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文檔簡(jiǎn)介
1、.,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),安徽理工大學(xué)電氣工程系,主講 :黃友銳,第十八講,.,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(dòng)直流電。,濾波電路是將脈動(dòng)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(duì)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。,.,15.1.1 單相橋式整流電路 15.1.2 單相半波整流電路 15
2、.1.3 單相全波整流電路,15.1 單相整流電路,.,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,.,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(dòng)畫15-1),(動(dòng)畫15-2),(動(dòng)畫
3、15-8exe),.,根據(jù)圖15.02(b)可知,輸出電壓是單相脈動(dòng)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,.,流過負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量,可將脈動(dòng)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(dòng)系數(shù)S。,.,(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,.,15.
4、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。,.,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,.,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,.,根據(jù)圖15.05(b)可知,
5、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(dòng)系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。,.,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(duì): 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)
6、用于直流電源之中。,.,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 = 1.1 111 122 V,每只二極管承受的最高反向電壓,例:?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐?,已知交流電網(wǎng)電壓 為 220 V,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。,.,解:整流電流的平均值,I = 1.11 Io= 2 1.11 = 2. 2 A,變壓器副邊電流有效值,變壓器容量 S = U I = 122 2.2 = 207. 8 VA,例:?jiǎn)蜗鄻蚴秸麟娐罚阎涣麟娋W(wǎng)電壓 220 V,負(fù)載電阻 RL = 50
7、,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,.,舉例:,4,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?,.,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,.,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
8、器及D1、D4或D2、D3將被燒壞。,.,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。,.,15.2 濾波電路,15.2.1 電容濾波電路 15.2.2 電感濾波電路,.,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(duì)交、直流阻抗的不同,實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開路,對(duì)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(duì)直流阻抗小,對(duì)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(dòng)系數(shù),改善了直流電壓的質(zhì)量。,.,(2)電容濾
9、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,.,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L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,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
10、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。,.,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(zhǎng),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)L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)L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(chǎng)合。,問題:有 無L
11、即空載,此時(shí)VC=VL=?,圖15.08 電容濾波的效果,(動(dòng)畫15-3),(動(dòng)畫15-4),.,(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=(35)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RLC610。),.,(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,.,.,15.2.2 電感濾波電路,利用儲(chǔ)能元件電感器的
12、電流不能突變的性質(zhì),把電感與整流電路的負(fù)載L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(duì)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(dòng)畫15-5),.,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,.,其中穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路最簡(jiǎn)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。,.,16.1 穩(wěn)壓電路概述,16.1.1 引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因,16.1.2 穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo),.,引起輸出電壓變化的原因是負(fù)載電流的變化和輸入電壓的變化,參見圖16.01。,16.1.1 引起輸出電壓不穩(wěn)定的原因,負(fù)載電流的變化會(huì)在整流電源的內(nèi)阻上產(chǎn)生電壓降,從而使輸入電壓發(fā)生變化。,圖16.01穩(wěn)壓電源方框圖,即,.,16.1.2穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo),用穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標(biāo)去衡量穩(wěn)壓電路性能的高低。 VI和 IO引起的
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