模拟电子技术基础简明教程第三版第十章

+
A
L
u2
+
-
+ C1
C2+ uo RL
Hale Waihona Puke -LC滤波电路LC-∏型滤波电路输出电压的脉动系数比仅有 LC滤波 时更小，波形更加平滑。输出直流电压提高了。
缺点是整流管的冲击电流比较大，外特性比较软。
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3. RC – П 型滤波电路
+ u'o R
u2
+
-
+
+
C1
C2
uo RL
-
优点：可进一步降低输出电压的脉动系数。 缺点： R上有直流压降；整流管的冲击电流仍比较大；
uO= uC
2 U2
RLC = ∞
RLC大
RLC小
O
在桥式整流情况下
ωt
RLC ≥ ( 3 ~ 5 )
T 2
T为电网交流电压的周期。
此时 UO(AV) ≈ 1. 2U2
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4.电容滤波电路的特点 （1）电容滤波电路适用于小电流负载。 （2）电容滤波电路的外特性比较软。 滤波电路的输出电压 UO(AV)与输出电流 IO(AV)之间的关系 曲线称为外特性。 电容滤波电路的 UO(AV) 将随着IO(AV) 而变化。 电容滤波适用于负载电流变化不大的场合。
u1
u2
-
+ io
-
VD2
+ VD3 C ic uo RL
-
桥式整流、电容滤波电路
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2. 工作原理
u2
O
uO= uC
+ VD4
VD1
仿真
+ u-1
u2
-
VD2
VD3
+ ic
C
+ io uo RL
-
π
2π 3π
4π 5π
ωt
O
ωt iD1
O
ωt
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3. 滤波电容的选择和输出直流电压的估算
? IO
ΔUI = 0 R
+
rZ
? UO
-
估算稳压电路 Ro 的等效电路
rZ为稳压管的动态内阻。
Ro
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电网 电压
电源 变压器
整流 电路
滤波器
稳压
负
电路
载
电网电 压信号
变压器输 出信号
整流输 出信号
滤波输 出信号
稳压输 出信号
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整流电路的作用： 利用具有单向导电性能的整流元件， 将正负交替的正弦交流电压整流成为单方向的脉动电压。 滤波器的作用： 尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉， 使输出电压成为比较平滑的直流电压。 稳压电路的作用： 使输出的直流电压， 在电网电压或负载电流发生变化时保持稳定。
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三、复式滤波电路
1. LC 滤波电路
+
L
A
u2
+
-
+
C
uo RL
-
LC滤波电路
在负载电流较大或较小时均有良好的滤波作用。
电感滤波和 LC滤波电路克服了整流管电流较大的缺点，
外特性比较硬 ,
与电容滤波相比， UO(AV)较低，体积、重量大为增加。
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2. LC-∏型滤波电路
RL
RL2 ? (wL)2
?UUO?O?(A1mV)
?
RL
S?
RL2 ? (wL)2
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3. 电感滤波电路的特点 （1）电感滤波电路适用于大电流负载。 （2）电感滤波电路的外特性比较硬。 （3）由于电感有延长整流管导电管电角的趋势，
因此电流的波形比较平滑， 避免了在整流管中产生较大的冲击电流。
o
π
D4
uo
wt
2π 3π 4π
解：当D2或D4断开后
o
wt
π 2π 3π 4π
电路为单相半波整流电路。正半周时， D1和D3导
通，负载中有电流过，负载电压 uo=u；负半周时，
D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，
uo =0。
~
+D2 u_
D3
D1
+ RL _uo
D4
如果D2或D4接反 则正半周时，二极管 D1、D4或D2、D3导通，电流 经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因 此变压器及 D1、D4或D2、D3将被烧坏。
3π
2 U2 ωt
2U2
RL
2 U2
ωt
RL
2Uω2t RL
ωt
2U2
ωt
2U2 上页
下页
ωt 首页
例2：试分析图示桥式整流电路中的二极管 D2 或D4
断开时负载电压的波形。 如果D2 或D4 接反，后果如
何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？
u
~
+D2 u_
D3
D1
+ RL _uo
O
π
脉动成分比半波整流时有所 iD1
下降。
O
iD2
O
二极管承受的反向电压较大
最大值为 2 2U2 。
iO
O
uO
变压器必须有中心抽头，
O
uD1
变压器利用率不高。
O
2U2
2π
ωt
2U2 RL
2U2
ωt
RL
ωt
2U2
RL ωt
2U2 ωt
ωt
2 2U2
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三、 单相桥式整流电路
1. 电路组成
URM ?
2U 2 ?
2 ? 33.3V=47.1V
URM ? 2U2 ? 2 ? 16.7V=23.6V
S ? 1.57 ? 157%
S ? 0.67 ? 67%
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第二节 滤波电路
电容滤波电路 电感滤波电路 复式滤波电路
下页 总目录
一、 电容滤波电路
1. 电路组成
+
VD4
VD1
+
UO
IZ将急剧增加
IR ? IL ? IZ UO ? UI ? UR
IR也将增加
UO维持基本稳定 UO
R上的压降增大
当电网电压波动或负载电流变化时， 通过调节 R上的压降来保持输出电压基本不变。
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三. 稳压电路的内阻和稳压系数
1. 内阻 Ro
Ro定义为： 直流输入电压 UI不变时，
输出端的 ΔUO与ΔIO之比。估算 Ro时RL应开路。
Ro
?
? UO ? IO
UI ?常数
2.稳压系数 Sr
定义为：当负载不变时，
稳压电路输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。
sr ?
? UO /UO ? UI /UI
RL ?常数 ?
? UO ?UI ? UI UO
RL ?常数
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二、硅稳压管稳压电路的组成和工作原理
IR 必不可少
如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与 D2或D4接反类似，电源及 D1 或D3也将因电流过大而烧坏。
四、 整流电路的主要参数
以单相桥式整流电路为例
1. 输出直流电压 UO(AV)
uo
2U2
1 2π
Oπ
2π 3π
ωt
UO(AV) = 2π
uOd (ωt)
0
1π
UO(AV) = π
2U2sinωtd(ωt) =
（5）电容放电的时间常数 τ = RLC 愈大， 放电过程愈慢，则输出电压愈高， 同时脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。
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二 、 电感滤波电路
1. 电路组成和工作原理
+
VD4
+
u-1
u2
-
VD2
VD1 A
VD3
L + uo RL -
桥式整流、电感滤波电路
接入滤波电感后，由于电感的直流电阻很小，交流阻抗很大， 因此直流成分流过电感后基本上没有损失，交流分量很大部分 降落在电感上，从而降低了输出电压中的脉动成分。
（5）采用电容滤波时，整流二极管中将流过较大的冲 击电流。必须选用较大容量的整流二极管。
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结论： （1）加了电容滤波以后，输出电压的直流成分提高了。 （2）加电容滤波以后，输出电压中的脉动成分降低了。 （3）电容滤波电路的输出直流电压 UO(AV) 将随着输出
直流电流 IO(AV) 而变化。 （4）接入电容以后，整流二极管的导电时间缩短了。
O
iO = iD1 = u2 / RL 。
uO
u2正半周内，
VD2导通，
VD1截止
O
uD1
uD1 = u2 ， uo = -u2， iD2 = 0，
O
iO = iD2 = u2 / RL
2U2
2π
ωt
2U2 RL
2U2
ωt
RL
ωt
2U2
RL ωt
2U2 ωt
ωt
2 2U2
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u2
输出电压平均值是半波整流 的两倍，
+
R IZ
IL
+
UI
VDZ
RL UO
-
-
IR ? IL ? IZ UO ? UI ? UR
1. 假设稳压电路的输入电压 UI保持不变，
当RL
IL
R上的压降
UO
UO维持基本稳定
IR也将减小
IZ将急剧减小
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2. 假设负载电阻 RL保持不变，
IR
+
R IZ
IL
+
UI
VDZ
RL UO
-
-
当UI
? ??
UO1m =
42 3π
U2
uo(AV ) ? 2 ? 2 U 2
S?
U o1m
?
42 3?
U
2
?
0.67
Uo(AV ) 2 ? 2 U2
3. 二极管正向平均电流 ID(AV)
ID(AV) =
1 2
IO(AV)
4. 二极管最大反向峰值电压 URM
URM = 2 U2
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[例10.1.1]某电子装置要求电压值为 15V的直流电源， 已知负载电阻 RL等于100Ω，试问： ①如果选用单相桥式整流电路，则变压器二次电压 U2 应为多大？整流二极管的正向平均电流 ID(AV)和最大反 向峰值电压 URM等于多少？输出电压的脉动系数 S等 于多少？ ②如果改用单相半波整流电路，则 U2 、 ID(AV) 、 URM 和S各等于多少？
2π
π
3π
2 U2
ωt 2 U2 RL
ωt
2 U2 ωt
ωt 2 U2
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单相全波整流电路
u2
VD1
Oπ
+?
?u+2 -
iD1
u1 -
?+ u2
iD2
-
VD2
iD1
O
+ io
iD2
uo RL
O
-
u2正半周内， VD1导通， VD2截止， iO
uD1 = 0， uo = u2， iD2 = 0，
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解： ①
②
U2
?
U O(AV) 0.9
?
15V 0.9
?
16.7V
U2
?
U O(AV) 0.45
? 15V ? 0.45
33.3V
I O(AV)
?
U O(AV) RL
?
15 A=150mA 100
ID(AV) ? IO(AV) ? 150mA
I D(AV)
?
1 2
I O(AV)
?
1 ? 150mA=75mA 2
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二. 单相半波整流电路
iD
u2
T +
VD + io
O
+ u1 -
u2
+ uD uo
RL
iO= iD
-
-
O
单相半波整流电路
u2正半周内
iO = iD =
u2 RL
uo
O
uO = u2
uD = 0
uD
u2负半周内： iO = iD = 0
O
uO = 0
uD = u2
2 U2sinωt
2π
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2. 输出直流电压和脉动系数
设A点的直流电压为
U
? ，基波电压的最大值为
O(AV)
U
?
O1m
，
脉动系数为 S?。
如果忽略电感的直流电阻，则输出直流电压为：
U O(AV)
?
U
?
O(AV)
输出的基波电压最大值为：
UO1m ?
RL2
RL
? (wL)2
U O?1m
输出电压的脉动系数为：
S ? UO1m ? U O(AV)
0
22 π U2 = 0. 9 U2
2. 脉动系数 S
整流电路输出波形的傅立叶级数表示为：
uo ?
2U
2
?2 ???
?
4 3?
cos
2wt
?
4 15?
cos
4wt
?
4 35?
cos
6wt?
? ??
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uo ?
2U
2
?2 ???
?
4 cos 2wt ? 4 cos4wt ?
3?
15?
4 cos6wt? 35?
π
3π
仿真
2 U2
ωt 2 U2 RL
ωt
2 U2 ωt
ωt 2 U2
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优点: 结构简单，所用元件少， u2
缺点： 输出波形脉动大；
O
iO= iD
直流成分比较低；
O
变压器利用率低；
uo
变压器电流含有直流成分， O
容易饱和。
uD
所以只能用在输出电流较小， O 要求不高的场合。
2 U2sinωt
+
VD4
+
u1
u2
-
-
VD2
VD1
+ io
VD3
uo RL -
电路中用了四个二极管，接成电桥形式，
故称为 桥式整流电路。
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2. 桥式整流电路的其他画法
+
+
ui -
u2
-
+ uo RL
-
VD1
+
+
ui -
u- 2
VD4
+ VD3
RL uo
VD2
-
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3. 工作原理
+ VD4
第一节 单相整流电路
直流电源的组成 单相半波整流电路 单相桥式整流电路 整流电路的主要参数
下页 总目录
一、直流电源的组成
电子设备中所用的直流电源，通常是由电网提供的交 流电经过整流、滤波和稳压后得到的。 对直流电源的主要要求： 能够输出不同电路所需要的电压和电流； 直流输出电压平滑，脉动成分小； 输出电压的幅值稳定； 交流电变换成直流电时的转换效率高。 直流电源一般包括四个组成部分，即 电源变压器 、整 流电路、滤波器和稳压电路 。