电路与电子学练习题

G
P
为阳极 A，阴极 控制极 N
K 和控制极(或
称门极)G。
阴极
K
结构
A
G K 符号
2. 工作原理 可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理。
S
S
S
(a)
(b)
(c)
(1)晶闸管导通(灯亮)必须同时具备两个条件：第一，在
阳极与阴极之间加正向电压；第二，控制极和阴极之间也要
加正向电压(实际上加正触发脉冲)。
(2)当电源电压保持不变，而负载电流增大时，电阻 R 上
的压降增大，负载电压 Uo 因而下降。只要 Uo下降一点，稳压 管电流 IZ 就显著减小，使通过电阻 R 的电流和电阻上的压降 保持近似不变，因此负载电压 Uo 也就近似稳定不变。
选择稳压管时一般取 UZ = Uo ， UI =(2 ~ 3)Uo
u
–
D3
D1
io
+
uo
RL
D2
在 u 的正半周， D1 和 D3 导通，D2 和 D4 截止(相当于开 路)电流的通路如图中红色箭头所示。
+
–
D4
+
~
u
D3
D1
io
+
RL uo
D2
在 u 的负半周，D2 和 D4 导通， D1和 D3 截止(相当于 开路)，电流的通路如图中绿色箭头所示。
在一个周期内，通过电阻的电流方向相同，在负载上 得到的是全波整流电压 uo。
UDRM 2 134 189 V
因此可选用 2CZ55E 晶体二极管，其最大整流电流为 1 A，反向工作峰值电压为 300 V。
(2)变压器的变比及容量
变压器的变比
K 380 2.8 134
变压器二次侧电流的有效值为
I IO 1.4 1.55 A 0.9 0.9
变压器的容量为
S UI 1341.55 208 V A
u 由于 二极管的 正向压降 2U
很小，因此可认为 uO 的波形
o
2
和 u 的正半波是相同的。输
出电压的平均值为
uO
2U
1
UO 0
2U sin(t)d( t)
o
2 2 U 0.9U
iO
Im
2
式中 U 是变压器二次电压 u 的 有效值。
o uD
截止管所承受的最高反向
o
2 2
电压为
U DRM 2U
3
Ui
Ci
Co
Uo = 12 V
三端集成稳压器的几种应用电路：
(1) 同时输出正、负电压的电路
~24 V ~220 V
~24 V
+ C
1000 F
1000 F
+ C
1 W7815
3
Ci 0.33 F
Baidu Nhomakorabea
2 +15 V
CO 1 F
Ci 0.33 F
1
CO 1 F
3 W7915 2
15 V
(2)提高输出电压的电路
返回
12.3 直流稳压电源
12.3.1 稳压管稳压电路
IR
R
~
++
C
UI
IZ
Io
+
DZ RL Uo
引起电压不稳定的原因是交流电源电压的波动和负载电流 的变化，下面分析在这两种情况下的稳压作用。
(1)当交流电源电压增加而使整流输出电压 UI 随着增加 时，负载电压 Uo 也要增加。Uo 即为稳压管两端的反向电压。 当负载电压 Uo 稍有增加时，稳压管的电流 IZ 就显著增加， 因此限流电阻 R 上的压降增加，以抵偿 UI 的增加，从而使 Uo 保持近似不变。
= 180 V，IO = 6 A，交流电压有效值
U UO 180 200 V 0.9 0.9
考虑到电网电压波动、管压降以及导通角常常到不了 180 等因 素，交流电压要比上述计算值适当加大 10% 左右，可取 220 V， 因此可不用整流变压器，直接接到 220 V 的交流电源上。
UFM URM 2U 1.41 220 310 V
W7900 系列输出固定负电压，其参数与 W7800 基本相同。
下图给出了三端集成稳压器的接线方法，Ci 用以抵消输入 端较长接线的电感效应，防止产生自激振荡。Ci 一般在 0.1 ~ 1 F 之间 Co 是为了瞬时增减负载电流时不致引起输出电压有较 大的波动。 Co 可取 1 F 。
+ 1 W7812 2 +
UBO 时 ， 晶 闸 管 处 于 阻 断 状 态 ，
只有很小的漏电流通过。当 UA
增大到某一数值时，
IH
UBR
导通
O 阻断
+
IG2 > IG1 > IG0
UBO UA
+
晶闸管由阻断状态突然导通，这时所对应的电压称为正 向转折电压 UBO。IG 越大， UBO 越低。晶闸管导通后，就有 较大电流通过，但管压降只有 1 V 左右。
经 C 滤波后 uO 的波形
uO
可见放电时间常数 t = RLC
t t
t
越大，脉动越小，输出电压平 2U
均值越高，一般要求 T
t'
RLC (3 ~ 5) 2
O
2
t
式中 T 是 uO 的周期。这时，UO 1.2U
[例 1] 有一单相桥式电容滤波整流电路，已知交流电
源频率 f = 50 Hz，负载电阻 RL = 200 ，要求直流输出电压 UO = 30 V，选择整流二极管及滤波电容器。
[解] (1)选择整流二极管
流过二极管的电流
ID
1 2
IO
1 UO 2 RL
1 30 2 200
0.075
75 mA
取 UO = 1.2U， 所以变压器二次侧电压的有效值为
U UO 30 25 V 1.2 1.2
二极管所承受的最高反向电压
UDRM 2U 2 25 35 V
因此可选用 2CZ52B 型二极管，其最大整流电流为 100 mA，反向工作峰值电压为 50 V。
输出电压 UO = U + UZ (3)扩大输出电流的电路
可采用外接功率管 T
的方法来扩大输出电流。 一般 I3 很小，可忽略不计， 则可得出
I2 I1 IR IB
UBE IC
R
设 = 10，UBE= 0.3 V，+
R = 0.5 ， I2 上式可算出 IC
= =
1 4
A，由 A，输
2
显然，导通角 越大(控制角 越小 )输出电压越高。
晶闸管所需的触发脉冲由专门的触发电路提供。
[例 1] 有一纯电阻负载，需要可调的直流电源：电压 UO = 0 ~ 180 V，电流 IO = 0 ~ 6 A。现采用单相半控桥式整流 电路，试求交流电压的有效值，并选择整流元件。
[解] 设晶闸管导通角 为 180(控制角 = 0 )时，UO
(2)晶闸管导通后,断开控制极[图(b)所示]，晶闸管继续 导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用(这对普 通晶闸管而言)。
(3)要使从导通转为阻断(截止)，必须切断阳极电源，
或在阳极与阴极之间加反向电压，或将电流减小到某一数值
(维持电流 IH)以下。
3. 伏安特性 从正向特性看，当
UA
IA <
3. 滤波器： 减小整流电压的脉动程度。
4. 稳压环节：在交流电源电压波动或负载变动时，使直 流输出电压稳定。为符合整流需要的电压。
12.1 整流电路
整流电路中最常用的是单相桥式整流电路它由四个二极管 D1 D4 接成电桥的形式构成。
D4
+
~
u
D3
D1
io
+
RL uo
D2
工作原理：
+ D4
+
~
O
t
在 u 的负半周，T2 和 D1 导
通，T1 和 D2 截止。
— 控制角(又称移相角)
T1 , D2 T2 , D1 T1 , D2 导通 导通 导通
— 导通角
整流输出电压的平均值可以用控制角表示，即
UO
1
2U sin( t)d( t)
2 U (1 cos )
0.9U 1 cos
可选择稳压管 2CW60，其稳定电压 UZ =(11.5 ~ 12.5)V，其稳 定电流 IZ = 5 mA，最大稳定电流 IZM = 19 mA。
12.3.2 集成稳压电源
本节主要介绍 W7800 系列(输出正电压)和 W7900 系列 (输出负电压)，它们的电路符号如下图所示:
+ W7800 +
IT
ID
1 2
IO
6 2
3
A
晶闸管可选用 KP5—7 型，二极管可选用 2CZ5/300 型。
返回
[解] (1)负载电流
IO
UO RL
110 80
1.4
A
每个二极管通过的平均电流
1 ID 2 IO 0.7 A
变压器二次侧电压的有效值为 U UO 110 122 V
0.9 0.9
考虑到变压器二次绕组及管子上的压降，变压器二次侧 的电压大约要高出 10%，即 122 1.1 = 134 V。于是
额定电压，用其百位数或千位数表示
额定正向平均电流(A) 普通型 晶闸管
12.4.2 可控整流电路
单相半控桥式整流电路
u2
+
T1
T2
iO O +
2
3
t
~
u
RL
uO
ug
D1 D2
O
在 u 的正半周，T1 和 D2 承 uO iO
t
受正向电压，这时如对引
入触发脉冲 ug ，则 T1 和 D2 导通，而 T2 和 D1 截止;
1
2
_
_
W7900
3
2
3
1
这种稳压器只有输入端、输出端和公共端三个引出端，
故也称为三端集成稳压器。W7800 系列 1 为输入端，2 为输出
端，3 为公共端；W7900 系列 3 为输入端，2 为输出端，1 为
公共端。 W7800 系列输出固定的正电压有 5 V，8 V，12 V，
15 V，18 V，24 V 多种。例如 W7812 的输出电压为 12 V。
从反向特性看，晶闸管处于阻断状态，只有很小的反向 漏电流通过，当反向电压增大到某一数值时，使晶闸管反向 导通(击穿)，所对应的电压称为反向转折电压 UBR 。
晶闸管的型号及其含义如下:
KP —
导通时平均电压组别(小于 100 A 不标)， 共 9 级，用 A ~ 1 字母表示 0.4 ~ 1.2 V
(2)选择滤波电容器
取
RLC
5T 2
所以
RLC
5
1/50 2
0.05 s
C 0.05 0.05 250106 F 250 F RL 200
选用 C = 250 F ，耐压为 50 V 的极性电容器。
12.2.2 电感电容滤波器(LC 滤波器)
L
+
~
u
C
RL
当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中要产生自感电 动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大 为减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好，而后又经过 电容滤波，使输出电压更为平直。
可选用BK300(300 V ·A)，380/134 V 的变压器。
返回
12.2 滤波器
12.2.1 电容滤波器(C 滤波器)
电容滤波器的组成和工作原理，如下图所示。
电容 充电
电容 放电
D4
D1
+
~
u
D3
D2
C
RL
uio+o= uc
二极管导通时给电容充电，二极管截止时电容向负载放电； 滤波后输出电压 uo 的波形变得平缓，平均值提高。
第 12章 直流稳压电源
12.1 整流电路 12.2 滤波器 12.3 直流稳压电源 12.4 晶闸管及可控整流电路
下图是半导体直流电源的原理方框图,它表示把交流电
变换为直流电的过程。
变压
整流
滤波
稳压
交流 电源
负载
u
u
u
u
u
O
tO
tO
tO
tO
t
图中各环节的功能如下：
1. 整流变压器 将交流电源电压变换为符合整流需要的电压。 2. 整流电路 将交流电压变换为单向脉动电压。
UI
出电流 IO = I2 + IC = 5 A，
比 I2 扩大了。
1
2
+
W78 3+
UI Ci
U +
+ CO UO
UZ DZ
IC T
R IB IR
1W78 2
I1
3
I2
IO +
Ci
I3
CO
UO
(4) 输出电压可调的电路
U U
R3 R3 R4
U
R1 R1 R2
UO
+
UO
(1
R2 R1
[例 1] 有一稳压管稳压电路，负载电阻 RL 由开路变 到 3 k，交流电压经整流滤波后得出 UI = 30 V。今要求输出 直流电压 UO = 12 V，试选择稳压管 DZ。
[解] 根据输出电压 UO = 12 V 的要求，负载电流最大值
I OM
UO RL
12 3 103
4 103 A
4 mA
)
R3 R3 R4
U
UI
可见移动电位器滑 动端，改变电阻 R2 和 R1 的比值，便可调节输出 电压 UO 的大小。
W78 Ci
+ R3
U R4
+
+
+
CO UO
R1 R2
返回
12.4 晶闸管和可控整流电路
12.4.1 晶闸管
阳极
A
1. 基本结构
晶闸管是具
P
有三个 PN 结的
N
四层结构。引出 的三个电极分别
2U
uuDD42
uD1 uD3
3 t
3 t 3 t 3 t
下图是单相桥式整流电路的简化画法
+
~
u
io + RL uo
[例 1] 已知负载电阻 RL = 80 ，负载电压 UO = 110 V。今 采用单相桥式整流电路，交流电源电压为 380 V。(1)如何选用
晶体二极管？(2)求整流变压器的变比及容量。