整流与稳压电路课件.ppt

1、 第第 9 章整流与稳压电路章整流与稳压电路* 9.5交流调压电路交流调压电路9.4稳压电路稳压电路* 9.3晶闸管单相可控整流电路晶闸管单相可控整流电路9.2滤波电路滤波电路9.1单相桥式整流电路单相桥式整流电路 各种电子设备和电子计算机，都需要由稳定的直流电源各种电子设备和电子计算机，都需要由稳定的直流电源供电。通常都是将工业用的交流电经变换来获得所需的直流供电。通常都是将工业用的交流电经变换来获得所需的直流电。电。把交流电变换成稳定的直流电，必须经过：把交流电变换成稳定的直流电，必须经过：交流电源220V 变压变压：将电网供给的交流电压变换成符合需要的将电网供给的交流电压变换成符合需要的

2、 交流电压。交流电压。整流：将交流电变换成单向脉动的直流电。整流：将交流电变换成单向脉动的直流电。滤波：将单向脉动直流电变为较平滑的直流电。滤波：将单向脉动直流电变为较平滑的直流电。稳压：在交流电源电压波动或负载变动时，使直稳压：在交流电源电压波动或负载变动时，使直 流输出电压稳定。流输出电压稳定。交流电交流电源源220V 整流电路是利用二极管或晶闸管的单向导电性将交流电整流电路是利用二极管或晶闸管的单向导电性将交流电变换成直流电的电路。变换成直流电的电路。单相桥式整流电路由变压器、四只接成电桥形式的二极单相桥式整流电路由变压器、四只接成电桥形式的二极管和负载电阻组成。管和负载电阻组成。工作原

3、理：工作原理：在输入电压在输入电压 u1 的正半周，的正半周，A 点电位最高，点电位最高，B 点电位最低，二点电位最低，二极管极管 VD1 和和 VD3 正向偏置导通；正向偏置导通；VD2 和和 VD4 反向偏置而截止。反向偏置而截止。电流电流 iO 流经流经 VD1、RL 和和 VD3 并在并在 RL 上产生压降上产生压降 uO。OuO9.1单相桥式整流电路单相桥式整流电路 O当输入电压当输入电压 u1 为负半周，变压为负半周，变压器二次感应电压为负半周时，器二次感应电压为负半周时，整流二极管整流二极管 VD1、VD3 因加反向因加反向电压而截止，电压而截止，VD2、VD4 因加正向电因加正

4、向电压而导通。压而导通。电流电流 io 流经流经 VD2、RL 和和 VD4 并并在在 RL 上产生压降上产生压降 uO。由此可见，在输入电压由此可见，在输入电压 u1( (u2) )的一个周期内，负载上均有电流通过的一个周期内，负载上均有电流通过, ,方向始终是从上向下，所以负载上得方向始终是从上向下，所以负载上得到同一方向的电压到同一方向的电压 uO。 (a)(b)(c) 负载与整流二极管的电压和电流：负载与整流二极管的电压和电流：负载上得到的电压负载上得到的电压 Uo 是是输出电压波形在一个周期中输出电压波形在一个周期中的平均值的平均值:22o0.922UUU 流过负载的电流：流过负载的

5、电流：LooRUI oD21II 流过每个二极管的平均电流流过每个二极管的平均电流是负载电流的一半：是负载电流的一半：2RM2UU 每个二极管承受的反向电压最每个二极管承受的反向电压最大值为变压器二次电压的峰值：大值为变压器二次电压的峰值： 例例 某电气设备采用桥式整流电路整流，电源电压为某电气设备采用桥式整流电路整流，电源电压为 220 V 交流电，需要整流输出的电压为交流电，需要整流输出的电压为 6 V ，电流为，电流为 25 mA，试求整流二极管参数。试求整流二极管参数。240025. 06ooL IURV6.67V9 . 069 . 0o2 UU 解解 整流电路上图整流电路上图( (b

6、) )所示，由所需的电压和电流，根据所示，由所需的电压和电流，根据式式 可以计算出负载电阻为可以计算出负载电阻为LooRUI 根据式根据式 可知变压器二次电压为可知变压器二次电压为22o9 . 022UUU mA5 .12A0125. 0A025. 02121oD IIV4 . 9V67. 6222RM UU可选用反向耐压可选用反向耐压 25 V，正向电流，正向电流 0.1 A 以上的整流以上的整流二极管。二极管。动画：单相桥式整流电路动画：单相桥式整流电路根据式根据式 可知二极管平均电流为可知二极管平均电流为oD21II 根据式根据式 可知二极管承受的反向电压最大值为可知二极管承受的反向电压

7、最大值为2RM2UU 9.2滤波电路滤波电路9.2.1电容滤波电路电容滤波电路9.2.2电感滤波电路电感滤波电路9.2.3多级滤波电路多级滤波电路 整流电路输出的单方向脉动电压，含有交流成分。整流电路输出的单方向脉动电压，含有交流成分。在整流电路后接滤波电路可得到电子设备所需的平滑在整流电路后接滤波电路可得到电子设备所需的平滑直流电压。直流电压。 整流电路输出电压向负载供电的同时，也给电容充电。利整流电路输出电压向负载供电的同时，也给电容充电。利用电容器的充、放电特性，使输出电压平滑。用电容器的充、放电特性，使输出电压平滑。u1u29.2.1电容滤波电路电容滤波电路 当下一个整流波形到当下一个

8、整流波形到来时且来时且 u2 幅值大于电容幅值大于电容两端电压时，电容器又开两端电压时，电容器又开始充电。始充电。电容器不断充电、放电、再充电电容器不断充电、放电、再充电负载两端得到平滑的直负载两端得到平滑的直流电。流电。滤波前滤波前滤波后滤波后负载两端电压的平均值估算公式为：负载两端电压的平均值估算公式为：Uo = 1.2U2电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重时应采用电感电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重时应采用电感滤波电路。滤波电路。OuO负载波动大，就无法向负载提供较大电流。负载波动大，就无法向负载提供较大电流。当充电电压达到最大值当充电电压达到最大值 后，后，u2 下降，电容器

9、向负载放下降，电容器向负载放电，维持负载两端电压缓慢下降。电，维持负载两端电压缓慢下降。22U 电感对整流电路输出电压中的电感对整流电路输出电压中的交流成分呈现较大的阻抗，对直流交流成分呈现较大的阻抗，对直流成分感抗为零，因此，交流成分基成分感抗为零，因此，交流成分基本都降落在电感线圈上，而直流成本都降落在电感线圈上，而直流成分则降压在负载电阻上，从而负载分则降压在负载电阻上，从而负载上得到平滑的直流电。上得到平滑的直流电。负载两端电压的平均值与桥式整流电路同，为负载两端电压的平均值与桥式整流电路同，为 Uo = 0.9U2电感元件体积大，结构复杂，自身电阻也会引起直流电电感元件体积大，结构复

10、杂，自身电阻也会引起直流电压和功率损失。它适同于负载电流要求较大且负载变化大的压和功率损失。它适同于负载电流要求较大且负载变化大的场合。场合。9.2.2电感滤波电路电感滤波电路 为得到更好的滤波效果，将电感滤波和电容滤波混合使为得到更好的滤波效果，将电感滤波和电容滤波混合使用，用，构成多级构成多级滤波电路。滤波电路。当负载电阻当负载电阻 RL 较大时，用电阻较大时，用电阻 R 代替体积大的电感代替体积大的电感 L，也可得到较好的滤波效果。也可得到较好的滤波效果。(a) 为电容、电感构成的为电容、电感构成的 型滤波电路，型滤波电路，(b) 为电阻、为电阻、 电容组成的电容组成的 型滤波电路。型滤

11、波电路。9.2.3多级滤波电路多级滤波电路(a)(b) 用晶闸管取代桥式整流用晶闸管取代桥式整流电路中两个桥臂的整流二极电路中两个桥臂的整流二极管。管。通过改变晶闸管触发脉冲通过改变晶闸管触发脉冲 uG的控制角的控制角 ，以改变晶闸管的导以改变晶闸管的导通角度通角度 ，从而控制整流输出电压从而控制整流输出电压的大小的大小 uo。整流输出电压波形：整流输出电压波形：桥式半控整流电路：桥式半控整流电路：9.3晶闸管单相可控整流电路晶闸管单相可控整流电路 单相桥式半控整流电路的输出电压单相桥式半控整流电路的输出电压平均值为：平均值为：2o9 . 02cos1UU 0， ，晶闸管处于全导通晶闸管处于全

12、导通状态，状态，Uo 0.9 U2。 ， 0，晶闸管处于全关断晶闸管处于全关断状态，状态，Uo = 0。所以单相桥式半控整流输出直流电所以单相桥式半控整流输出直流电压范围为：压范围为：0 0.9U2 。输出电流平均值为：输出电流平均值为： 。L00RUI )902cos1(2oU.U 9.4稳压电路稳压电路9.4.1稳压二极管稳压二极管9.4.2并联型稳压电路并联型稳压电路9.4.3串联型稳压电路串联型稳压电路9.4.4集成稳压器集成稳压器 利用调整元件利用调整元件( (稳压二极管或晶体管稳压二极管或晶体管) )调节整流输出的直流调节整流输出的直流电压，使电网电压波动或负载变化时输出的直流电压

13、稳定。电压，使电网电压波动或负载变化时输出的直流电压稳定。稳压电路有两种类型：稳压电路有两种类型：并联型并联型串联型串联型 是一种能稳定电压的特殊二极管。是一种能稳定电压的特殊二极管。符号：符号：稳压管稳压时工作在反向击穿区。稳压管稳压时工作在反向击穿区。在反向击穿区，特性曲线很陡峭。在反向击穿区，特性曲线很陡峭。特性曲线：特性曲线：稳压管的工作范围是在稳压管的工作范围是在 IZmin IZmax 之间。之间。UZ 称为稳定电称为稳定电压。压。9.4.1稳压二极管稳压二极管 由于由于 VZ 与与RL并联，所以称并联型。并联，所以称并联型。UO = UI RI = UI R( (IO + IZ)

14、 ) 当电源电压波动或负载变化引起输出电压变化时，并联型稳当电源电压波动或负载变化引起输出电压变化时，并联型稳压电路的稳压过程为：压电路的稳压过程为： UOUOIZIRI同理可分析同理可分析 UO下降时的稳压过程。下降时的稳压过程。输出电压输出电压 UO 基本保持不变。基本保持不变。R ：限流电阻；：限流电阻；RL： 负载电阻；负载电阻；UO：输出电压；：输出电压；VZ：调整元件；：调整元件；IO：负载电流；：负载电流；UI：输入电压；：输入电压；9.4.2并联型稳压电路并联型稳压电路 R：稳压管的限流电阻，并为：稳压管的限流电阻，并为 VT 的基极电流提供通路。的基极电流提供通路。调整元件调

15、整元件 VT 与负载与负载 RL 串联。串联。VZ：为调整管提供稳定的基极电位。：为调整管提供稳定的基极电位。稳压过程：稳压过程：当电源电压或负载变化引起输出电压下降时，当电源电压或负载变化引起输出电压下降时，UOVEVB 恒定恒定UBE ( (=VB VE) )IBICRLICUO输出电压输出电压 UO 基本保持不变。基本保持不变。元件作用：元件作用：VT：调整元件，工作在放大区。：调整元件，工作在放大区。反之，若反之，若 UO 增大，经电路的调节作用，会使增大，经电路的调节作用，会使 UO自动减小，使自动减小，使输出电压近似不变。输出电压近似不变。9.4.3串联型稳压电路串联型稳压电路动画

16、：串联反馈式稳压电路动画：串联反馈式稳压电路 集成稳压器是用半导体集成技术将串联型稳压电路的元集成稳压器是用半导体集成技术将串联型稳压电路的元件集成在一个芯片上。件集成在一个芯片上。优点是性能稳定可靠，使用方便、价格低廉。优点是性能稳定可靠，使用方便、价格低廉。常用的有三端式集成稳压器，外形：常用的有三端式集成稳压器，外形：符号：符号：CW7800 外部引线：管脚外部引线：管脚 1 为输入端，为输入端，2 为输出端，为输出端，3 为为公共端。公共端。（b）塑料壳封装9.4.4集成稳压器集成稳压器 集成稳压器有两个系列集成稳压器有两个系列CW7800 系列系列CW7900 系列系列( (1) )

17、CW7800 系列为正电压输出集成稳压器系列为正电压输出集成稳压器CW7900 系列为负电压输出集成稳压器。系列为负电压输出集成稳压器。( (2) )两种系列的上部引线排列亦不相同，使用时要两种系列的上部引线排列亦不相同，使用时要特别注意。特别注意。( (3) )具体器件符号的具体器件符号的“00”是用数字代替表示输出是用数字代替表示输出电压值。如：电压值。如：CW7805输出稳定电压输出稳定电压+5 V；CW9805输出稳定电压输出稳定电压-5 V。集成稳压管的连接电路：集成稳压管的连接电路：外接外接 C1，C0 来完善电路性能。来完善电路性能。 交流调压是只改变交流电压有效值，交流调压是只

18、改变交流电压有效值，不改变其频率，从而方便地调节交流电不改变其频率，从而方便地调节交流电动机的转动速度、灯光亮度或进行温度动机的转动速度、灯光亮度或进行温度控制。控制。交流调压电路：交流调压电路：调压原理：调压原理：在输入电压的正、负半周，由触发电路在输入电压的正、负半周，由触发电路分别触发晶闸管分别触发晶闸管 VT1、VT2，使其导通。改，使其导通。改变晶闸管的控制角变晶闸管的控制角 ，就改变了导通角，就改变了导通角 ，输出电压的有效值就发生了改变。输出电压的有效值就发生了改变。* 9.5交流调压电路交流调压电路 实际应用电路图：实际应用电路图：VT 为双向晶闸管；为双向晶闸管；A1、A2

19、为两个主电极；为两个主电极；双向晶闸管共用一个控制极。双向晶闸管共用一个控制极。 例例 某电气设备采用桥式整流电路，电源电压为某电气设备采用桥式整流电路，电源电压为 220 V 交流电，整流电路电压为交流电，整流电路电压为 6 V，电流为，电流为 25 mA，试求整流二极，试求整流二极管参数和变压器一次、二次绕组匝数比。管参数和变压器一次、二次绕组匝数比。 解解 由由得得LooRUI 240025. 06ooL IURmA12.5A025. 02121oD IIV6.67V9 . 060.9o2 UU由由2o0.9UU 得得二极管平均电流：二极管平均电流： 3367. 62202111 UUNNk可选用反向耐压可选用反向耐压 25 V，正向电流，正向电流 0.1 A 以上有整流二极管。以上有整流二极管。变压器的一次、二次绕组匝数比：变压器的一次、二次绕组匝数比：V9.4V67. 6222RM UU 二极管承受的反向电压最大值：二极管承受的反向电压最大值：