第13章电工电子

1、 第第13章章 直流直流稳压稳压电源电源 13.1 整流电路整流电路 13.2 滤波电路滤波电路 13.3 稳压电路稳压电路 13.4 单相可控整流电路单相可控整流电路 本章小结本章小结 131 整流电路整流电路1311 单相半波整流电路1电路组成 Tr为整流电源变压器， D是整流二极管，RL是需要直流的负载。 图13-1 单相半波整流电路 图13-2单相半波整流波形图 2工作原理 u2处于正半周时（a端为正，b端为负），二极管D因承受正向电压而导通，流过负载电阻RL的电流为i0 , 流过二极管的电流为iD，且iD= i0。设D为理想二极管，负载两端电压u0=u2。 u2处于负半周时（a端为负

2、，b端为正），二极管D因反向偏置而截止。 u2全部加在二极管D上。 3负载电压、电流的计算 4整流二极管的选择 二极管的最大整流电流为 二极管的最高反向工作电压(峰值)为 1312 单相桥式整流电路1.电路组成 2工作原理 图13-3单相桥式整流电路 u2的正半周（a端为正，b端为负），二极管D1、D3因正向偏置而导通，D2、D4因反向偏置而截止。电流iO流过负载电阻RL，得到一个半波电压。 u2的负半周（b端为正，a端为负），二极管D1、D3因反向偏置而截止，D2、D4因正向偏置而导通.流经负载电阻RL的电流iO方向不变，得到另一个半波电压。3负载电压、电流的计算 图13-4桥式整流波形图4

3、整流二极管的选择13.1.3 三相桥式整流电路 图13-5 三相桥式整流电路图13-6 三相桥式整流电路工作波形132 滤波电路滤波电路1321 电容滤波电路1电路组成 图13-7半波整流电容滤波电路2工作原理 利用电容器充、放电的特性，使输出电压趋于平滑。u2正半周，若u2uC，二极管D导通，电容器C充电，忽略二极管压降，uC与正弦电压u2一致。当u2达到峰值时，uC也达到最大值（ U2） 。 在u2uC时为止。 图13-8半波整流电容滤波的电压波形 3输出直流电压的估算及滤波电容的选择U0U2 （半波整流滤波） (5.9)U01.2 U2 （全波整流滤波） (5.10)RLC(35)T (

4、半波整流滤波) (5.11) (全波整流滤波) (5.12)1322 电感电容滤波电路1电路组成 图13-9桥式整流电感电容滤波电路2工作原理 利用电感对交流的阻碍和电容对交流的旁路作用实现滤波。当通过电感线圈的电流发生变化时，线圈中产生自感电动势阻碍电流的变化，因而使负载电流和负载电压的脉动大为减小。频率越高，电感越大，滤波效果越好。 132. 3 型滤波电路1型LC滤波电路在LC滤波电路基础上改进，如图13.10示。2型RC滤波电路用电阻代替型LC滤波器中的电感线圈，便构成型RC滤波器，如图13-11示。 图13-10 型LC滤波电路图13-11 型RC滤波电路133 稳压电路稳压电路13

5、.3.1 稳压管稳压电路 UO=UZ I=IZ+IO （13-17） 图13-12稳压管稳压电路 若电网电压增加使i增加时，负载电压0随之升高。0稍有升高，流过稳压管的电流Z急剧增大。限流电阻上的压降增大，抵消了Ui的增加，使U0基本不变。相反，如果电网电压降低使Ui减小，U0也随之减小，电流Z急剧减小，限流电阻上的压降减小，从而保持0基本不变。13.3.2 串联型稳压电路串联型稳压电路稳压过程如下：图13-13 串联型稳压电路1333 集成稳压器1三端固定式稳压器 图13-14 W7800系列稳压器 使用时需接入电容Ci和Co，Ci用以旁路高频脉冲，也可防止自激振荡，一般取0.33F左右 .

6、W7800系列输出固定的正电压,有5V，6V, 9V，12V，15V，18V和24V等七个档次。 W7900系列输出固定负电压，其输出电压与W7800系列一样. W7900管脚1为公共端,2为输出端,3为输入端。 (1) 提高输出电压的电路 图13-15提高输出电压的电路 图13-16增大输出电流的电路 (2) 增大输出电流的电路图中Ixx为稳压器的输出电流，Ic为外接功率管的集电极电流，实际输出电流Io为(3) 输出正、负电压的电路图13-17输出正、负电压的电路 图13-18输出电压可调的电路(4)输出电压可调的电路Uxx为三端稳压器的固定输出电压，调整R2和R1的比值，可调节输出电压Uo

7、 2三端可调式稳压器 图13-19 W117/W217/W317外引线图和典型接法W317的3、1脚之间电压恒定为1.25V，输出电压U0为13.4 单相可控整流电路单相可控整流电路134 .1晶闸管1. 晶闸管的基本结构分类:普通晶闸管、双向、逆导、可关断、快速、光控等特殊晶闸管。一种大功率PNPN四层结构的半导体元件，有三个电极：阳极A、阴极K和控制极（又称门极）G。 有三个PN结：J1、J2、J3。 2晶闸管的工作原理图13-20（b）为晶闸管内部结构示意图，当阳极A和阴极K之间加正向电压，控制极G不加电压时，晶闸管内部PN结J2处于反向偏置，晶闸管不能导通，处于正向阻断状态；当阳极和阴

8、极之间加反向电压时，PN结J1、J3均处于反向偏置，无论控制极是否加电压，晶闸管都不能导通，呈反向阻断状态。 图13-20晶闸管外形、结构及符号晶闸管导通必须同时具备两个基本条件：阳极和阴极之间加正向电压；控制极和阴极间加一定大小的正向触发电压。 图13-21晶闸管等效为T1与T2两个晶体管的组合三极管T1（PNP型）的发射极相当于晶闸管的阳极A，三极管T2（NPN型）的发射极相当于晶闸管的阴极K，T2的基极则相当于晶闸管的控制极G。 图13-22晶闸管的工作原理 当阳极加正向电压EA，控制极也加正向电压EG时（如图13-22示），三极管T1和T2处于放大状态（设T1、T2的电流放大系数分别为

9、1和2），EG产生的控制极电流IG就是T2的基极电流IB2，经T2放大后，其集电极电流IC22IG，IC2又是T1的基极电流，T1的集电极电流IC112IG。此电流再送入T2和T1进行放大，循环往复，形成强烈的正反馈，使两个三极管很快进入饱和导通状态，即晶闸管全导通。 晶闸管导通后，即使控制极电流IG消失，依然能依靠内部正反馈维持导通。所以，控制极在晶闸管导通后就失去了控制作用。 要使已导通的晶闸管关断，必须将阳极电流减小到不能维持正反馈过程.3. 晶闸管的伏安特性 晶闸管的阳极电流IA与阳极电压UAK之间的关系曲线。 当UAK0即正向时，控制极不加电压，晶闸管内部PN结J2处于反向偏置,只有

10、极小的正向漏电流通过,晶闸管处于正向阻断状态(图13-23正向曲线的下部）；当UAKUBO时，晶闸管漏电流突然增大,由正向阻断状态变为导通状态,UBO称为正向转折电压。 图13-23晶闸管的伏安特性曲线 当UAK0，且控制极仍不加电压时，晶闸管的伏安特性与二极管反向特性相似。当UAKUBR时，晶闸管处于反向阻断状态，只有很小的反向漏电流。当UAKUBR时，反向电流突然增大，晶闸管反向击穿，并因此而损坏。UBR称为反向击穿电压。4.晶闸管的主要参数 (1)额定正向平均电流IF (2)正向阻断峰值电压UDRM (3)反向阻断峰值电压URRM (4)维持电流IH 还有正向平均管压降UT（一般为0.4

11、1.2V）、控制极最小触发电压UG（一般为15V）和触发电流IG（约几十至几百毫安）等.13. 4. 2 单结晶体管单结晶体管1单结晶体管的结构亦称双基极二极管，外形与普通晶体管相似，其结构和图形符号如图13-24所示。 图13-24单结晶体管的结构及符号在一块高电阻率的N型硅片上，引出两个电极：第一基极B1与第二基极B2。两个基极之间的电阻RBB即是基片电阻，约212K。在两基极间靠近B2极处掺入P型杂质铝，引出电极称为发射极E。2单结晶体管的特性 图13-25单结晶体管的等效电路 图13-26单结晶体管伏安特性曲线 等效电路中RB1为第一基极与发射极间电阻，其值随发射极电流IE改变，RB2

12、为第二基极与发射极间电阻，其值与IE无关，PN结用等效二极管D表示。 当发射极E不加电压，即UE0时，UBB在RB2和RB1间分压，A、B1两点之间电压为 称为分压比，通常在0.30.9之间. 在发射极E加电压UE，并使UE由零逐渐增大，则可得到图13-26所示的单结晶体管伏安特性曲线。 PN结由截止变为导通的转折点称为峰点P，对应该点的电压UP、电流IP称为峰点电压和峰点电流。 特性曲线的最低点称谷点，对应该点的电压UV、电流IV称为谷点电压和谷点电流。 峰点电压UPUBBUD，谷点电压一般在25V之间。 3单结晶体管触发电路 利用单结晶体管负阻特性与RC电路充放电原理组成.当ucUP时，单

13、结晶体管导通，管子EB1间电阻急剧减小（降为20左右），电容C向R1放电。由于放电回路电阻很小，放电时间很短，在R1上形成一个很窄的尖脉冲。当ucUV时，由于（RPR）数值较大，电源供给的电流小于单结晶体管的谷点电流IV，单结晶体管截止。在电容上形成锯齿波电压，在R1上形成输出脉冲. 图13-27 单结晶体管驰张振荡电路1343 单相半波可控整流电路1.电阻性负载 图13-28电阻性负载单相半波 图13-29电阻性负载单相半波可控 可控整流电路 整流电路电压电流波形 在输入交流电压u的正半周，晶闸管T加正向电压，在控制极加触发脉冲之前，管子未导通，负载两端电压u00，晶闸管承受全部电压u 。

14、在t1时刻，控制极加上触发脉冲，晶闸管导通，负载电压u0u（忽略晶闸管管压降）。当u下降到接近零值时，晶闸管因其电流小于维持电流而关断，负载电压u00。在u负半周期间，晶闸管T因承受反压而阻断，负载电压和电流均为零。 输出电压的平均值 流过负载电阻RL中整流电流的平均值2.电感性负载与续流二极管图13-30电感性负载可控整流电路 图13-31带电感性负载可控整流 电路电压电流波形 晶闸管刚触发导通时，电感中产生阻碍电流变化的感应电动势eL，极性上正下负，电路中电流由零逐渐上升。 随着电流上升，感应电动势逐渐减小，在电感中储存了电磁能。当电流达到最大值时，感应电动势为零。当电压u下降而使电流减小

15、时，eL极性改变为图13-30中的下正上负。此后，在交流电压u到达零值之前，eL和u极性相同，晶闸管一直导通。即使交流电压u经过零值变负，只要eL大于u，晶闸管继续承受正向电压，电流仍继续流通，如图13-31（a）示。在交流电压u变负以后，负载电阻消耗的能量不再由电源提供，而是由原先在电流增大过程中储存于电感中的电磁能提供。只要电路中电流大于维持电流，晶闸管就不会关断，负载上出现负电压。当电路中电流下降到维持电流以下时，晶闸管关断，并且立即承受反向电压，如图13-31（b）示。 由于电感的存在，负载电压波形出现部分负值，使负载电压平均值减小。解决办法：在负载两端并联二极管D，接法如图13-32

16、示.图13-32并联续流二极管的可控整流电路 图13-33单相半控桥式整流电路 1344 单相半控桥式整流电路 变压器副边电压u处于正半周(设a端为正,b端为负）时，晶闸管T1和二极管D2承受正向电压。在T1控制极加入触发信号，T1和D2导通，电流通路：同样，在u的负半周，T2和D1承受正向电压，将触发信号加到T2控制极，T2和D1导通，电流通路：电阻性负载时,单相半控桥的电压与电流波形如图13-24示.输出电压平均值负载电流的平均值 晶闸管T1、T2承受的最大正、反向电压和二极管D1、D2承受的最大反向电压都是电源电压u的峰值 。 流过晶闸管和二极管的电流平均值 图13-34单相半控桥式整流

17、电路的电压电流波形 本章小结本章小结(1) 整流是利用二极管的单向导电性，将交流变为脉动直流的过程。分析整流电路时，可将整流二极管视为理想二极管。单相半波整流电路输出电压U0=0.45U2；单相桥式整流电路输出电压UO=0.9U2；三相桥式整流电路输出电压U0=2.34U。(2) 滤波电路是利用电容两端电压不能突变，电感中电流不能突变的特性，将整流后输出电压中的交流分量滤掉，得到比较平滑的直流电压。电容滤波适用于负载电流小且变化不大的场合。电感电容滤波一般用于负载变化较大和负载电流较大的场合。(3)稳压电路在电网电压波动或负载电流波动时能自动维持输出电压的稳定。稳压管稳压电路的特点是稳压管与负

18、载并联，利用稳压管端电压的微小变化能引起电流较大变化的特性，通过限流电阻调整电压，维持输出电压的稳定。(4) 串联型稳压电路由基准电压，比较放大电路，调整电路和采样电路四部分组成。利用输出电压的变化来控制调整管上压降的变化，使输出电压保持稳定；使用W7800系列或W7900系列等三端集成稳压器芯片，只需少量的外接元件，即可输出稳定的正、负直流电压，在许多电子设备中得到广泛应用。(5) 晶闸管比整流二极管多一个控制极（门极），具有单向可控特性。要使晶闸管导通，必须在阳极加正向电压，同时在控制极加入足够大的触发电流。晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用。要使已经导通的晶闸管关断，必须使阳极电流小于管子的维持电流。(6) 晶闸管的主要特性参数是额定电压与额定电