模拟电子技术(江晓安)(第三版)第10章

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1、第十章 直流电源 第十章第十章 直直 流流 电电 源源10.1 单相整流电路单相整流电路 10.2 滤波电路滤波电路 10.3 倍压整流倍压整流 10.4 稳压电路稳压电路 10.5 集成稳压电路集成稳压电路 10.6 开关型稳压电路开关型稳压电路 第十章 直流电源 图10 1 直流电源的组成方框图 10.1 单相整流电路单相整流电路 第十章 直流电源 10.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路 1. 电路工作原理电路工作原理 10.1 单相整流电路单相整流电路 图10-2(a)所示电路为纯电阻负载的单相半波整流电路。为了突出主要问题,认为二极管均为理想二极管,即正向电阻为零,管压降为零;

2、反向电阻为无穷大,且忽略变压器内阻。在变压器次级绕组电压u2为正半周时,二极管导通,则负载上的电压uO、二极管的管压降uD、流过负载的电流iO和二极管的电流iD为 第十章 直流电源 LDODDORuiiiuuu2200第十章 直流电源 002DODOiiuuu在负半周时, 二极管截止, 则整流波形如图10-2(b)所示。由于这种电路只在交流的半个周期内二极管才导通,也才有电流流过负载,故称为单相半波整流电路。 第十章 直流电源 图10-2单相半波整流电路 第十章 直流电源 2. 直流电压直流电压UO和直流电流和直流电流IO的计算的计算 )(2120tduUOO在半波整流情况下 tUOusin2

3、0220tt0212sind()2OUUtt(10-1) 其中U2是变压器次级绕组电压的有效值。将uO代入(10-1)式得 第十章 直流电源 2245. 02UUUO 此式说明, 在半波整流情况下, 负载上所得的直流电压只有变压器次级绕组电压有效值的45%。如果考虑二极管的正向电阻和变压器等效电阻上的压降, 则UO数值还要低。 在半波整流电路中, 二极管的电流等于输出电流, 所以LLODORURUII245. 0则 (10-2) (10-3) 第十章 直流电源 3. 脉动系数脉动系数SOmOUUS1221UUmO57. 1222221UUUUSOmO整流输出电压的脉动系数,定义为输出电压的基波

4、最大值UO1m与输出直流电压值UO之比,即(10-4) 其中UO1m可通过半波输出电压uO的富氏级数求得 (10-5) 所以 (10-6) 第十章 直流电源 4. 选管原则选管原则 一般选管根据二极管的电流ID和二极管所承受的最大反向峰值电压URM进行选择, 即二极管的最大整流 电 流 IF ID， 二 极 管 的 最 大 反 向 工 作 电压 。 22UUURMR第十章 直流电源 10.1.2 单相全波整流电路单相全波整流电路 1. 电路与工作原理电路与工作原理 为提高电源的利用率, 可将两个半波整流电路合起来组成一个全波整流电路, 如图10 - 3(a)所示。二极管VD1、VD2在正、负半

5、周轮流导电, 且流过负载RL的电流为同一方向, 故在正、负半周, 负载上均有输出电压。 第十章 直流电源 图 10 3 全波整流电路 第十章 直流电源 2. 直流电压直流电压UO和直流电流和直流电流IO的计算的计算 LLOOORURUIUUU2229 . 09 . 022 由输出波形可看出, 全波整流输出波形是半波整流时的两倍, 所以输出直流电压也为半波时的两倍, 即(10-7) (10-8) 第十章 直流电源 3. 脉动系数脉动系数S 全波整流电路输出电压的基波频率为2, 求得基波最大值为67. 032223243242221UUSUUmO故脉动系数为 (10-9) 显然脉动系数下降到67%

6、。 第十章 直流电源 4.选管原则选管原则 ODII21选择管子时要求 ODFIII21由于VD1、VD2轮流导电,故流过每个管子的平均电流为输出平均电流的一半,即 (10-10) 第十章 直流电源 全波整流电路每管承受的反向峰值电压URM为u2的峰值电压的两倍,即222UURM因为无论正半周还是负半周, 均是一管截止, 而另一管导通, 故变压器次级两个绕组的电压全部加至截止二极管的两端。 选管时应满足222UUR(10-11) (10-12)第十章 直流电源 10.1.3 单相桥式整流单相桥式整流1. 电路与工作原理电路与工作原理 桥式整流电路只用一个无中心抽头的次级绕组同样可达到全波整流的

7、目的。桥式整流电路如图10-4(a)、(b)所示,电路中采用了四只二极管,接成桥式。电路也可画成如图10-4(c) 所示的简化形式。第十章 直流电源 图10 4 桥式整流电路 第十章 直流电源 图10 5 桥式整流电路波形图 第十章 直流电源 2. 直流电压直流电压UO和直流电流和直流电流IO的计算的计算 LODLOORUIIRUIUU22245. 0219 . 09 . 03. 脉动系数脉动系数SS=0.67 (10-13) (10-14) (10-15) (10-16) 第十章 直流电源 4. 选管原则选管原则2221UUIIROF(10-17) (10-18) 第十章 直流电源 10.2

8、 滤滤 波波 电电 路路 10.2.1电容滤波电路电容滤波电路图10-6所示为单相桥式整流电容滤波电路。下面分空载和负载两种情况讨论。 1.空载时的情况空载时的情况 空载时RL,设电容C两端的初始电压uC为零。接入交流电源后,当u2为正半周时,VD1、VD2导通,则u2通过VD1、VD2对电容充电。当u2为负半周时,VD3、VD4导通,u2通过VD3、VD4对电容充电。由于充电回路等效电阻很小,所以充电很快,电容C迅速被充到交流电压u2的最大值U2。此时二极管的正向电压始终小于或等于零,故二极管均截止,电容不可能放电,故输出电压UO恒为,其波形如图10-7(a)所示。 222U第十章 直流电源

9、 图图 10 6 桥式整流、桥式整流、电容滤波电路电容滤波电路 第十章 直流电源 2. 带电阻负载时的情况带电阻负载时的情况 图10-7(b)波形表示了电容滤波在带电阻负载后的工作情况。当t=0时电源接通,u2在正半周,u2通过VD1、VD2对电容充电。由于等效电阻小,故这一段时间uO=u2,当t=t1时,电容电压也达到最大值。之后u2下降,由于电容电压不能突变,VD1VD4均反向偏置,故电容C通过RL放电。由于RL较大,故放电时间常数RLC较大。放电过程直至下一个周期u2上升到和电容上电压uC相等的t2时刻,u2通过VD3、VD4对C充电,直至t=t3,二极管又截止,电容再次放电。如此循环,

10、形成周期性的电容器充放电过程。 222uU第十章 直流电源 图 10 7 电容滤波波形第十章 直流电源 (1) 电容滤波以后, 输出直流电压提高了, 同时输出电压的脉动成分也降低了，而且输出直流电压与放电时间常数有关。当RLC时(相当开路),输出电压最高,S=0,滤波效果最佳,为此,应选择大容量的电容作为滤波电容。这里因为要求负载电阻RL也要大,所以,电容滤波适用于大负载场合下运用。RLC变化对电容滤波的影响如图10-8所示。 2221.4OUUU第十章 直流电源 图10 8 RLC对电容滤波的影响 第十章 直流电源 (2) 电容滤波的输出电压UO随输出电流IO而变化。而变化。当负载开路,即I

11、O=0(RL)时,电容充电达到最大值后不再放电,故。当IO增大(即RL减小)时,电容放电加快,使UO下降。忽略整流电路的内阻,桥式整流、电容滤波电路的输出电压范围内变化。若考虑内阻,则UO值将下降。输出电压与输出电流的关系曲线称为整流电路的外特性。电容滤波电路的外特性如图10-9所示。由图可看出,电容滤波电路的输出电压随输出电流的增大而下降很快,所以电容滤波适用于负载电流变化不大的场合。 22U22OUU222 0.9UU第十章 直流电源 图10 9 电容滤波电路的外特性 第十章 直流电源 (3)由电容滤波工作过程和波形可看出,电容滤波电路中整流二极管的导电时间缩短了,导电角小于180,且电容