精品课程--电工电子技术.
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2U
t t
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4. 参数计算 1 (1) 整流电压平均值 U o
(2) 整流电流平均值 I o
2π ο
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2Usin td( t ) 0.45U
Uo U 0.45 RL RL
(3) 流过每管电流平均值 I D I o (4) 每管承受的最高反向电压 U DRM 2U 1 π 2 ( I sin t ) d t 1.57 I o (5) 变压器副边电流有效值 I m 2π ο 5. 整流二极管的选择 平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二 极管的主要依据。 选管时应满足：OM ID ， URWM UDRM
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7.1.2 单相桥式整流电路
1. 电路结构 a 4 + u － 3 b–
io
1 2 + uo RL – －
3. 工作波形 u
2U
t
uo
2U
2. 工作原理
u 正半周，Va>Vb，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截 止。 uD
2U u D2
F
R1 取 样 R2
＋
RL
Uo －
基准电压
取样环节： R1 R2分压提取与输出Uo成正比的取样电压UF
R2 UF U o FuU o R1 R2
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T UCE ＋ 调整 UB Ui
精品课程--电工电子技术
∞
A UF URE
F
R1 取 样 R2 RL
＋
Uo
比较放大
－
基准电压
过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中 的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目 的。 方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。
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7.2.1 电容滤波器
3. 工作波形
u 1. 电路结构 i io D 2U a ic + O + + C u RL uo = uC uo – – b 2. 工作原理
（2）电流调整率SI U o SI 100% Uo （3）输出电压的温度系数ST
U o / U o ST 100% T
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精品课程--电工电子技术 2. 串联反馈型稳压电路 (1) 电路一般结构
串联式稳压电路由取样、基准电压、放大和调整 四个环节组成。
T ＋ 调整 UB Ui 比较放大 － ∞ A UF URE
LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频 时更为合适。
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7.3 直流稳压电路
精品课程--电工电子技术
稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电 压的一种电子设备。 稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境 温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。 实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越 好。 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一 个独立的电子部件。
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3、稳 压管稳 压电路 特点 优点：电路简单，元件少。 缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。 4、稳 压管选择办法
UZ Uo
I Zmax （ 1.5 ~ 3）I Omax
5、限流电阻R的选择原则 （1）
Ui （2 ~ 3）U O
U i max U Z I O min I Z max R U i min U Z （2） I O max I Z min R
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第7章 直流稳压电源
7.1 整流电路 7.2 滤波器
7.3 直流稳压电源
7.4 开关稳压电源
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第7章 直流稳压电源
本章要求：
1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及
参数的计算; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。
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7.3.1 并联型稳压电路
1、电路结构
T
u1 u2
C
UR R
IR IZ
Io
DZ
Ui
RL
UZ
UO
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精品课程--电工电子技术 2、工作原理
在稳压管的稳压区，电 流变化较大时，稳压管两端 的电压变化较小。
T
u1 u2 C Ui UR R IR DZ
4. 电容滤波电路的特点
(1) 输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。 RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。 为了得到比较平直的输出电压
T 一般取τ RLC (3 5) 2
(T — 电源电压的周期)
近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）
1. 电路结构
精品课程--电工电子技术
L
~
2. 滤波原理
+ u –
C
+ RL
+ uo –
当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变 化,使负载电流和电压的脉动减小。
对直流分量: XL=0 ，L相当于短路,电压大部分降在RL上。 对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在 负载上得到比较平滑的直流电压。
－
基准电压环节：提供稳压的基准电压UREF 放大环节：放大UF与UREF的差值（ UREF －UF） 放大输出Uo的变化量。
调整环节：由放大后的变化量调整晶体管的管压降UCE， 从而达到稳定输出Uo的目的。
Uo U U
i
CE
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T UCE ＋ 调整 UB Ui UBE ∞ A UF R1 取 样 R2 RL
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。
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7.2 滤波电路
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既 有直流成份又有交流成份。
滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通
U DRM 2U 2 25 35 V IOM =100mA UDRM =50V
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例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
解：2. 选择滤波电容器
IZ
RL UZ
Io UO
（1） 电网电压波动
u1 u 2 Uo IZ IR UR Uo
（2） 负载波动
RL Io IR UR Uo IZ UR Uo
通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的。
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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
~
D + 2 u _ D3
D1 RL
D4
+ uo _
o uo
o
π
2π 3π
t
4π
解：当D2或D4断开后
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7.1.1 单相半波整流电路
1. 电路结构 Tr a + u – b D io RL + uo –
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3. 工作波形
u
2U
O uo
2U
t
2. 工作原理 u 正半周，Va>Vb， 二极管D导通； u 负半周，Va< Vb， 二极管D 截止 。
O uD O
取 RLC = 5 T/2
~
+ – u
+
1 50 RLC 5 0.05 S 2 已知RL = 50
+ C RL u –
o
可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器
0.05 0.05 C 250 106 F 250F RL 200
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7.2.2 电感电容滤波器
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第7章 直流稳压电源
小功率直流稳压电源的组成 变压 交流电 源
u1 u2 u3 u4
整流
滤波
稳压 负载
uo
功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
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7.1 整流电路
整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理： 利用二极管的单向导电性 常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。 分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
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例 电压发生±20%波动，RL=2K，求R和Ui 的正常值。 已知：UZ=12v，Izmax=18mA， IZmin= 5mA R I1 Ui IZ 解：由KVL得
UZ
RL
1.2U i I1 R U Z 0.8U i I 2 R U Z
2U
(3) 流过二极管的瞬时电流很大
RLC 越大ＵO 越高，IO 越大整流二 极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。
O iD O
t
选管时一般取：IOM =2 ID
t
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例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻
RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
2U
t
O
t
u >uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给 电容充电， uC 增加，uo= uC 。 u <uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数 规律下降， uo= uC 。
二极管承受的最高反向电压为 U DRM 2 2U 。
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I1=24mA，I2=11mA Ui=26V，R=800
UZ I 1 I z max RL UZ I 2 I z min RL
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7.3.2 串联型稳压电源
1. 稳压电源的主要指标
（1）电压调整率SU
U o / U o SU 100% U i
解：1. 选择整流二极管
流过二极管的电流 ~
+ u –
+ + C RL u – o
U O 30 U 25V 1.2 1.2 二极管承受的最高反向电压 可选用二极管2CP11
变压器副边电压的有效值
1 1 U O 1 30 I D IO 0.075 A 2 2 RL 2 200
π
2π
3π
4π
t
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。
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精品课程--电工电子技术 + u _
D2 D3 D1 D4
~
+ RL uo _
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。
t t
uD4
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例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V， 试求变压器的变比和容量，并选择二极管。
U DRM 172 V
ID 1 A
可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工 作峰值电压为300V。 220 变压器副边电压 U 122 V 变比 K 1.8 122 变压器副边电流有效值 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A 变压器容量 S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A
＋
Uo
URE
F
比较放大 －
基准电压
－
(2) 稳压原理
稳压过程按电网波动和负载电阻改变两种情况分述如下： 当电网波动Ui↑→Uo↑→UF↑→UBE↓→UCE↑→Uo↓；
当负载RL 开路时，UO
2U
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(2) 外特性曲线 Uo 1.4U 有电容滤波 0.45U o
无电容滤波
结论
采用电容滤波时，输出电压受负载变 化影响较大，即带负载能力较差。 因此电容滤波适合于要求输出电压较 高、负载电流较小且负载变化较小的场 合。
IO uo
t t
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4. 参数计算 1 (1) 整流电压平均值 U o
(2) 整流电流平均值 I o
2π ο
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2Usin td( t ) 0.45U
Uo U 0.45 RL RL
(3) 流过每管电流平均值 I D I o (4) 每管承受的最高反向电压 U DRM 2U 1 π 2 ( I sin t ) d t 1.57 I o (5) 变压器副边电流有效值 I m 2π ο 5. 整流二极管的选择 平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二 极管的主要依据。 选管时应满足：OM ID ， URWM UDRM
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7.1.2 单相桥式整流电路
1. 电路结构 a 4 + u － 3 b–
io
1 2 + uo RL – －
3. 工作波形 u
2U
t
uo
2U
2. 工作原理
u 正半周，Va>Vb，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截 止。 uD
2U u D2
F
R1 取 样 R2
＋
RL
Uo －
基准电压
取样环节： R1 R2分压提取与输出Uo成正比的取样电压UF
R2 UF U o FuU o R1 R2
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T UCE ＋ 调整 UB Ui
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∞
A UF URE
F
R1 取 样 R2 RL
＋
Uo
比较放大
－
基准电压
过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中 的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目 的。 方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。
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7.2.1 电容滤波器
3. 工作波形
u 1. 电路结构 i io D 2U a ic + O + + C u RL uo = uC uo – – b 2. 工作原理
（2）电流调整率SI U o SI 100% Uo （3）输出电压的温度系数ST
U o / U o ST 100% T
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精品课程--电工电子技术 2. 串联反馈型稳压电路 (1) 电路一般结构
串联式稳压电路由取样、基准电压、放大和调整 四个环节组成。
T ＋ 调整 UB Ui 比较放大 － ∞ A UF URE
LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频 时更为合适。
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7.3 直流稳压电路
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稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电 压的一种电子设备。 稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境 温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。 实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越 好。 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一 个独立的电子部件。
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3、稳 压管稳 压电路 特点 优点：电路简单，元件少。 缺点：稳压效果不太好，输出电压不可调。 4、稳 压管选择办法
UZ Uo
I Zmax （ 1.5 ~ 3）I Omax
5、限流电阻R的选择原则 （1）
Ui （2 ~ 3）U O
U i max U Z I O min I Z max R U i min U Z （2） I O max I Z min R
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第7章 直流稳压电源
7.1 整流电路 7.2 滤波器
7.3 直流稳压电源
7.4 开关稳压电源
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第7章 直流稳压电源
本章要求：
1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及
参数的计算; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。
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7.3.1 并联型稳压电路
1、电路结构
T
u1 u2
C
UR R
IR IZ
Io
DZ
Ui
RL
UZ
UO
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精品课程--电工电子技术 2、工作原理
在稳压管的稳压区，电 流变化较大时，稳压管两端 的电压变化较小。
T
u1 u2 C Ui UR R IR DZ
4. 电容滤波电路的特点
(1) 输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。 RLC 越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。 为了得到比较平直的输出电压
T 一般取τ RLC (3 5) 2
(T — 电源电压的周期)
近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）
1. 电路结构
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L
~
2. 滤波原理
+ u –
C
+ RL
+ uo –
当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变 化,使负载电流和电压的脉动减小。
对直流分量: XL=0 ，L相当于短路,电压大部分降在RL上。 对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在 负载上得到比较平滑的直流电压。
－
基准电压环节：提供稳压的基准电压UREF 放大环节：放大UF与UREF的差值（ UREF －UF） 放大输出Uo的变化量。
调整环节：由放大后的变化量调整晶体管的管压降UCE， 从而达到稳定输出Uo的目的。
Uo U U
i
CE
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T UCE ＋ 调整 UB Ui UBE ∞ A UF R1 取 样 R2 RL
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。
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7.2 滤波电路
交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既 有直流成份又有交流成份。
滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通
U DRM 2U 2 25 35 V IOM =100mA UDRM =50V
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例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
解：2. 选择滤波电容器
IZ
RL UZ
Io UO
（1） 电网电压波动
u1 u 2 Uo IZ IR UR Uo
（2） 负载波动
RL Io IR UR Uo IZ UR Uo
通过调节R上的压降来达到稳定输出电压Uo的目的。
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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
~
D + 2 u _ D3
D1 RL
D4
+ uo _
o uo
o
π
2π 3π
t
4π
解：当D2或D4断开后
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7.1.1 单相半波整流电路
1. 电路结构 Tr a + u – b D io RL + uo –
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3. 工作波形
u
2U
O uo
2U
t
2. 工作原理 u 正半周，Va>Vb， 二极管D导通； u 负半周，Va< Vb， 二极管D 截止 。
O uD O
取 RLC = 5 T/2
~
+ – u
+
1 50 RLC 5 0.05 S 2 已知RL = 50
+ C RL u –
o
可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器
0.05 0.05 C 250 106 F 250F RL 200
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7.2.2 电感电容滤波器
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第7章 直流稳压电源
小功率直流稳压电源的组成 变压 交流电 源
u1 u2 u3 u4
整流
滤波
稳压 负载
uo
功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压
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7.1 整流电路
整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理： 利用二极管的单向导电性 常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。 分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。
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例 电压发生±20%波动，RL=2K，求R和Ui 的正常值。 已知：UZ=12v，Izmax=18mA， IZmin= 5mA R I1 Ui IZ 解：由KVL得
UZ
RL
1.2U i I1 R U Z 0.8U i I 2 R U Z
2U
(3) 流过二极管的瞬时电流很大
RLC 越大ＵO 越高，IO 越大整流二 极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。
O iD O
t
选管时一般取：IOM =2 ID
t
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例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻
RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。
2U
t
O
t
u >uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给 电容充电， uC 增加，uo= uC 。 u <uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数 规律下降， uo= uC 。
二极管承受的最高反向电压为 U DRM 2 2U 。
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I1=24mA，I2=11mA Ui=26V，R=800
UZ I 1 I z max RL UZ I 2 I z min RL
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7.3.2 串联型稳压电源
1. 稳压电源的主要指标
（1）电压调整率SU
U o / U o SU 100% U i
解：1. 选择整流二极管
流过二极管的电流 ~
+ u –
+ + C RL u – o
U O 30 U 25V 1.2 1.2 二极管承受的最高反向电压 可选用二极管2CP11
变压器副边电压的有效值
1 1 U O 1 30 I D IO 0.075 A 2 2 RL 2 200
π
2π
3π
4π
t
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。
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精品课程--电工电子技术 + u _
D2 D3 D1 D4
~
+ RL uo _
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。
t t
uD4
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例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V， 试求变压器的变比和容量，并选择二极管。
U DRM 172 V
ID 1 A
可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工 作峰值电压为300V。 220 变压器副边电压 U 122 V 变比 K 1.8 122 变压器副边电流有效值 I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A 变压器容量 S = U I = 122 2.2 = 207. 8 V A
＋
Uo
URE
F
比较放大 －
基准电压
－
(2) 稳压原理
稳压过程按电网波动和负载电阻改变两种情况分述如下： 当电网波动Ui↑→Uo↑→UF↑→UBE↓→UCE↑→Uo↓；
当负载RL 开路时，UO
2U
自动化教研室2006.6
精品课程--电工电子技术
(2) 外特性曲线 Uo 1.4U 有电容滤波 0.45U o
无电容滤波
结论
采用电容滤波时，输出电压受负载变 化影响较大，即带负载能力较差。 因此电容滤波适合于要求输出电压较 高、负载电流较小且负载变化较小的场 合。
IO uo