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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