电子及电路第九章

1、1第九章第九章 整流与稳压整流与稳压电子电路工作需要能量，在大多数的情况下能量是由电源电子电路工作需要能量，在大多数的情况下能量是由电源提供。电源是所有电子系统的关键部分，电源失效将影响提供。电源是所有电子系统的关键部分，电源失效将影响到整个电路的工作。本章讨论了用二极管整流、滤波和稳到整个电路的工作。本章讨论了用二极管整流、滤波和稳压的一些电路，也讨论了电源的一些基本指标如：纹波系压的一些电路，也讨论了电源的一些基本指标如：纹波系数、稳定度等。本章还介绍一些元件级的检修方法。通过数、稳定度等。本章还介绍一些元件级的检修方法。通过了解电路每部分工作情况和电路的功能，指导技术人员找了解电路每部分

2、工作情况和电路的功能，指导技术人员找到失效的元件，并学会选择合适的替换零件。到失效的元件，并学会选择合适的替换零件。2图图91 电子系统方框图电子系统方框图9-1 9-1 电源系统电源系统电子电路需要直流电源，一般由交流电源变换得到。电子电路需要直流电源，一般由交流电源变换得到。一个电子系统中常有多个电源。一个电子系统中常有多个电源。电源故障会引起整个电子系统工作不正常。电源故障会引起整个电子系统工作不正常。39-2 9-2 半波整流半波整流 将交变电流变换成单向脉动电流的过程称为将交变电流变换成单向脉动电流的过程称为整流整流。实现。实现这种功能的电路称为整流电路或称这种功能的电路称为整流电路

3、或称整流器整流器。由电源变压器由电源变压器 T、整流二极管、整流二极管 VD 和负载电阻和负载电阻 RL 组成。组成。4（1）当）当v2 为正半周时，二为正半周时，二极管极管 VD 加正向电压，处于导加正向电压，处于导通状态，通状态，RL 上产生正半周电压上产生正半周电压 vO ，如图（，如图（b）所示。）所示。（2）当）当 v2 为负半周时，为负半周时，二极管二极管 VD 加反向电压，处于加反向电压，处于截止状态，截止状态， RL 上无电流流过，上无电流流过，如图（如图（c）所示。）所示。工作原理示意图如图所示。工作原理示意图如图所示。 1 1工作原理工作原理5各波形之间的对应关系如图所示。

4、各波形之间的对应关系如图所示。半波整流半波整流：电路仅利用电源电压：电路仅利用电源电压 的半个波，故称半波整流。的半个波，故称半波整流。 脉动直流电脉动直流电：大小波动，方向不变的电流：大小波动，方向不变的电流（或电压）（或电压）称为脉称为脉动直流电。动直流电。6单相全波整流电路如图所示。单相全波整流电路如图所示。9 93 3全波整流全波整流 7（1）当）当 v1 为正半周时，为正半周时，如图（如图（b）所示，）所示，VD1 导通，导通， VD2 截止，截止，RL 两端输出电两端输出电压压 。1工作原理工作原理（2）当）当 v1 为负半周时，为负半周时，如图（如图（b）所示，）所示，VD2 导

5、通，导通，VD1 截止，截止，RL 两端输出电两端输出电压压 。2aOvv 2bOvv 8全波整流波形如图所示。全波整流波形如图所示。 0O)(d)sin(21ttUU UU9 . 022 9无变压器的全波整流电路无变压器的全波整流电路 1工作原理工作原理具有电阻负载的桥式整流电路如图所示。具有电阻负载的桥式整流电路如图所示。10（1） 当当 v1 为正半周时，为正半周时，如图（如图（b）所示，）所示，VD1 和和 VD3 导通，导通， VD2 和和 VD4 截止，截止，RL 两端输出电压两端输出电压 vO 。（2）当）当 v1 为负半周时，为负半周时，如图（如图（b）所示，）所示， VD2和

6、和 VD4 导通，导通， VD1 和和 VD3 截止，截止，RL 两端输出电压两端输出电压 vO 。119-4 9-4 有效值与平均值变换有效值与平均值变换有效值与峰值关系：有效值与峰值关系： 整流电路用绝对平均值整流电路用绝对平均值 10V直流电压表指示为直流电压表指示为10V交流有效值交流有效值10V，经过半波经过半波整流用电压表测量指示为整流用电压表测量指示为4.5V图图98 直流直流10V与交流与交流10V半波的直流半波的直流电压ppUUU21707.0ppTpavUUdttUTU637. 02sin1012例例9-29-2: :假定图假定图9-99-9中的正弦波的峰中的正弦波的峰-

7、-峰值是峰值是622622V V，求平求平均值和有效值。均值和有效值。解：首先，将峰峰值除解：首先，将峰峰值除2 2，求得峰值，求得峰值 ：U UP P =U=UP-P P-P /2=622V/2=311V/2=622V/2=311VUavUav = U= UP P 0.637=311V0.637=311V0.637=198V0.637=198VU U = U= UP P 0.707=311V0.707=311V0.707=220V0.707=220V图图99 正弦交流电正弦交流电的计量13图图910 半波脉动直流和全波脉动直流比较半波脉动直流和全波脉动直流比较U Uav av = U= Um

8、 m 0.6370.637(1)(1)U U = U= Um m 0.7070.707(2)(2)重排第二个等式有：重排第二个等式有：U Um m = U= U /0.707/0.707将右边的部分代入第一个等将右边的部分代入第一个等式中得：式中得：U Uavav= 0.637= 0.637U/0.707=0.9U/0.707=0.9U U因此，整流后正弦波的平均因此，整流后正弦波的平均值是有效值的值是有效值的0.90.9倍或倍或9090代数变换可以将有效值和平均值联系起来。代数变换可以将有效值和平均值联系起来。14例例9 93 3 图图9 91111中的直流电压表的读数应是多少？中的直流电压

9、表的读数应是多少？解 ： 首 先 计 算 变 压 器 的 次 级 边 电 压 ：解 ： 首 先 计 算 变 压 器 的 次 级 边 电 压 ：U Usecsec=220/10=22=220/10=22。注意图。注意图9 91111是半波整流，近似是半波整流，近似的转换系数为的转换系数为0.450.45：U Uavav=0.45=0.45U Urms rms =0.45=0.4522=9.9V 22=9.9V 。电压表的值为。电压表的值为9.99.9V V 图图911 计算半波整流输出直流电压计算半波整流输出直流电压15有一直流负载需要直流电压有一直流负载需要直流电压 6 V，直流电流，直流电流

10、0.4 A，若采用，若采用桥式整流电路，求电源变压器的二次电压。并选择二极管桥式整流电路，求电源变压器的二次电压。并选择二极管的型号。的型号。V7690V690L2.VV 则则 解解 取取V2 = 9.1 V (6.7 V + 0.7 V 2)因因 VL = 0.9 V2 A20A402121OV.II 流过二极管的平均电流流过二极管的平均电流V9121941122R.VV 选择二极管可用整流电流为选择二极管可用整流电流为 300 mA，额定反向工作电，额定反向工作电压为压为 25 V 的的 2CZ53A，共四只。，共四只。二极管承受的反向电压二极管承受的反向电压16例例9-69-6：图：图9

11、 91313中的直流电压表读数是多少？中的直流电压表读数是多少？解：首先计算变压器的次级边电压：解：首先计算变压器的次级边电压：Usec=220/4=55VUsec=220/4=55VUav=55Uav=550.9=49.5V0.9=49.5V桥式整流器的管压降的损失是其他电路的两倍，二个二极管是串桥式整流器的管压降的损失是其他电路的两倍，二个二极管是串联导通，管压降就变成了联导通，管压降就变成了1.21.2V V，在低压整流电路中很重要。在低压整流电路中很重要。 若若电流较大时，每个二极管电流较大时，每个二极管 的管压降就是的管压降就是1 1V V，共损失共损失2 2V V， 图图913 计

12、算桥式整流输出直流电压计算桥式整流输出直流电压17在整流电路后加接滤波电路可使负载得到平滑的直流电在整流电路后加接滤波电路可使负载得到平滑的直流电压。常见的滤波电路有压。常见的滤波电路有 型型 LC 滤波滤波、 型型 LC 滤波滤波和和 型型RC 滤波滤波，如图所示。，如图所示。9 95 5 滤波滤波181电容滤波电路电容滤波电路（1）电容器在半波整流电路中的滤波作用）电容器在半波整流电路中的滤波作用在直流电源中的交流成分称为纹波，用来消除纹波的电在直流电源中的交流成分称为纹波，用来消除纹波的电路就称为滤波。滤波能够产生很平滑的波形，几乎可以路就称为滤波。滤波能够产生很平滑的波形，几乎可以接近

13、电池的波形。接近电池的波形。 19 v2为第一个正半周为第一个正半周当当 v2 vC 时，时，VD 导通，对导通，对 C 充电。如图（充电。如图（b）所示。）所示。 v2 由由 0 开始上升，但当开始上升，但当 v2 vC 时，时，VD 导通，继续对导通，继续对 C 充电，但因为电容器上有充电，但因为电容器上有剩余电压，充电时间缩短。剩余电压，充电时间缩短。当当 v2 vC 时，时，VD 截止，电容通截止，电容通过过 RL 放电。放电。直流电流：直流电流：负载上的直流电压近似等于输入负载上的直流电压近似等于输入电压电压 v2 的峰值的峰值 V2m ，即，即 VO V2m 。LOORVI 电容的

14、充放电反复进行，直电容的充放电反复进行，直到电容器到电容器 C 上充电上升的电压等于上充电上升的电压等于放电下降的电压时，进入稳定状态。放电下降的电压时，进入稳定状态。波形如图（波形如图（d d）所示。）所示。2122滤波电源的直流输出电压要比非滤波电源的直流输出电滤波电源的直流输出电压要比非滤波电源的直流输出电压高。图压高。图9-209-20表示滤波电容有一个开关的的桥式整流表示滤波电容有一个开关的的桥式整流电路。开关闭合前，表读得的波形的平均值为：电路。开关闭合前，表读得的波形的平均值为：U Uavav=0.9 =0.9 U=0.9U=0.910=9V 10=9V 闭合后，电容充电到达峰值

15、：闭合后，电容充电到达峰值：U Up p=1.414 =1.414 U U =1.414=1.41410=14.14V 10=14.14V 图图9-20 滤波电容改变输出电压滤波电容改变输出电压23图图9-21半波整流电路滤波半波整流电路滤波图图9-219-21，输入的电压是，输入的电压是220220V V的交流电时，付边的电压：的交流电时，付边的电压：220220V/10=22VV/10=22V。U Up p=1.414 =1.414 U=1.414U=1.41422V=31.1V22V=31.1V小负载，图小负载，图9-219-21中的负载的直流电压接近中的负载的直流电压接近3131V V

16、，若滤若滤波电容开路，直流输出电压下降，它的平均值就是：波电容开路，直流输出电压下降，它的平均值就是：U Uavav=0.45 =0.45 U=0.45U=0.4522=9.9V22=9.9V好的滤波电容使得输出接近好的滤波电容使得输出接近3131V V，电容开路后使得输电容开路后使得输出仅有出仅有9.99.9V V。24图图9-229-22说明，用桥式整流代替半波整流，在同样的变压说明，用桥式整流代替半波整流，在同样的变压器和同样的输入电压条件下，开路时由于电路经过了器和同样的输入电压条件下，开路时由于电路经过了滤波，直流输出就等于峰值电压，或者是滤波，直流输出就等于峰值电压，或者是3131

17、V V，若电容开路，输出：若电容开路，输出：U Uavav=0.9=0.922=19.8V22=19.8V图9-22 桥式全波整流滤波电路桥式全波整流滤波电路25例例9 91010：若图：若图9-229-22中的变压器的变压比是中的变压器的变压比是1 1：1 1，滤波电，滤波电容的额定电压至少为多少？容的额定电压至少为多少？解：付边电压的值等于原边电压的值，因此电容要充电解：付边电压的值等于原边电压的值，因此电容要充电至交流电的峰值，至交流电的峰值，U Up p=1.414=1.414U U =1.414=1.414220V=311V220V=311V电容将充电至电容将充电至311311V V

18、。需要有安全的裕量，因此电容的额需要有安全的裕量，因此电容的额定电压是定电压是400400V V，或尽可能用更高耐压电容。或尽可能用更高耐压电容。图图9-22 桥式全波整流滤波电路桥式全波整流滤波电路269 97 7 纹波和电压稳定度纹波和电压稳定度计算纹波比的公式是：计算纹波比的公式是：例例4 412 12 20 20V V电源交流成分电压为电源交流成分电压为0.50.5V V，求交流纹波百分比：求交流纹波百分比： 纹波系数应在额定的满载电流下测量。负载电流为纹波系数应在额定的满载电流下测量。负载电流为0时，时，即使是一个性能比较差的滤波器也可以把纹波减少到即使是一个性能比较差的滤波器也可以把纹波减少到几乎为几乎为0。 00100直流成分交流成分纹波系数005 .200100205 .0VV纹波系数27电源稳定度就是指在交流输入或负载改变时输出仍能保电源稳定度就是指在交流输入或负载改变时输出仍能保持稳定的能力。当电源接上负载后，输出电压会降到一持稳定的能力。当电源接上负载后，输出电压会降到一个较低的值。个较低的值。U=从空载到满载的电压变化，从空载到满载的电压变化，UFL=满载时的输出电压。满载时的输出电压。例如，用一个直流电压表测量电源，无负载电流时的输例如，用一个直流电压表测量电源，无负载电流时的输出电压为出