模拟电路第10章

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1、模拟电路第模拟电路第 1010 章章本文由 heping5165 贡献ppt 文档可能在 WAP 端浏览体验不佳。建议您优先选择 TXT，或下载源文件到本机查看。第十章直流电源半导体直流电源是将电网提供的交流电通 过变压、整流、滤波、过变压、 整流、滤波、稳压等环节变换成所需 的直流电。其原理框图如图所示。 的直流电。其原理框图如图所示。变压 交流电源 整流 滤波 稳压 -各环节的功能 ： 变压： 将交流电源电压变成符合整流要求的电压 变压 ： 值。 整流： 整流 ： 利用二极管的单向导电性将交流电压变成 动的直流电压。 脉 动的直流电压。 滤波： 滤去脉动直流电压中的高次谐波， 使之成 滤波

2、 ： 滤去脉动直流电压中的高次谐波 ， 为平滑的直流电压。 为平滑的直流电压。 稳压： 在电网电压波动或负载变化时， 稳压 ： 在电网电压波动或负载变化时 ， 保持输出 稳定的直流电压。 稳定的直流电压。10.1 单相整流电路 一、单相半波整流电路波形图1. 工作原理 ui 经 Tr u2u2 0 u20D 导通 uo = u2 ; 导通 D 截止 uo = 0 ; 截止2. 输出电压、电流平均值的计算 输出电压、 ? 输出电压平均值 O 输出电压平均值 U1 T 1 U U O = 0 u 0 ( t )d ( t ) = 2U 2 ? Sintd (t ) = 2 2 =0.45 2 U

3、0 T 2 输出电流平均值 IOUO U2 IO = = 0.45 RL RL3. 脉动系数 脉动系数 S输出电压的脉动系数定义为输出电压基波的最大值 o1m 与 输出电压的脉动系数定义为输出电压基波的最大值 U 输出电压平均值U 之比。通过半波整流输出电压 u 输出电压平均值 O 之比。通过半波整流输出电压 o 的富 氏级数可求得 U 氏级数可求得 o1m=U2/ 1.414UO1m U2 / 2 S= = = 1.57 UO 2 2 / 2 U4.二极管平均电流 D 和二极管最高反向电压 DRM 二极管平均电流 I 和二极管最高反向电压 U 二极管平均电流单相半波整流电路中流过二极管的电流

4、 I 单相半波整流电路中流过二极管的电流 D 就是输出电流 IO；二极管正向导通，相当于短路；二极管反向截止，相 二极管正向导通，相当于短路；二极管反向截止， 当于断路。二极管承受反向电压就是输入的交流电压 u 当于断路。二极管承受反向电压就是输入的交流电压 u2。UO U2 ID = IO = = 0.45 RL RLU DRM = 2 U 25. 整流元件的选择 ? 根据 D、 UDRM 选择合适的整流元件 根据 I 选择合适的整流元件 D; ? 根据负载 RL 的要求决定变压器副边的有效值，U2 = 的要求决定变压器副边的有效值， 2.22 UO , I2 = 2.22 IO 选择变压器

5、 选择变压器.二、 单相桥式整流电路 1. 电路组成： 原理图如图所示 电路组成：2.工作原理 工作原理正半周)， 导通， 截止。 当 u2 0 (正半周 ，D1、D3 导通，D2、D4 截止。i2 正半周 的通路是 a 的通路是 D1 RL D3 b; 当 u2 0 (负半周 ，D2、D4 导通，D1、D3 截止。i2 负半周)， 导通， 截止。 负半周 的通路是 b 的通路是 D2 RL D4 a ;单相桥式整流电路波形图3.主要参数 主要参数 (1) 单相桥式整流电压的平均值 O 单相桥式整流电压的平均值 U1 2 UO = u2d(?t) 2 0 =102 2Sin ( ) U td

6、t=0.9U2 (2) 单相桥式整流电流的平均值 O 单相桥式整流电流的平均值 IUO U2 IO = =0.9 R R L L3. 二极管中的平均电流 D 二极管中的平均电流 I 1 U2 ID = IDi = IO =0.45 2 R L 4. 二极管最大反向电压 DRM 二极管最大反向电压 UUDRM = 2 2 U5. 脉动系数 脉动系数 S 由 uo 的傅氏级数求得 U o1m 4 2 U 2 / 3 2 4 2U 2 S= = = 0.67 U o1m = Uo 2 2U 2 / 3 34.整流元件及变压器的选择 4.整流元件及变压器的选择 选择整流电路元件 D (1) 根据 D、

7、 UDRM 选择整流电路元件 1 D4; 根据 I (2) 根据负载 L 的要求决定变压器副边的有效值， 根据负载 R 的要求决定变压器副边的有效值， IO = 0.9 I2 UO = 0.9 U2 , U2 = 1.11 UO , I2 = 1.11 IO (3)根据 2 、I2 和电源电压 1 选择变压器。 根据 U 和电源电压 U 选择变压器。 根据 变比：变比： K= U1/ U2 容量： 容量： S = I2U2 与单相整流电路相比，虽然单相桥式整流电路使 单相整流电路相比， 用的整流元件较多，但它具有输出电压平均值高、 用的整流元件较多，但它具有输出电压平均值高、输 出功率大，对整

8、流元件要求较低、 出功率大，对整流元件要求较低、变压器利用率高等 一系列优点。因此广泛应用在直流电源整流环节中。 一系列优点。因此广泛应用在直流电源整流环节中。例 1: 已知负载电阻 RL80，负载电压 Uo110V。 已知负载电阻 RL 80，负载电压 U 110V。 RL 今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为 380V 380V。 今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为 380V。 试求(1)如何选用二极管? (1)如何选用二极管 试求(1)如何选用二极管? (2) 求整流变压器的 变比及容量。 变比及容量。 UO 110 = 1.38A (1)二极管: 1)二极管 解: (1)二极管:

9、 IO = R 80 L 1 ID = IO =0.69A 2 U2 =1.11 O =122.21 U V UDRM = 2 2 172.8V U 选择: IFM 0.69A， URM 172.8V。(2) 整流变压器的变比和容量： 整流变压器的变比和容量： 变比U 380 1 K= = =3.1 U2 122.21 I2 = 1.11 IO 1.53 A 变压器的容量 S = I2U2 = 1.53122.21187 VA 选择变压器 K=4 S187VA10.2 滤波电路 一. 电容滤波器 1. 电路组成2. 工作原理 ?分析: 设 uC (0-) = 0, (1) u2 0 (正半周

10、正半周) 正半周 a) 当 0 u2 U2m D1、D3 导通， D2、D4 截止，iD 导通， 截止， = iC + iO, uC = uO，电容充电。 电容充电。 = ( RD1 + RD 3 ) / RL ? C 0b) 当 u2 uC ，且 / 2 t 时 时D1、D3、D2、D4 截止 ，iD =0， ， iC = iO, uC = uO，电容向负载 放电 。 = RL ? C(2) u2 0 (负半周 ， 负半周)， 负半周 a) 在 t 3/ 2，当 ， uC| u2 |U2m 时， 导通， D2、D4 导通， D1、D3 截止，有:iD = iC + iO, 截止， uC =

11、uO，电容充电。电容充电。 b) 在 3/ 2 t 2 ， 当| u2 | uC 时，D1 D4 截止 ，有:iD =0， ， iC = iO, uC = uO，电容 放电 。 (3) 此后电容周期性放电。 此后电容周期性放电。(3)电容滤波的外特性 电容滤波的外特性 电容滤波的输出电压U 随输出电流 电容滤波的输出电压 O 随输出电流 IO 的变化曲线 称为电容滤波的外特性。如图所示。 称为电容滤波的外特性。如图所示。 ? 电容一定 ， 输出电流 O=0(RL 电容一定， 输出电流 I 为无穷大)时 为无穷大 时,UO=U2m； ? 随着 O(RL 减小 增加 ， 输出电 随着 I 减小)增

12、加 增加， 下降。 压 UO 下降。 ? 而输出电流 O 一定时，输出电 而输出电流 I 一定时， 随电容 C 的减小而减小 的减小而减小。 压 UO 随电容 的减小而减小。 从图中可以看出， 从图中可以看出，电容滤波电 路外特性差。所以， 路外特性差。所以，电容滤波 负载电阻 R 仅适于小负载 （ 负载电阻 L 的阻值较大） 的阻值较大）或负载基本不变 的场合。 的场合。Uo 2U2 0.9U2 0 Io C 减小3. 参数估算 电容器的选择 放电时间常数 = 愈大， 愈大 愈大， 放电时间常数 RL C，若 RL 愈大，即 愈大，则 uO 愈平坦，脉动愈小， 值愈高。因此， 愈平坦，脉动愈

13、小，UO 值愈高。因此，输出电压 受负载变化的影响较大， 受负载变化的影响较大，电容滤波电路的外特性较 为得到较好的滤波效果，一般取: 差。为得到较好的滤波效果，一般取T = RL ? C (3 5) 2T C (3 5) 2式中 T 为交流电源电压的周期。 式中 为交流电源电压的周期。电容器的耐压值应 为交流电源电压的周期 大于 1.414U 大于1.414U2。(2)输出平均电压和电流 输出平均电压和电流 的条件下， 在C=(3 5)T/2 的条件下，有： 的条件下 UO = (1.11. 4 )U2 , 一般取： UO =1. 2 U2 一般取：UO U2 = 1.2 IO = RL R

14、L(3)二极管的选择 (3)二极管的选择由于合闸时电源电压可能出现最大值， 由于合闸时电源电压可能出现最大值，则电路将产生很大 的冲击电流；另外，引入滤波后，二极管导通时间缩短， 的冲击电流；另外，引入滤波后，二极管导通时间缩短， 越大输出电压又越高， 且 放越大输出电压又越高，故整流管在短暂的时间内流 过的电流比没有滤波时大大增加。选用二极管时， 过的电流比没有滤波时大大增加。选用二极管时，其电流 参数应考虑较大的余量。 参数应考虑较大的余量。I FmIO 1 UO (23) I D = (23) = (23) 2 2 RL有一单相桥式电容滤波整流电路， 例 2: 有一单相桥式电容滤波整流电

15、路，已知交 流电源频率 f 50 HZ， U1 = 220V，负载电阻 ， ， RL300 ，要求直流输出电压 uo30V，选 要求直流输出电压 ， 择整流二极管及滤波电容器。 择整流二极管及滤波电容器。 解: (1) 选择整流二极管 1 UO 30 IO = = = 0.1A I D = IO = 0.05A = 50mA 2 RL 300 取:UO =1. 2 U2 ，则: U2 = UO /1. 2 = 25V D 承受的最大反向电压为 UDRM = 2U2 = 2 25= 35V 故选用整流二极管为 2CP11，其最大整流电 故选用整流二极管为 ， 流为 100 mA , 反向工作峰值

16、电压为 反向工作峰值电压为 50V。 流为 。(2) 选择 滤波电容器 据式 = RLC（35）T/2 RLC=5T/2 取 T = 1 / f = 0.02 s 且 f = 50 HZ5T 5 0.02 ?6 C = = = 250 10 F = 250 F 2 RL 2 200的电容作滤波元件。 选 C=250F，耐压为 ，耐压为 40V的电容作滤波元件。 的电容作滤波元件二. 电感滤波电路它是利用流过电感线圈的电流不能突变的原理而组成的。 它是利用流过电感线圈的电流不能突变的原理而组成的。 它是利用流过电感线圈的电流不能突变的原理而组成的 因此，电感线圈必须与负载电阻串联。 因此，电感线圈必须与负载电阻串联。 ?当电路中流过的电流增加时，电感将产生反电