電子電路基本原理課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第十八講電子電路基本原理15整流濾波電路15.1單相整流電路15.2濾波電路電子電路基本原理

電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)備中。本章討論如何把交流電源變換為直流穩(wěn)壓電源，一般直流電源由如下部分組成：電源的方框圖如圖15.01所示。

整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動直流電。

濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。

穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。

電子電路基本原理15.1.1單相橋式整流電路15.1.2單相半波整流電路15.1.3單相全波整流電路15.1單相整流電路電子電路基本原理15.1.1單相橋式整流電路(1)工作原理

單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其電路如圖15.02（a）所示。（a）橋式整流電路（b）波形圖圖15.02單相橋式整流電路電子電路基本原理

在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖15.02(a)的電路圖可知：

當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。

當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波仍是正半周。單相橋式整流電路的波形圖見圖15.02(b)。（動畫15-1）（動畫15-2）(動畫15-8exe）電子電路基本原理

根據(jù)圖15.02（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為：（2）參數(shù)計(jì)算

流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓電子電路基本原理

流過負(fù)載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動系數(shù)S。電子電路基本原理（3）單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線

單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線

該曲線如圖15.03所示。曲線的斜率代表了整流電路的內(nèi)阻。圖15.03單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線電子電路基本原理15.1.2單相半波整流電路(a)電路圖(b)波形圖圖15.04單相半波整流電路

單相整流電路除橋式整流電路外，還有單相半波和全波兩種形式。單相半波整流電路如圖15.04(a)所示，波形圖如圖15.04(b)所示。電子電路基本原理

根據(jù)圖15.04可知，輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為：流過負(fù)載和二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓電子電路基本原理

單相全波整流電路如圖15.05(a)所示，波形圖如圖15.05(b)所示。15.1.3單相全波整流電路(a)電路圖圖15.05單相全波整流電路(b)波形圖電子電路基本原理

根據(jù)圖15.05（b）可知，全波整流電路的輸出，與橋式整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為：流過負(fù)載的平均電流為：

二極管所承受的最大反向電壓

單相全波整流電路的脈動系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。電子電路基本原理

注意，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對:

輸入（交流）—-用有效值或最大值；

輸出（交直流）-—用平均值；

整流管正向電流—-用平均值；

整流管反向電壓-—用最大值。

單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。電子電路基本原理解：變壓器副邊電壓有效值

考慮到變壓器副繞組及二極管上的壓降，變壓器副邊電壓一般應(yīng)高出5%~10%，即取U=1.1111122V每只二極管承受的最高反向電壓例：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓為220V，負(fù)載電阻RL=50

，負(fù)載電壓

Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。電子電路基本原理解：整流電流的平均值I=1.11Io=21.11=2.2A變壓器副邊電流有效值

變壓器容量S=UI=122

2.2=207.8VA例：單相橋式整流電路，已知交流電網(wǎng)電壓220V，負(fù)載電阻RL=50

，負(fù)載電壓

Uo=100V，試求變壓器的變比和容量，并選擇二極管。流過每只二極管電流平均值電子電路基本原理舉例：

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試分析圖示橋式整流電路中的二極管D2或D4斷開時(shí)負(fù)載電壓的波形。如果D2或D4接反，后果如何？如果D2或D4因擊穿或燒壞而短路，后果又如何？

uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3電子電路基本原理解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時(shí)，D1和D3導(dǎo)通，負(fù)載中有電流流過，兩端有電壓uo=u；負(fù)半周時(shí)，D1和D3截止，負(fù)載中無電流通過，兩端無電壓，u0=0。波形如圖所示。uo

uo

u

π2π3π4πtwtwπ2π3π4πui+_+_u+_RLD2D4D1D3電子電路基本原理

如果D2或D4接反則正半周時(shí)，二極管D1、D4或D2、D3導(dǎo)通，電流經(jīng)D1、D4或D2、D3而造成電源短路，電流很大，因此變壓器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3電子電路基本原理

如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時(shí)，情況與D2或D4接反類似，電源及D1或D3也將因電流過大而燒壞。uiuo+_+_u+_RLD2D4D1D3電子電路基本原理15.2濾波電路15.2.1電容濾波電路15.2.2電感濾波電路電子電路基本原理15.2.1電容濾波電路

(1)濾波的基本概念

濾波電路利用電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。電子電路基本原理

（2）電容濾波電路

現(xiàn)以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。電容濾波電路如圖15.06所示，在負(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。圖15.06電容濾波電路

電子電路基本原理當(dāng)v2到達(dá)90°時(shí)，v2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載ＲL放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。(3)濾波原理

若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2

，是正弦形。圖15.07電容濾波波形圖

所以，在t1到t2時(shí)刻，二極管導(dǎo)電，Ｃ充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波過程見圖15.07。

在剛過90°時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90°時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過90°后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。電子電路基本原理需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移，t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)ＲL很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖15.08濾波曲線中的2。反之，當(dāng)ＲL很大，即IL很小時(shí)，盡管C較小,RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。問題：有Ｃ無ＲL即空載，此時(shí)VC=VL=？圖15.08電容濾波的效果(動畫15-3）(動畫15-4）電子電路基本原理(4)電容濾波的計(jì)算

電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：一種是用鋸齒波近似表示，即：

另一種是在RLC=(3

5)T/2的條件下，近似認(rèn)為VL=VO=1.2V2。(或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足RLC≥6~10。)電子電路基本原理

（5）外特性

整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流IO的變化關(guān)系曲線如圖15.09所示。

圖15.09整流濾波電路的外特性電子電路基本原理名

稱VL(空載)VL(帶載)二極管反向最大電壓每管平均電流半波整流245.0V22VIL全波整流電容濾波22V1.2V2*222V0.5IL橋式整流電容濾波22V1.2V2*22V0.5IL橋式整流電感濾波0.9V222V0.5IL0.9V2245.0V*使用條件：為基波周期電子電路基本原理15.2.2電感濾波電路

利用儲能元件電感器Ｌ的電流不能突變的性質(zhì)，把電感Ｌ與整流電路的負(fù)載ＲL相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。

圖15.10電感濾波電路圖15.11波形圖

電感濾波電路如圖15.10所示。電感濾波的波形圖如圖15.11所示。

當(dāng)v2正半周時(shí)，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，電感中的電流將經(jīng)由D2、D4提供。因橋式電路的對稱性，和電感中電流的連續(xù)性，四個(gè)二極管D1、D3

；D2、

D4的導(dǎo)通角都是180°。（動畫15-5）電子電路基本原理16穩(wěn)壓電路16.1穩(wěn)壓電路概述16.2硅穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路16.3線性串聯(lián)型穩(wěn)壓電源16.4開關(guān)型穩(wěn)壓電源電子電路基本原理

其中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡單，但是帶負(fù)載能力差，一般只提供基準(zhǔn)電壓，不作為電源使用。線性穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓效果好，但效率低，穩(wěn)壓范圍不大。開關(guān)型穩(wěn)壓電源效率較高，目前用的也比較多。常用穩(wěn)壓電路(小功率設(shè)備)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路