电子技术与应用项目化教程 课件 项目2 二极管的应用

项目二——整流电路◆内容：单相整流电路构成和工作原理◆目的：了解单相整流电路组成，理解工作原理学习内容及要求：◆重点：单相桥式整流电路构成和工作原理◆难点：单相桥式整流电路构成和工作原理

电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成：

整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。

滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。

稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。

单相半波整流电路1.单相半波整流电路(a)电路图(b)波形图单相半波整流电路

单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。单相半波整流电路如图(a)所示，波形图如图(b)所示。

根据波形图可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为：流过负载和二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压单相桥式整流电路2.单相桥式整流电路(1)电路结构

单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图所示。单相桥式整流电路(2)工作原理（a）桥式整流电路（b）波形图

在分析整流电路工作原理时，整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。根据图(a)的电路图可知：

当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。

当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波仍是正半周。单相桥式整流电路的波形图见图(b)。（动画2-1）（动画2-2）

根据图（b）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压为：（3）参数计算

流过负载的平均电流为流过二极管的平均电流为二极管所承受的最大反向电压

注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对:

输入（交流）—-用有效值或最大值；

输出（交直流）-—用平均值；

整流管正向电流—-用平均值；

整流管反向电压-—用最大值。

单相桥式整流电路的变压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。单相桥式整流电路应用解：变压器副边电压有效值

考虑到变压器副绕组及二极管上的压降，变压器副边电压一般应高出5%~10%，即取

U2=1.1111122V1、单相桥式整流电路，已知交流电网电压为220V，负载电阻RL=50

，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。整流电流的平均值

I2

=1.1Io=21.1=2.2A变压器副边电流有效值

变压器容量S=U2I2=122

2.2=268.4A流过每只二极管电流平均值每只二极管承受的最高反向电压

2、试分析图示桥式整流电路中的二极管D2或D4断开时负载电压的波形。如果D2或D4接反，后果如何？如果D2或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？

uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3解：当D2或D4断开后电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流流过，两端有电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，两端无电压，u0=0。波形如图所示。uo

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πui+_+_u+_RLD2D4D1D3

如果D2或D4接反则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3

如果D2或D4因击穿烧坏而短路，则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3ThankYou!项目二——三相整流电路（第2讲）三相整流电路◆内容：三相整流电路构成和工作原理◆目的：了解三相整流电路组成，理解其工作原理学习内容及要求：◆重点：三相整流电路构成和工作原理◆难点：三相整流电路构成和工作原理三相半波整流电路

1.三相半波整流电路1）电路组成图中三只二极管D1、D2、D3的负极连在一起，习惯上称为共阴接法,负载RL接在二极管的阴极与中性点N之间。

同理，在t1—t2期间，U相电压最高，D1优先导通，D2、D3截止，电流U→D1→RL→N，uL=u2U；在t2—t3期间，V相电压最高，D2优先导通，D1、D3截止，电流V→D2→RL→N，uL=u2V；在t3—t4期间，W相电压最高，D3优先导通，D1、D2截止，电流W→D3→RL→N，uL=u2W。

2）工作原理根据以上分析可知，任何时刻电路内共阴极和共阳极二极管中，各有一只二极管导通，每只二极管的导通角为120°。U、V、W为三相变压器的次级相电压。在0—t1期间，W相电压最高，所以D3优先导通，由于D3的箝位作用，电路中e点和w点电位相等，D1、D2受反向电压截止。电流由w→D3→RL→N，负载电压uL等于相电压u2w。2）电路计算三相桥式整流电路

1.三相桥式整流电路1）电路组成图中D1、D3、D5为共阴极连接，D2、D4、D6为共阳极连接，共阳极组二极管的导电原则是：哪只管子的阴极电位最低，哪只管子导通，而另两只管子反向截止。

在t2—t3期间，电路中的D1、D6导通，另外四只二极管反向截止，电流回路为U→D1→RL→D6→W，输出电压uL=uUW；同理，在t3—t4期间，D3、D6导通，其余管子截止，uL=uVW；t4—t5内，D3、D2导通，uL=uVU；t5—t6内，D5、D2导通，uL=uWU；t6—t7内，D5、D4导通，uL=uWV。

2）工作原理根据以上分析可知，任何时刻电路内共阴极和共阳极二极管中，各有一只二极管导通，每只二极管的导通角为120°。将一个周期时间分成六等份。在t1—t2期间，U、V、W三相电压中U相电压最高，V相电压最低，所以二极管D1、D4优先导通，D3、D5和D2、D6反向截止。电路的电流通路为U→D1→RL→D4→V。输出电压uL等于变压器次级的线电压uUV。2）电路计算ThankYou!项目二——滤波电路◆内容：电容、电感复式滤波电路结构和工作原理◆目的：了解各种滤波电路组成，理解其工作原理学习内容及要求：◆重点：电容滤波电路的工作原理◆难点：电容滤波电路的工作原理滤波电路滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。

电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。

电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。

经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。一、电容滤波电路电容滤波电路1.电路结构

现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。2.滤波原理

若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压U2给电容器C充电。此时C相当于并联在U2上，所以输出波形同U2

，是正弦形。电容滤波波形图

所以，在t1到t2时刻，二极管导电，Ｃ充电，UC=UL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，UC=UL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。当v2到达90°时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。

在刚过90°时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90°时二极管仍然导通。在超过90°后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移，t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当ＲL很小，即IL很大时，电容滤波的效果不好，图滤波曲线中的2。反之，当ＲL很大，即IL很小时，尽管C较小,RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。电容滤波的效果(动画15-4）3.电容滤波的计算

电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：一种是用锯齿波近似表示，即：

另一种是在RLC=(3

5)T/2的条件下:

近似认为UL=1.2U2

4.外特性

整流滤波电路中，输出直流电压UO随负载电流IO的变化关系曲线如图所示。5.利用电容滤波时应注意下列问题：

（1）滤波电容容量较大，一般用电解电容，应注意电容的正负极性。如果接反则容易击穿、爆裂。（2）开始时，电容C上的电压为零，通电后电源经整流二极管给C充电。通电瞬间二极管流过短路电流，称为浪涌电流。一般是正常工作电流的（5～7）倍，所以选二极管参数时，正向平均电流的参数应选大一些。同时在整流电路的输出端应串一个电阻，以保护整流二极管。二、电感滤波电路电感滤波电路

利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。

电感滤波电路波形图

电感滤波电路如左图所示。电感滤波的波形图如右图所示。

当v2正半周时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3

；D2、

D4的导通角都是180°。（动画15-5）参数计算

输出电压平均值Uo，一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则UO>0.9U2。虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使L值大，多用铁心电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值较低。名

称UL(空载)UL(带载)二极管反向最大电压每管平均电流半波整流245.0U22UIL全波整流电容滤波22U1.2U2*222U0.5IL桥式整流电容滤波22U1.2U2*22U0.5IL桥式整流电感滤波0.9U222U0.5IL0.9U2245.0U*使用条件：基波周期为三、复式滤波电路