第十章 直流电源讲解
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正、负半周均有电流流过负 载电阻 RL且方向一致。
O
uD1
O
11
2 U2
3π
ωt
2U2
RL
2 U2
ωt
RL
2Uω2 t RL
ωt
2U2
ωt
2U2 上页
下页
ωt 首页
第十章 直流电源
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
O
UO(AV) =
1 2π
2π
uOd (ωt)
第十章 直流电源
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
1
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一、直流电源的组成
第十章 直流电源
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；
O
iO = iD1 = u2 / RL 。 U2负半周内， VD2导通，
uO VD1截止uDO1
uD1 =2 u2 ， uo = -u2， iD1 = 0，
O
iO = iD2 = u2 / RL
7
2U2
2π
ωt
2U2 RL
2U2
ωt
RL
ωt
2U2
RL ωt
2U2 ωt
ωt
2 2U2
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输出电压平均值是半波整流 的两倍，
VD1
+ u- 1
u2
-
VD2
VD3
+
C
ic
+ io uo RL
-
π
2π 3π
4π 5π
ωt
O
ωt iD1
O
ωt
17
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第十章 直流电源
3. 滤波电容的选择和输出直流电压的估算
uO= uC
2 U2
RLC = ∞
RLC大
RLC小
O
在桥式整流情况下
ωt
RLC ≥ ( 3 ~ 5 )
T 2
整流电路的作用：
第十章 直流电源
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。
4
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第十章 直流电源
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
15
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一、 电容滤波电路
1. 电路组成
第十章 直流电源
+
VD4
VD1
+
u1 -
u2
+ io
-
VD2
+ VD3 C ic uo RL
-
桥式整流、电容滤波电路
16
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2. 工作原理
u2
O
uO= uC
第十章 直流电源
+ VD4
0
1π
UO(AV) = π
2U2sinωtd(ωt) =
0
2U2
π
2π 3π
ωt
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
2t
4 15
cos
4t
4 35
cos
6t
12
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第十章 直流电源
第十章 直流电源
u2
O
π
2π
2U2 ωt
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 RL
2U2
ωt
RL
ωt
2U2
RL ωt
2U2 ωt
ωt
2 2U2
8
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三、 单相桥式整流电路
二. 单相半波整流电路
iD
u2
T +
VD + io
O
+ u1 -
u2Hale Waihona Puke Baidu
+ 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
5
2 U2sinωt
2π
π
3π
2 U2
uo
2U
2
2
4 3
cos
2t
4 15
cos
4t
4 35
cos
6t
UO1m =
42 3π
U2
uo(AV) 22 U2
S
Uo1m
42 3
U2
0.67
Uo(AV) 22 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
ωt 2 U2
RL ωt
2 U2 ωt
ωt 2 U2
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第十章 直流电源
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
2 U2sinωt
2π
π
3π
2 U2
ωt 2 U2
RL ωt
2 U2 ωt
所以只能用在输出电流较小，O 要求不高的场合。
ωt 2 U2
6
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单相全波整流电路
VD1
第十章 直流电源
u2
O
π
+•
•
+ u2
-
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，
VD2
-
10
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3. 工作原理
+ VD4
+
u1
u2
-
-
VD2
第十章 直流电源
u2
VD1
2π Oπ
+ io iD1/ iD2
VD3 uo RL
O
-
iD3/ iD4
u2 正半周内， VD1、VD2 导电， VD3、VD4 截止；
O
io
O
u2 负半周时，VD3、VD4 导电， uo
VD1、VD2截止。
1. 电路组成
第十章 直流电源
+
VD4
+
u1 -
u2
VD1 + io
-
VD2
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。
9
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第十章 直流电源
2. 桥式整流电路的其他画法
+
+
ui -
u2
-
+ uo RL
-
VD1
+
+
ui -
u- 2
VD4
+ VD3
RL uo
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。
2
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第十章 直流电源
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
3
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URM = 2 U2
13
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第十章 直流电源
表 10 - 1 单相整流电路的主要参数
主要参数 电路形式
半波整流
全波整流
桥式整流
UO（AV）/U2
S
ID（AV）/ IO（AV） URM / U2
0.45
157%
100%
1.41
0.90
67%
50%
2.83
0.90
67%
50%
1.41
14
第十章 直流电源
O
uD1
O
11
2 U2
3π
ωt
2U2
RL
2 U2
ωt
RL
2Uω2 t RL
ωt
2U2
ωt
2U2 上页
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ωt 首页
第十章 直流电源
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
O
UO(AV) =
1 2π
2π
uOd (ωt)
第十章 直流电源
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
1
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一、直流电源的组成
第十章 直流电源
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；
O
iO = iD1 = u2 / RL 。 U2负半周内， VD2导通，
uO VD1截止uDO1
uD1 =2 u2 ， uo = -u2， iD1 = 0，
O
iO = iD2 = u2 / RL
7
2U2
2π
ωt
2U2 RL
2U2
ωt
RL
ωt
2U2
RL ωt
2U2 ωt
ωt
2 2U2
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输出电压平均值是半波整流 的两倍，
VD1
+ u- 1
u2
-
VD2
VD3
+
C
ic
+ io uo RL
-
π
2π 3π
4π 5π
ωt
O
ωt iD1
O
ωt
17
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第十章 直流电源
3. 滤波电容的选择和输出直流电压的估算
uO= uC
2 U2
RLC = ∞
RLC大
RLC小
O
在桥式整流情况下
ωt
RLC ≥ ( 3 ~ 5 )
T 2
整流电路的作用：
第十章 直流电源
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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第十章 直流电源
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
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一、 电容滤波电路
1. 电路组成
第十章 直流电源
+
VD4
VD1
+
u1 -
u2
+ io
-
VD2
+ VD3 C ic uo RL
-
桥式整流、电容滤波电路
16
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2. 工作原理
u2
O
uO= uC
第十章 直流电源
+ VD4
0
1π
UO(AV) = π
2U2sinωtd(ωt) =
0
2U2
π
2π 3π
ωt
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
2t
4 15
cos
4t
4 35
cos
6t
12
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第十章 直流电源
第十章 直流电源
u2
O
π
2π
2U2 ωt
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 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
二. 单相半波整流电路
iD
u2
T +
VD + io
O
+ u1 -
u2Hale Waihona Puke Baidu
+ 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
5
2 U2sinωt
2π
π
3π
2 U2
uo
2U
2
2
4 3
cos
2t
4 15
cos
4t
4 35
cos
6t
UO1m =
42 3π
U2
uo(AV) 22 U2
S
Uo1m
42 3
U2
0.67
Uo(AV) 22 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
ωt 2 U2
RL ωt
2 U2 ωt
ωt 2 U2
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第十章 直流电源
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
2 U2sinωt
2π
π
3π
2 U2
ωt 2 U2
RL ωt
2 U2 ωt
所以只能用在输出电流较小，O 要求不高的场合。
ωt 2 U2
6
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单相全波整流电路
VD1
第十章 直流电源
u2
O
π
+•
•
+ u2
-
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，
VD2
-
10
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3. 工作原理
+ VD4
+
u1
u2
-
-
VD2
第十章 直流电源
u2
VD1
2π Oπ
+ io iD1/ iD2
VD3 uo RL
O
-
iD3/ iD4
u2 正半周内， VD1、VD2 导电， VD3、VD4 截止；
O
io
O
u2 负半周时，VD3、VD4 导电， uo
VD1、VD2截止。
1. 电路组成
第十章 直流电源
+
VD4
+
u1 -
u2
VD1 + io
-
VD2
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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第十章 直流电源
2. 桥式整流电路的其他画法
+
+
ui -
u2
-
+ uo RL
-
VD1
+
+
ui -
u- 2
VD4
+ VD3
RL uo
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。
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第十章 直流电源
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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URM = 2 U2
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第十章 直流电源
表 10 - 1 单相整流电路的主要参数
主要参数 电路形式
半波整流
全波整流
桥式整流
UO（AV）/U2
S
ID（AV）/ IO（AV） URM / U2
0.45
157%
100%
1.41
0.90
67%
50%
2.83
0.90
67%
50%
1.41
14
第十章 直流电源