模拟电路第10章

UDRM = 2 2 U
5. 脉动系数 脉动系数S 由uo的傅氏级数求得 U o1m 4 2 U 2 / 3π 2 4 2U 2 S= = = ≈ 0.67 U o1m = Uo 2 2U 2 / π 3 3π
4.整流元件及变压器的选择 4.整流元件及变压器的选择 选择整流电路元件D (1) 根据 D、 UDRM 选择整流电路元件 1～ D4; 根据I (2) 根据负载 L的要求决定变压器副边的有效值， 根据负载R 的要求决定变压器副边的有效值， IO = 0.9 I2 ∵ UO = 0.9 U2 , ∴ U2 = 1.11 UO , I2 = 1.11 IO (3)根据 2 、I2和电源电压 1选择变压器。 根据U 和电源电压U 选择变压器。 根据 变比： 变比： K= U1/ U2 容量： 容量： S = I2×U2 与单相整流电路相比，虽然单相桥式整流电路使 单相整流电路相比， 用的整流元件较多，但它具有输出电压平均值高、 用的整流元件较多，但它具有输出电压平均值高、输 出功率大，对整流元件要求较低、 出功率大，对整流元件要求较低、变压器利用率高等 一系列优点。因此广泛应用在直流电源整流环节中。 一系列优点。因此广泛应用在直流电源整流环节中。
(3)电容滤波的外特性 电容滤波的外特性 电容滤波的输出电压U 随输出电流 电容滤波的输出电压 O随输出电流IO的变化曲线 称为电容滤波的外特性。如图所示。 称为电容滤波的外特性。如图所示。 ? 电容一定 ， 输出电流 O=0(RL 电容一定， 输出电流I 为无穷大)时 为无穷大 时,UO=U2m； ? 随着 O(RL 减小 增加 ， 输出电 随着I 减小)增加 增加， 下降。 压UO下降。 ? 而输出电流 O一定时，输出电 而输出电流I 一定时， 随电容C的减小而减小 的减小而减小。 压UO随电容 的减小而减小。 从图中可以看出， 从图中可以看出，电容滤波电 路外特性差。所以， 路外特性差。所以，电容滤波 负载电阻R 仅适于小负载 （ 负载电阻 L 的阻值较大） 的阻值较大）或负载基本不变 的场合。 的场合。
T τ = RL ? C ≥ (3 ~ 5) 2
T ∴ C ≥ (3 ~ 5) 2
式中T为交流电源电压的周期。 式中 为交流电源电压的周期。电容器的耐压值应 为交流电源电压的周期 大于1.414U 大于1.414U2。
(2)输出平均电压和电流 输出平均电压和电流 的条件下， 在C=(3 ~ 5)T/2的条件下，有： 的条件下 UO = (1.1~1. 4 )U2 , 一般取： UO =1. 2 U2 一般取：
b) 当 u2 ＜uC ，且π/ 2 ＜ωt ＜π时 时
D1、D3、D2、D4截止 ，iD =0， ， iC = iO, uC = uO，电容向负载 放电 。
τ = RL ? C
(2) u2 ＜0 (负半周 ， 负半周)， 负半周 a) 在π＜ωt ＜3π/ 2，当 ＜ ， uC＜| u2 |＜U2m 时， ＜ 导通， D2、D4 导通， D1、D3 截止，有:iD = iC + iO, 截止， uC = uO，电容充电。 电容充电。 b) 在3π/ 2 ＜ωt ＜2π ， 当| u2 |＜ uC 时，D1～ ＜ D4截止 ，有:iD =0， ， iC = iO, uC = uO，电容 放电 。 (3) 此后电容周期性放电。 此后电容周期性放电。
(2) 整流变压器的变比和容量： 整流变压器的变比和容量： 变比
U 380 1 K= = =3.1 U2 122.21
∵ I2 = 1.11 IO ≈1.53 A ∴变压器的容量 S = I2×U2 = 1.53×122.21≈187 VA × 选择变压器 K=4 S>187VA
二、 单相桥式整流电路 1. 电路组成： 原理图如图所示 电路组成：
2.工作原理 工作原理
正半周)， 导通， 截止。 当u2 ＞0 (正半周 ，D1、D3导通，D2、D4 截止。i2 正半周 的通路是a 的通路是 → D1 → RL → D3 → b; 当u2 ＜0 (负半周 ，D2、D4 导通，D1、D3 截止。i2 负半周)， 导通， 截止。 负半周 的通路是b 的通路是 → D2 → RL → D4 → a ;
例1: 已知负载电阻RL＝80Ω，负载电压Uo＝110V。 已知负载电阻RL 80Ω，负载电压U 110V。 RL＝ 今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V 380V。 今采用单相桥式整流电路，交流电源电压为380V。 试求(1)如何选用二极管? (1)如何选用二极管 试求(1)如何选用二极管? (2) 求整流变压器的 变比及容量。 变比及容量。 UO 110 = ≈1.38A (1)二极管: 1)二极管 解: (1)二极管: IO = R 80 L 1 ID = IO =0.69A 2 U2 =1.11 O =122.21 U V UDRM = 2 2 ≈172.8V U 选择: IFM > 0.69A， URM > 172.8V。
Uo √2U2 0.9U2 0 Io C减小
3. 参数估算 ⑴电容器的选择 放电时间常数τ= 愈大， 愈大 愈大， 放电时间常数 RL C，若RL愈大，即τ愈大，则uO 愈平坦，脉动愈小， 值愈高。因此， 愈平坦，脉动愈小，UO 值愈高。因此，输出电压 受负载变化的影响较大， 受负载变化的影响较大，电容滤波电路的外特性较 为得到较好的滤波效果，一般取: 差。为得到较好的滤波效果，一般取
UO U2 = 1.2 IO = RL RL
(3)二极管的选择 (3)二极管的选择
由于合闸时电源电压可能出现最大值， 由于合闸时电源电压可能出现最大值，则电路将产生很大 的冲击电流；另外，引入滤波后，二极管导通时间缩短， 的冲击电流；另外，引入滤波后，二极管导通时间缩短， 越大输出电压又越高， 且τ放越大输出电压又越高，故整流管在短暂的时间内流 过的电流比没有滤波时大大增加。选用二极管时， 过的电流比没有滤波时大大增加。选用二极管时，其电流 参数应考虑较大的余量。 参数应考虑较大的余量。
变压 交流电源 整流 滤波 稳压
～ -
各环节的功能 ： 变压： 将交流电源电压变成符合整流要求的电压 变压 ： 值。 整流： 整流 ： 利用二极管的单向导电性将交流电压变成 动的直流电压。 脉 动的直流电压。 滤波： 滤去脉动直流电压中的高次谐波， 使之成 滤波 ： 滤去脉动直流电压中的高次谐波 ， 为平滑的直流电压。 为平滑的直流电压。 稳压： 在电网电压波动或负载变化时， 稳压 ： 在电网电压波动或负载变化时 ， 保持输出 稳定的直流电压。 稳定的直流电压。
1 T 1 π U U O = ∫0 u 0 ( t )d ( t ) = 2U 2 ? Sinωtd (ωt ) = 2 2 =0.45 2 U ∫0 T 2π π
输出电流平均值IO
UO U2 IO = = 0.45 RL RL
3. 脉动系数 脉动系数S
输出电压的脉动系数定义为输出电压基波的最大值 o1m与 输出电压的脉动系数定义为输出电压基波的最大值U 输出电压平均值U 之比。通过半波整流输出电压u 输出电压平均值 O之比。通过半波整流输出电压 o的富 氏级数可求得U 氏级数可求得 o1m=U2/ 1.414
单相桥式整流电路波形图
3.主要参数 主要参数 (1) 单相桥式整流电压的平均值 O 单相桥式整流电压的平均值U
1 2π UO = ∫ u2d(ω?t) 2 0 π
=
π∫
1
π
0
2 2Sinω (ω ) U td t
=0.9U2 (2) 单相桥式整流电流的平均值 O 单相桥式整流电流的平均值I
UO U2 IO = =0.9 R R L L
3. 二极管中的平均电流 D 二极管中的平均电流I 1 U2 ID = IDi = IO =0.45 2 R L 4. 二极管最大反向电压 DRM 二极管最大反向电压U
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第十章
直流电源
半导体直流电源是将电网提供的交流电通 过变压、整流、滤波、 过变压、 整流、滤波、稳压等环节变换成所需 的直流电。其原理框图如图所示。 的直流电。其原理框图如图所示。
UO1m U2 / 2 π S= = = ≈1.57 UO 2 2 /π 2 U
4.二极管平均电流 D和二极管最高反向电压 DRM 二极管平均电流I 和二极管最高反向电压U 二极管平均电流
单相半波整流电路中流过二极管的电流I 单相半波整流电路中流过二极管的电流 D就是输出电流 IO；二极管正向导通，相当于短路；二极管反向截止，相 二极管正向导通，相当于短路；二极管反向截止， 当于断路。二极管承受反向电压就是输入的交流电压u 当于断路。二极管承受反向电压就是输入的交流电压u2。
10.2 滤波电路 一. 电容滤波器 1. 电路组成
2. 工作原理 ?分析: 设uC (0-) = 0, (1) u2 ＞0 (正半周 正半周) 正半周 a) 当0＜ u2 ＜U2m ＜
D1、D3导通， D2、D4 截止，iD 导通， 截止， = iC & = [( RD1 + RD 3 ) // RL ]? C ≈ 0
I Fm
IO 1 UO ≥ (2～3) I D = (2～3) = (2～3) 2 2 RL
有一单相桥式电容滤波整流电路， 例2: 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， U1 = 220V，负载电阻 ， ， RL＝300 ，要求直流输出电压uo＝30V，选 要求直流输出电压 ， 择整流二极管及滤波电容器。 择整流二极管及滤波电容器。 解: (1) 选择整流二极管 1 UO 30 ∵IO = = = 0.1A ∴I D = IO = 0.05A = 50mA 2 RL 300 取:UO =1. 2 U2 ，则: U2 = UO /1. 2 = 25V ∴ D 承受的最大反向电压为 UDRM = 2U2 = 2 ×25= 35V 故选用整流二极管为2CP11，其最大整流电 故选用整流二极管为 ， 流为100 mA , 反向工作峰值电压为 反向工作峰值电压为50V。 流为 。