晶闸管相当于导通时可控的一种二极管。在很大的正向和
