电工电子技术(第二版)第九章

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9. 2 滤波电路

9. 2. 1 电容滤波电路
1.工作原理图9-7(a)所示为单相半波整流电容滤波电路，其工作原理介绍如下设整流变压器副边电压为
假设电路接通时恰恰在由负到正过零的时刻，这时二极管D开始导通，电源在向负载供电的同时又对电容C允电。如果忽略二极管正向压降，电容电压紧随输入电压按正弦规律上升至的最大值。随后和都开始下降，当按正弦规律下降时，二极管D因承受反向电压而截止，而电容C则对负载电阻按指数规律放电，负载中仍有电流在的下一个正半周内，当降至
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9. 1 整流电路

极管因承受正向电压而导通，因承受反向电压而截止。此时电流的路径为如图9-4(b)所示。可见无论电压是在正半周还是在负半周，负载电阻上都有相同方向的电流流过，因此在负载电阻上得到的是单向脉动电压和电流。忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电路的波形如图9-5。 2.参数计算 (1)负载上的电压平均值和电流平均值单相全波整流电压的平均值为

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9. 2 滤波电路

与电容滤波相比，电感滤波的特点是: ①二极管的导电角较大(大于，是因为电感L的反电动势使二极管导电角增大)，峰值电流很小，输出特性较平坦。 ②输出电压没有电容滤波的高。当忽略电感线圈的电阻时，输出的直流电压与不加电感时一样，为。负载改变时，对输出电压的影响也较小。因此，电感滤波适用于负载电压较低、电流较大以及负载变化较大的场合。它的缺点是制作复杂、体积大、笨重，且存在电磁干扰。
流过负载电阻R，的电流平均值为
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9. 1 整流电路

(2)整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压流经二极管的电流平均值就是流经负载电阻}T的电流平均值，即

二极管截止时承受的最高反向电压就是整流变压器副边交流电压的最大值，即根据例9-1 管。解可以选择合适的整流二极管。有一单相半波整流电路如图9-2 ( a)所示。已知负载电阻，变压器副边电压，试求，并选用二极输出电压的平均值为
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9. 1 整流电路

负载电阻R，的电流平均值为

整流二极管的电流平均值为

二极管承受的最高反向电压为

查半导体手册，可以选用型号为2 AP4的整流二极管，其最大整流电流为16 mA ,最高反向工作电压为50 V。为了使用安全，二极管的反向工作峰值电压要选得比大一倍左右。

式中，T为交流电压的周期;滤波电容C一般选择体积小、容量大的电解电容器。应注意，普通电解电容器有正、负极性，使用时正极必须接高电位端，如果接反会造成电解电容器损坏。加入滤波电容以后，二极管导通时间缩短，导通角小于，且在短时间内承受较大的冲击电流，容易使二极管损坏。为了保证二极管的安全，选管时应放宽裕量。单相半波整流电容滤波电路中，二极管承受的反向电压为。当负载开路时，二极管承受的反向电压最高为单相桥式整流电容滤波电路中，二极管承受的反向电压与没有电容滤波时一样，为

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9. 1 整流电路

管D因承受反向电压而截止。此时负载上无电流流过，输出电压，变压器副边电压全部加在二极管D上。综上所述，在负载电阻得到的是如图9-2(b)所示的单向脉动电压。 2.参数计算 (1)负载上的电压平均值和电流平均值。负载上得到的整流电压虽然是单方向的(极性一定)，但其大小是变化的。常用一个周期的平均值来衡量这种单向脉动电压的大小。单相半波整流电压的平均值为
硅稳压管稳压电路虽然很简单，但受稳压管最大稳定电流的限制，负载电流不能太大。另外，输出电压不可调且稳定性也不够理想。若要获得稳定性高且连续可调的输出直流电压，可以采用由三极管或集成运算放大器所组成的串联型直流稳压电路。串联型直流稳压电路的基本原理如图9-11所示。 ①取样环节。由组成的分压电路构成。它将输出电压分出一部分作为取样电压送到比较放大环节。 ②基准电压。由稳压二极管和电阻构成的稳压电路组成。它为电路提供一个稳定的基准电压，作为调整、比较的标准。设发射结电压可以忽略，则
的最大值，即
由以上计算，可以选择整流二极管和整流变压器。
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9. 1 整流电路

除了用分立组件组成桥式整流电路外，现在半导体器件厂已将整流二极管封装在一起，制成单相整流桥和三相整流桥模块，这些模块只有输入交流和输出直流引脚，减少了接线，提高了电路工作的可靠性，使用起来非常方便。单相整流桥模块的外形和实物接线如图9-6所示。例9-2 试设计一台输出电压为24 V ,输出电流为1 A的直流电源，电路形式可以采用半波整流或桥式整流。试确定两种电路形式的变压器副边电压有效值，并选定相应的整流二极管。解 (1)当采用半波整流电路时，变压器副边电压有效值为
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9将交流电变换为直流电。完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的核心元件。整流电路按输入电源相数可分为单相整流电路和三相整流电路，按输出波形又可分为半波整流电路、全波整流电路和桥式整流电路等。目前广泛使用的是桥式整流电路。为了简单起见，分析计算整流电路时把二极管当作理想元件来处理，即认为二极管的正向导通电阻为零，而反向电阻为无穷大。
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9. 1 整流电路

9.1.2 单相桥式整流电路
1.工作原理单相桥式整流电路是由4个整流二极管接成电桥的形式构成的，如图9-3 ( a)所示。图9-3(b)所示为单相桥式整流电路的一种简便画法。单相桥式整流电路的工作情况如下: 设整流变压器副边电压为:

当为正半周时，其极性为上正下负，即a点电位高于b点电位，二极管因承受正向电压而导通，因承受反向电压而截止。此时电流的路径为，如图9-4 ( a)所示。当为负半周时，其极性为上负下正，即a点电位低于b点电位，二

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9. 3 直流稳压电路

当输入电压波动时，会引起输出电压波动。例如，升高将引起随之升高，这会导致稳压管的电流急剧增加，因此电阻R上的电流和电压也跟着迅速增大，的增大抵消了的增加，从而使输出电压基本上保持不变。这一自动调压过程可表示如下:

反之，当减小时，相应减小，仍可保持基本不变。当负载电流变化引起输出电压发生变化时，同样会引起的相应变化，使得保持基本稳定。如当增大时，和均会随之增大而使下降，这将导致急剧减小，使仍维持原有数值，保持不变，从而使得到稳定。

流过负载电阻
的电流平均值为
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9. 1 整流电路

(2)整流二极管的电流平均值和承受的最高反向电压因为桥式整流电路中每两个二极管串联导通半个周期，所以流经每个二极管的电流平均值为负载电流的一半，即

每个二极管在截止时承受的最高反向电压为 (3)整流变压器副边电压有效值和电流有效值整流变压器副边电压有效值为整流变压器副边电流有效值为
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9. 2 滤波电路

时，二极管又导通，电容C再次允电。这样循环下去，周期性地变化，电容C周而复始地允电和放电。电容两端的电压即为输出电压，其波形如图9-7 ( b)所示，可见输出电压的脉动大为减小，并且电压较高。桥式整流电容滤波电路与半波整流电容滤波电路的工作原理一样，不同之处在于，在的一个周期里，电路中总有二极管导通，电容 C经历两次允、放电过程，因此输出电压更加平滑。其原理电路和工作波形分别如图9-8 (a), (b)所示。
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9. 3 直流稳压电路
可见，这种稳压电路中稳压管起着自动调节的作用，电阻R一方面保证稳压管的工作电流不超过最大稳定电流 ;另一方面还起到电压补偿作用。选择稳压管时，一般取

式中，
为负载电流
的最大值
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9. 3 直流稳压电路

9. 3. 2 串联型线性稳压电路
在工农业生产和科学实验中，主要采用交流电，但是在某些场合，如电解、电镀蓄电池的充电、直流电动机等，都需要用直流电源供电〔此外，在电子电路和自动控制装置中，还需要用电压非常稳定的直流电源〔为了得到直流电，除了采用直流发电机、干电池等直流电源外，目前广泛采用各种半导体直流电源。图9-1所示是半导体直流稳压电源的原理方框图，它表示把交流电变换为直流电的过程〔图中各部分实现的功能为变压、整流、滤波、稳压等，这些功能是如何实现的呢?

整流二极管承受的最高反向电流为
流过整流二极管的平均电流为

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9. 1 整流电路

因此，可以选用型号为2CZ12B的整流二极管，其最大整流电流为3 A, 最高反向工作电压为200 V。 (2)当采用桥式整流电路时，变压器副边电压有效值为整流二极管承受的最高反向电压为流过整流二极管的平均电流为因此，可以选用4只型号为2CZ11A整流二极管，其最大整流电流为1 A,最高反向下作电压为100 V。变压器副边电流有效值为变压器的容量为
第9 章直流稳压电源

本章知识点先导案例 9. 1 整流电路 9. 2 滤波电路 9. 3 直流稳压电路
本章知识点
[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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先导案例

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9. 1 整流电路

9.1.1 单相半波整流电路
1.工作原理单相半波整流电路如图9-2(a)所示。它是最简单的整流电路，由整流变压器、整流二极管D及负载电阻组成。其中分别为整流变压器的原边和副边交流电压。电路的工作情况如下。设整流变压器副边电压为当为正半周时，其极性为上正下负，即a点电位高于b点电位，二极管D因承受正向电压而导通，此时有电流流过负载，并且和二极管上的电流相等，即。忽略二极管的电压降，则负载两端的输出电压等于变压器副边电压，即，输出电压的波形与变压器副边电压的相同。当为负半周时，其极性为上负下正，即 a点电位低于b点电位，二极
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9. 3 直流稳压电路

9. 3. 1 并联型线性稳压电路
稳压管工作在反向击穿区时，即使流过稳压管的电流有较大的变化，其两端的电压却基本保持不变。利用这一特点，将稳压管与负载电阻并联，并使其工作在反向击穿区，就能在一定的条件下保证负载上的电压基本不变，从而起到稳定电压的作用。根据上述原理构成的并联型直流稳压电路如图9-10所示，其中稳压管反向并联在负载电阻两端，电阻R起限流和分压作用。稳压电路的输入电压，来自整流滤波电路的输出电压。并联型直流稳压电路的工作原理如下:
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9. 2 滤波电路

2.参数计算一般常用以下经验公式估算电容滤波时的输出电压平均值，即半波: 全波: 采用电容滤波时，输出电压的脉动程度与电容器的放电时间常数有关，时间常数大，脉动就小。为了获得较平滑的输出电压，选择电容时一般要求:
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9. 2 滤波电路
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9. 2 滤波电路

例9-3 设计一单相桥式整流电容滤波电路。要求输出电压 = 48 V，已知负载电阻 = 100 Ω，交流电源频率为 = 50 Hz，试选择整流二极管和滤波电容器。解流过整流二极管的平均电流为
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9. 2 滤波电路

变压器副边电压有效值为

整流二极管承受的最高反向电压为

因此可以选择型号为2CZ11B的整流二极管，其最大整流电流为1 A, 最高反向工作电压为200V。取

则
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9. 2 滤波电路

9. 2. 2 电感滤波电路
电感滤波电路如图9-9所示，即在整流电路与负载电阻之间串联一个电感器L。交流电压经全波整流后变成脉动直流电压，其中既含有各次谐波的交流分量，又含有直流分量。电感L的感抗。对于直流分量，，电感相当于短路，所以直流分量基本上都降在电阻上;对于交流分量，谐波频率越高，感抗越大，因而交流分量大部分降在电感L上。这样，在输出端即可得到较平滑的电压波形。