电子电路基本原理

单击此处编辑母版标题样式,,单击此处编辑母版文本样式,,第二级,,第三级,,第四级,,第五级,,*,*,模拟电子技术基础,安徽理工大学电气工程系,主讲 ：黄友锐,第十八讲,15 整流滤波电路,15.1 单相整流电路,,15.2 滤波电路,电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：,,电源的方框图如图15.01所示整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分,稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压15.1.1 单相桥式整流电路,,15.1.2 单相半波整流电路,,15.1.3 单相全波整流电路,15.1 单相整流电路,15.1.1 单相桥式整流电路,(1) 工作原理,,,单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图15.02（a）所示a）桥式整流电路 （b）波形图,图15.02 单相桥式整流电路,在分析整流电路工作原理时，整流电路 中的二极管是作为,开关运用，具有单向导电性。

根据图15.02(a)的电路图可知：,,当正半周时二极管D,1,、D,3,导通，在负载,,电阻上得到正弦波的正半周当负半周时二极管D,2,、D,4,导通，在负载电阻上得到正弦波仍是正半周单相桥式整流电路的波形图见图15.02(b)动画15-1,）,（,动画15-2,）,(动画,15,-8exe）,根据图15.02（b）可知，输出电压是单相脉动电压通常用它的平均值与直流电压等效输出平均电压,为：,（2）参数计算,流过负载的,平均电流,为,流过二极管的,平均电流,为,二极管所承受的,最大反向电压,,流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波的幅值与平均值的比值称为,脉动系数,S,3）单相桥式整流电路的负载特性曲线,单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线,该曲线如图15.03所示曲线的斜率代表了整流电路的内阻图15.03 单相桥式整流电路,,的负载特性曲线,15.1.2单相半波整流电路,(a)电路图 (b)波形图,,图15.04 单相半波整流电路,单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。

单相半波整流电路如图15.04(a)所示，波形图如图15.04(b)所示根据图15.04可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波负载上,输出平均电压,为：,流过负载和二极管的,平均电流,为,二极管所承受的,最大反向电压,,单相全波整流电路如图15.05(a)所示，波形图如图15.05(b)所示15.1.3 单相全波整流电路,(a)电路图,,图15.05 单相全波整流电路 (b)波形图,,根据图15.05（b）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同输出平均电压,为：,流过负载的,平均电流,为：,,二极管所承受的,最大反向电压,,单相全波整流电路的脉动系数,S,与单相桥式整流电路相同注意,，整流电路中的二极管是作为开关运用的整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:,,,输入（交流）—-用有效值或最大值；,,,输出（交直流）-—用平均值；,,,整流管正向电流—-用平均值；,,,整流管反向电压-—用最大值单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。

单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中解：变压器副边电压有效值,考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出 5%~10%，即取,U,= 1.1, 111  122 V,每只二极管承受的最高反向电压,例：单相桥式整流电路，已知交流电网电压 为 220 V，负载电阻,R,L,= 50,，负载电压,U,o,=100V，试求变压器的变比和容量，并 选择二极管解：整流电流的平均值,I,= 1.11,I,o,=,2, 1.11 = 2. 2 A,变压器副边电流有效值,,变压器容量,S,=,U I,=,122,,,2.2 =,207. 8 VA,例：单相桥式整流电路，已知交流电网电压 220 V，负载电阻,R,L,= 50,，负载电压,U,o,=100V，试求变压器的变比和容量，并 选择二极管流过每只二极管电流平均值,举例：,,4,试分析图示桥式整流电路中的二极管D,2,或D,4,断开时负载电压的波形如果D,2,或D,4,接反，后果如何？,如果D,2,或D,4,因击穿或烧坏而短路，后果又如何？,,,,u,i,u,o,+,_,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,解：,当,D,2,或,D,4,断开后电路为单相半波整流电路。

正半周时，,D,1,和,D,3,导通，负载中有电流流,过，两端有电压,u,o,=,u,；负半周时，,D,1,和,D,3,截止，负载中无电流通,过，两端无电压，,u,0,= 0波形如图所示u,o,,u,o,,u,,π,2,π,3,π,4,π,t,w,t,w,π,2,π,3,π,4,π,u,i,+,_,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,如果,D,2,或,D,4,接反则正半周时，二极管,D,1,、,D,4,或,D,2,、,D,3,导通，电流经,D,1,、D,4,或,D,2,、,D,3,而造成电源短路，电流很大，因此变压器及,D,1,、,D,4,或,D,2,、,D,3,将被烧坏u,i,u,o,+,_,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,如果,D,2,或,D,4,因击穿烧坏而短路则正半周时，情况与,D,2,或,D,4,接反类似，电源及,D,1,或,D,3,也将因电流过大而烧坏u,i,u,o,+,_,+,_,u,+,_,R,L,D,2,D,4,D,1,D,3,15.2 滤波电路,15.2.1 电容滤波电路,,15.2.2 电感滤波电路,15.2.1 电容滤波电路,,(1)滤波的基本概念,,,滤波电路,利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，,实现滤波。

电容器,C,对直流开路，对交流阻抗小，所以,C,应该并联在负载两端电感器,L,对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此,L,应与负载串联经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，,改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量2）电容滤波电路,,,现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明电容滤波电路如图15.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容,C,图15.06电容滤波电路,,当,v,2,到达90,°,时,，,v,2,开始下,,降先假设二极管关断，电容,C,,就要以指数规律向负载,Ｒ,L,放电指数放电起始点的放电速率很大3)滤波原理,若电路处于正半周，二极管D,1,、D,3,导通，变压器次端电压,v,2,给电容器,C,充电此时,C,相当于并联在,v,2,上，所以输出波形同,v,2,,，是正弦形图15.07电容滤波波形图,所以，在,t,1,到,t,2,时刻，二极管导电，,Ｃ,充电，,v,C,=,v,L,按正弦规律变化；,t,2,到,t,3,时刻二极管关断，,v,C,=,v,L,按指数曲线下降，放电时间常数为,R,L,C,电容滤波过程见图15.07在刚过90,°,时,，正弦曲线下降的,,速率很慢。

所以刚过90,°,时二极管仍然,,导通在超过90,°后的某个点,，正弦曲线,,下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线,,起始放电速率时，二极管关断需要指出的是，当放电时间常数,R,L,C,增加时，,t,1,点要右移，,t,2,点 要左移，二极管关断时间加,,长，导通角减小，见曲线3；反,,之，,R,L,C,减少时，导通角增加显然，当,Ｒ,L,很小，即,I,L,很大时，,,电容滤波的效果不好，,,见图15.08,滤波曲线,中的2反,,之，当,Ｒ,L,很大，即,I,L,很小时，,,尽管,C,较小,,R,L,C,仍很大,电容滤,,波的效果也很好，见滤波曲线,,中的3所以电容滤波适合输出,,电流较小的场合问题：,有,Ｃ,无,Ｒ,L,即空载，此时,V,C,=,V,L,=？,图15.08 电容滤波的效果,(,动画15-3,）,(,动画15-4,）,(4)电容滤波的计算,电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多工程上有详细的曲线可供查阅一般常采用以下近似估算法：,一种是用锯齿波近似表示，即：,,另一种是在,R,L,C,=(3,,5),T/,2,的条件下，近似认为,V,L,=,V,O,=1.2,V,2,。

或者，,电容滤波要获得较好的效果，工程上也通常应满足,R,L,C,≥6~10),,（5）外特性,,,整流滤波电路中，输出直流电压,V,L,随负载电流,I,O,的变化关系曲线如图15.09所示图15.09 整流滤波电路的外特性,名,,称,V,L,(,空载,),V,L,(,带载,),二极管反向,最大电压,每管平均,电流,半波整流,2,45,.,0,V,2,2,V,I,L,全波整流,电容滤波,2,2,V,1.2,V,2,*,2,2,2,V,0.5,I,L,桥式整流,电容滤波,2,2,V,1.2,V,2,*,2,2,V,0.5,I,L,桥式整流,电感滤波,0.9,V,2,2,2,V,0.5,I,L,0.9,V,2,2,45,.,0,V,* 使用条件：,为基波周期,15.2.2 电感滤波电路,,,利用储能元件电感器,Ｌ,的电流不能突变的性质，把电感,Ｌ,与整流电路的负载,Ｒ,L,相串联，也可以起到滤波的作用图15.10 电感滤波电路 图15.11 波形图,,电感滤波电路如图15.10所示电感滤波的波形图如图15.11所示当,v,2,正半周时，D,1,、D,3,导电，,,电感中的电流将滞后,v,2,。

当负半周时，,,电感中的电流将经由D,2,、D,4,提供因,,桥式电路的对称性，和电感中电流的,,连续性，四个二极管D,1,、D,3,； D,2,、,,D,4,的导通角都是180,°,动画15-5,）,16 稳压电路,16.1,稳压电路概述,,16.2,硅稳压二极管稳压电路,,16.3,线性串联型稳压电源,,16.4,开关型稳压电源,其中稳压管稳压电路最简单，但是带负载能力差，一般只提供基准电压，不作为电源使用线性稳压电源稳压效果好，但效率低，稳压范围不大开关型稳压电源效率较高，目前用的也比较多常用稳压电路,,(小功率设备),稳压管,,稳压电路,线性,,稳压电路,开关型,,稳压电路,16.1 稳压电路概述,16.1.1,,引起输出电压不稳定的原因,16.1.2,,稳压电路的技术指标,,引起输出电压变化的原因是,负载电流的变化,和,输入电压的变化，,参见,图16.01,16.1.1 引起输出电压不稳定的原因,负载电流的变化会在整流电源的内阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化图16.01,稳压电源方框图,即,16.1.2稳压电路的技术指标,用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低,V,I,和,,,I,O,引起的,,,V,O,可用下式表示,,(1)稳压系数,S,r,定义为,有时稳压系数也用下式定义,当输出电流从零变化到最大额定值时，,,输出电压的相对变化值。

4）电流调整率,S,I,,(2)电压调整率,S,V,一般特指Δ,V,i,/,V,i,=±10%时的,S,r,(3)输出电阻,R,o,输入电压交流纹波峰峰值与输出电压交流纹波峰峰值之比的分贝数如果考虑温度对输出电压的影响, 则输出电压是输入电压、负载电流和温度的函数,（5）纹波抑制比,S,rip,（6）输出电压的温度系数,S,T,。