《直流稳压电路》PPT课件.ppt

第7章直流稳压电路,7.1概述7.2整流及滤波电路7.3直流稳压电路7.4晶闸管及可控整流电路习题七,7.1概述,7.1.1直流电源的组成小功率直流电源一般由交流电源、变压器、整流、滤波和稳压电路几部分组成，如图7.1所示。在电路中，变压器将常规的交流电压（220V、380V）变换成所需要的交流电压；整流电路将交流电压变换成单方向脉动的直流电压；滤波电路再将单方向脉动的直流电中所含的交流成分滤掉，得到一个较平滑的直流电；稳压电路用来消除由于电网电压波动、负载改变对其产生的影响，从而使输出电压稳定。,图7.1直流电源电路的组成框图,7.1.2直流电源演示演示电路如图7.2所示,在图7.2(a)电路中,变压器的初级接220V交流电源。用示波器观察ab间的波形如图7.3(a)所示,观察10间的波形如图7.3(b)所示。合上开关S,再用示波器观察10间的波形如图7.3(c)所示。如果加上稳压部分,如图7.2(b)所示,用示波器观察20间的波形如图7.3(d)所示。通过各点波形的测量，我们看到稳压电源是将交流电逐步改变成一个平滑的直流电。那么，直流电源各部分电路是如何工作的呢？下面将分析其工作原理。,图7.2直流电源演示（a）简易直流电源；（b）直流电源,图7.3各点电压波形,7.2整流及滤波电路,7.2.1电路组成及工作原理图7.4是单相半波整流电路，它由整流变压器T、整流二极管V及负载RL组成。当次级电压时,在0区间内，u2瞬时上正下负，二极管V因正偏而导通，忽略二极管正向导通压降，则在0区间内uo=u2，此时流过二极管的电流iV等于流过负载的电流；在2区间内，次级电压u2瞬时为上负下正，此时二极管V因承受反压而截止，iV=0，uo=0，所以输出电压uo的波形只有u2的正向半波。,图7.4单相半波整流电路,单相半波整流电路及电压、电流的波形如图7.5所示,即,图7.5单相半波整流电路电压与电流的波形,(72),7.2.2整流电路的主要技术指标1.输出电压平均值在图7.5所示波形电路中，负载上得到的整流电压是单方向的，但其大小是变化的，是一个单向脉动的电压，由此可求出其平均电压值为,2.流过二极管的平均电流iV由于流过负载的电流就等于流过二极管的电流，所以,（73）,3.二极管承受的最高反向电压URM在二极管不导通期间，承受反压的最大值就是变压器次级电压u2的最大值，即,（74）,4.脉动系数S脉动系数S是衡量整流电路输出电压平滑程度的指标。由于负载上得到的电压Uo是一个非正弦周期信号，可用付氏级数展开为,脉动系数的定义为最低次谐波的峰值与输出电压平均值之比，即,（75）,(76),单相半波整流电路的特点是结构简单，但输出电压的平均值低、脉动系数大。,7.1.3单相桥式整流电路为了克服半波整流电路电源利用率低，整流电压脉动程度大的缺点，常采用全波整流电路，最常用形式是桥式整流电路。它由四个二极管接成电桥形式，如图7.6所示。,1.电路组成及工作原理在图7.6（a）所示电路中，当变压器次级电压u2为上正下负时，二极管V1和V3导通，V2和V4截止，电流i1的通路为aV1RLV3b，这时负载电阻RL上得到一个正弦半波电压如图7.7中（0）段所示。当变压器次级电压u2为上负下正时，二极管V1和V3反向截止，V2和V4导通，电流i2的通路为bV2RLV4a，同样，在负载电阻上得到一个正弦半波电压，如图7.7中（2）段所示。,图7.6单相桥式整流电路组成,图7.7单相桥式整流电路电压与电流波形,2.技术指标计算及分析（1）输出电压平均值Uo。由以上分析可知，桥式整流电路的整流电压平均值Uo比半波整流时增加一倍，即,（77）,（2）直流电流Io。桥式整流电路通过负载电阻的直流电流也增加一倍，即,（78）,（3）二极管的平均电流iV。因为每两个二极管串联轮换导通半个周期，因此，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半，即,（79）,（4）二极管承受的最高反向电压URM。由图7.6（a）可以看出，当V1和V3导通时，如果忽略二极管正向压降，此时，V2和V4的阴极接近于a点，阳极接近于b点，二极管由于承受反压而截止，其最高反压为u2的峰值，即,(5)脉动系数S。全波桥式整流输出电压uo的付氏级数展开式为,（710）,即,由以上分析可知，单相桥式整流电路，在变压器次级电压相同的情况下，输出电压平均值高、脉动系数小，管子承受的反向电压和半波整流电路一样。虽然二极管用了四只，但小功率二极管体积小，价格低廉，因此全波桥式整流电路得到了广泛的应用。,7.2.4滤波电路整流输出的电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但脉动较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了改善电压的脉动程度，需在整流后再加入滤波电路。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波和复式滤波等。,1.电容滤波电路图7.8所示为一单相半波整流电容滤波电路，由于电容两端电压不能突变，因而负载两端的电压也不会突变，使输出电压得以平滑，达到滤波目的。;滤波过程及波形如图7.9所示。,图7.8单相半波整流电容滤波电路,图7.9电容滤波原理及输出波形,在u2的正半周时，二极管V导通，忽略二极管正向压降，则uo=u2，这个电压一方面给电容充电，一方面产生负载电流Io，电容C上的电压与u2同步增长，当u2达到峰值后，开始下降，UCu2，二极管截止，如图7.9中的A点。之后，电容C以指数规律经RL放电，UC下降。当放电到B点时，u2经负半周后又开始上升，当u2UC时，电容再次被充电到峰值。UC降到C点以后，电容C再次经RL放电，通过这种周期性充放电，以达到滤波效果。,由于电容的不断充放电，使得输出电压的脉动性减小，而且输出电压的平均值有所提高。输出电压平均值Uo的大小，显然与RL、C的大小有关，RL愈大，C愈大，电容放电愈慢，Uo愈高。在极限情况下，当RL=时，Uo=UC=U2，不再放电。当RL很小时，C放电很快，甚至与u2同步下降，则Uo=0.9U2，RL、C对输出电压的影响如图7.9中虚线所示。可见电容滤波电路适用于负载较小的场合。当满足RLC（35）T/2时，则输出电压的平均值为,（712）,（711）,其中T为交流电源电压的周期。,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，应注意电容的正极性接高电位，负极性接低电位。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，称浪涌电流。一般是正常工作电流Io的（57）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阻值约为（0.020.01）R的电阻，以保护整流二极管。,2.电感滤波及复式滤波电路（1）电感滤波电路。由于通过电感的电流不能突变，用一个大电感与负载串联,流过负载的电流也就不能突变，电流平滑，输出电压的波形也就平稳了。其实质是因为电感对交流呈现很大的阻抗，频率愈高，感抗越大，则交流成分绝大部分降到了电感上,若忽略导线电阻，电感对直流没有压降，即直流均落在负载上，达到了滤波目的。电感滤波电路如图7.10所示。在这种电路中，输出电压的交流成分是整流电路输出电压的交流成分经XL和RL分压的结果，只有LRL时，滤波效果才好。,图7.10带电感滤波器的桥式整流电路图,（2）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Uo0.9U2。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，多用铁芯电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值Uo较低。（3）复式滤波电路。为了进一步减小输出电压的脉动程度，可以用电容和铁芯电感组成各种形式的复式滤波电路。电感型LC滤波电路如图7.11所示。整流输出电压中的交流成分绝大部分降落在电感上，电容C又对交流接近于短路，故输出电压中交流成分很少，几乎是一个平滑,图7.11桥式整流电感型LC滤波电路,（4）型滤波电路。图7.12所示为LC型滤波电路。整流输出电压先经电容C1，滤除了交流成分后，再经电感L上滤波电容C2上的交流成分极少，因此输出电路几乎是平直的直流电压。但由于铁芯电感体积大、笨重、成本高、使用不便。因此，在负载电流不太大而要求输出脉动很小的场合，可将铁芯电感换成电阻，即RC型滤波电路。电阻R对交流和直流成分均产生压降，故会使输出电压下降，但只要RL1/(C2)，电容C1滤波后的输出电压绝大多数降在电阻RL上。RL愈大，C2愈大，滤波效果愈好。,图7.12型滤波电路（a）LC型滤波电路;（b）RC型滤波电路,通过整流滤波电路所获得的直流电源电压是比较稳定的，当电网电压波动或负载电流变化时，输出电压会随之改变。电子设备一般都需要稳定的电源电压。如果电源电压不稳定，将会引起直流放大器的零点漂移，交流噪声增大，测量仪表的测量精度降低等。因此必须进行稳压，目前中小功率设备中广泛采用的稳压电源有并联型稳压电路、串联型稳压电路、集成稳压电路及开关型稳压电路。,7.3直流稳压电路,7.2.1硅稳压管组成的并联型稳压电路1.电路组成及工作原理硅稳压管组成的并联型稳压电路如图7.13所示，经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压Ui，限流电阻R和稳压管V组成稳压电路，输出电压Uo=UZ。,图7.13稳压管稳压的直流电源电路,在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻RL的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因为UZ基本恒定，而Uo=UZ。下面从两个方面来分析其稳压原理：（1）设RL不变，电网电压升高使Ui升高，导致Uo升高，而Uo=UZ。根据稳压管的特性，当UZ升高一点时，IZ将会显著增加，这样必然使电阻R上的压降增大，吸收了Ui的增加部分，从而保持Uo不变。,反之亦然。,（2）设电网电压不变，当负载电阻RL阻值增大时，IL减小，限流电阻R上压降UR将会减小。由于Uo=UZ=Ui-UR，所以导致Uo升高，即UZ升高，这样必然使IZ显著增加。由于流过限流电阻R的电流为IR=IZ+IL，这样可以使流过R上的电流基本不变，导致压降UR基本不变，则Uo也就保持不变。,反之亦然。,2.稳压电路参数确定（1）限流电阻的计算。稳压电路要输出稳定电压，必须保证稳压管正常工作。因此必须根据电网电压和负载电阻RL的变化范围,正确地选择限流电阻R的大小。从两个极限情况考虑，则有当Ui为最小值，Io达到最大值时，即Ui=Uimin，Io=Iomax,这时IR=(Uimin-UZ)/R。则IZ=IR-Iomax为最小值。为了让稳压管进入稳压区，此时IZ值应大于IZmin，即IZ=(Uimin-UZ)/R-IomaxIZmin,则,当Ui达最大值，Io达最小值时，Ui=Uimax，Io=Iomin,这时IR=(Uimax-UZ)/R，则IZ=IR-Iomin为最大值。为了保证稳压管安全工作，此时IZ值应小于IZmax，即IZ=(Uimax-UZ)/R-IominIZmax，则,所以限流电阻R的取值范围为,(713),在此范围内选一个电阻标准系列中的规格电阻。,（2）确立稳压管参数。一般取,（714）,7.3.2串联型晶体管稳压电路并联型稳压电路可以使输出电压稳定，但稳压值不能随意调节，而且输出电流很小，由式7.14可知，Iomax=（1/32/3）IZmax，而IZmax一般只有2040mA。为了加大输出电流，使输出电压可调节，常用串联型晶体管稳压电路,如图7.14所示。,图7.14串联型稳压电路（a）分立元件的串联型稳压电路;（b）运算放大器的串联型稳压电路,（715）,式中，R=R1+Rp+R2,Rp是RP的下半部分阻值。,UoUb2Ub1（Uc2）Uo,图7.14（a）是由分立元件组成的串联型稳压电路，当电网电压波动或负载变化时，可能使输出电压Uo上升或下降。为了使输出电压Uo不变，可以利用负反馈原理使其稳定。假设因某种原因使输出电压Uo上升，其稳压过程为,串联型稳压电路的输出电压可由Rp进行调节。,UoU-Ub1Uo,串联型稳压电路包括四大部分，其组成框图如图7.15所示。,如果将图7.14（a）中的放大元件改成集成运放，不但可以提高放大倍数，而且能提高灵敏度，这样就构成了由运算放大器组成的串联型稳压电路，电路如图7.14（b）所示。假设因某种原因使输出电压Uo下降，其稳压过程为,图7.15串联型稳压电路组成框图,7.3.3集成稳压器及应用集成稳压器将取样、基准、比较放大、调整及保护环节集成于一个芯片，按引出端不同可分为三端固定式、三端可调式和多端可调式等。三端稳压器有输入端、输出端和公共端（接地）三个接线端点，由于它所需外接元件较少，便于安装调试，工作可靠，因此在实际使用中得到广泛应用。其外形如图7.16所示。,图7.16三端稳压器外形图（a）三端固定式；（b）三端可调式,1.固定输出的三端稳压器常用的三端固定稳压器有7800系列、7900系列，其外型如图7.16（a）所示。型号中78表示输出为正电压值，79表示输出为负电压值，00表示输出电压的稳定值。根据输出电流的大小不同，又分为CW78系列，最大输出电流11.5A；CW78M00系列，最大输出电流0.5A；CW78L00系列，最大输出电流100mA左右，7800系列输出电压等级有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V，7900系列有-5V、-6V、-9V、-12V、-15V、-18V、-24V。如CW7815，表明输出+15V电压，输出电流可达1.5A，CW79M12，表明输出-12V电压，输出电流为-0.5A。,2.三端可调输出稳压器前面介绍78、79系列集成稳压器，只能输出固定电压值，在实际应用中不太方便。CW117、CW217、CW317、CW337和CW337L系列为可调输出稳压器，其外型如图7.16（b）所示。在图7.16所示电路中CW317是三端可调式正电压输出稳压器，而CW337是三端可调式负电压输出稳压器。三端可调集成稳压器输出电压为1.2537V，输出电流可达1.5A。,CW317的基本应用电路如图7.17所示，它只需外接两个电阻(R1和RP)来确定输出电压。为了使电路正常工作，它的输出电流不应小于5mA，调节端的电流约为50A，输出电压的表达式为,（716）,（717）,在上式中RP阻值很小,可忽略，由此可得,图7.17所示电路中C1为预防自激振荡产生,C2用来改善输出电压波形。,图7.17可调输出稳压电源,3.三端集成稳压器的应用1）输出固定电压应用电路输出固定电压的应用电路如图7.18所示，其中图（a）为输出固定正电压，图（b）为输出固定负电压，图中Ci用以抵消输入端因接线较长而产生的电感效应。为防止自激振荡，其取值范围在0.11F之间（若接线不长时可不用），Co用以改善负载的瞬态响应，一般取1F左右，其作用是减少高频噪声。,图7.18固定输出的稳压电路（a）输出固定正电压;（b）输出固定负电压,2）输出正、负电压稳压电路当需要正、负两组电源输出时，可采用W7800系列和W7900系列各一块，按图7.19接线，即可得到正负对称的两组电源。,图7.19正负对称输出稳压电路,7.3.4开关稳压电源1.串联降压型开关稳压电源开关电源的组成框图如图7.20所示，它主要由开关调整管、滤波器、比较放大器和脉宽调制器等环节组成。开关调整管是一个由脉冲uPO控制的电子开关，如图7.21所示。,图7.20开关电源的组成框图,图7.21开关调整管工作过程示意图,1.串联降压型开关稳压电源开关电源的组成框图如图7.20所示，它主要由开关调整管、滤波器、比较放大和脉宽调制器等环节组成。开关调整管是一个由脉冲uPO控制的电子开关，如图7.21所示。,当控制脉冲uPO出现时，电子开关闭合，uSO=uI；而uPO=0时，电子开关断开，uSO=0，开关的开通时间ton与开关周期T之比称为脉冲电压uSO的占空比。由此可见，开关调整管的输出电压uSO是一个脉高为uI、脉宽由uPO控制、脉率与uPO相同的矩形脉冲电压。滤波器由电感电容组成，对脉冲电压uSO进行滤波，得到波纹很小的直流输出电压uO。将输出电压uO取样与基准电压在比较放大环节中比较放大，其结果uE（误差）作为脉宽调制器的输入信号。脉宽调制器是一个基准电压为锯齿波的电压比较器，输出脉冲电压uPO的脉宽由uE控制，而频率与锯齿波相同。,其工作原理：当输入电压uI和负载都处于稳定状态时，输出电压uO也稳定不变，设对应的误差信号uE和控制脉冲uPO的波形如图7.22（a）所示。如果输出电压uO发生波动，例如uI上升会导致uO上升，则比较放大电路使uE下降，脉宽调制器的输出信号uPO的脉宽变窄，如图722（b）所示，开关调整管的开通时间减小，使uO下降。通过上述调整过程，使输出电压uO保持不变。输出电压uO的稳定过程可描述为：,这种定频调宽控制方法称为脉冲宽度调制（PWM）法。,图7.22开关稳压电源工作原理示意图,串联降压型开关稳压电源的工作原理如图7.23所示。三极管V1为开关调整管，稳压管V2的稳定电压U2作为基准电压，电位器RP对输出电压uO取样送入比较放大环节与基准电压u2相比较。滤波器由L、C和续流二极管V组成，当三极管V1导通时，uI向负载RL供电的同时也为电感L和电容C充电，当控制信号使开关调整管V1截止时，电感L储存的能量通过续流二极管V2向负载释放，电容也同时向负载放电。使负载电流连续的临界电感值为,其中f为输入电压的频率大小。实际使用中，选用电感L应大于Lc。,(7-18),图7.23串联降压型开关稳压电源工作原理图,滤波电容的容量是根据输出电压的波纹峰值Upp来确定的，表示为,由于有滤波器的影响，该电路输出电压平均值Uo必然大于Ui，而小于Ui，因此称为降压型开关电源。,2.并联升压型开关稳压电源,图7.24并联升压型开关稳压电源工作原理示意图,当控制信号到来使开关调整管V1导通期间，二极管V2截止，其等效电路如图724（b）所示，在此Ton期间，uI通过开关调整管V1给电感L充磁储能，负载电压由电容C放电供给。当控制信号使开关调整管V1关断期间，二极管V2导通，其等效电路如图724（c）所示，在此Toff期间，因电感储有能量产生的感应电动势能保持iL的方向不变，即电动势的方向与iL的方向一致，故uL与uI同向串联，两个电压叠加后通过二极管向负载供电，同时对电容C充电，使电感电流iL连续的最小电感值Lmin为：,(7-20),滤波电容C与波纹峰值PP的关系为：,(7-21),由于在稳态工作状态时，电感电压在一个周期内的平均值为零，即,Ui*Ton+(Ui-Uo)Toff=0,Ui*T=Uo*Toff,所以，,(7-22),3.变压器输出型开关稳压电源从实用角度出发，希望开关电源的输入直流电压，直接从220V交流电源经整流、滤波而获得，再将斩波后得到的高频电压用脉冲变压器转换成所需要的直流输出电压。这样做的目的是去掉笨重的工频变压器，并将输出电路与供电电源，开关器件和控制电路隔离开来，显著的降低了能耗，使直流稳压电源的体积更小，效率更高。,图7.25所示为单端正激式变压器输出型开关稳压电源的原理图，这种开关电源的工作情况与降压型开关电源有相似之处，当开关调整管V4开通时，变压器原边近似等于输入电压uI，变压器副边电压使二极管V2导通，为负载供电，并为电容C2充电。当开关调整管V4截止时，滤波电感L产生反向感应电动势使二极管V3导通，C2放电，使负载电流连续，在此Toff期间，二极管V2截止，变压器副边相当于开路，但变压器储存的磁能量必须在Toff期间放掉，否则在下一个导通期间，磁能将垒加，并逐渐进入饱和状态使开关调整管过流而烧毁。因而，在变压器原边必须并联电阻、电容、并通过二极管V1形成退磁回路。,图7.25变压器输出型开关稳压电源原理图,7.4晶闸管及可控整流电路,7.4.1晶闸管的基本结构、性能及参数1.晶闸管的基本结构晶闸管的基本结构是由P1N1P2N2三个PN结四层半导体构成的，如图7.26所示。其中P1层引出电极A为阳极；N2层引出电极K为阴极；P2层引出电极G为控制极，其外型及符号如图7.24所示。,图7.26晶闸管结构,图7.27晶闸管的外型及符号,2.晶闸管的工作原理我们可以把晶闸管的内部结构看成由PNP和NPN型两个晶体管连接而成，如图7.28所示。当在A、K两极间加上正向电压UAK时，由于J2反偏，故晶闸管不导通，在控制极上加一正向控制电压UGK后，产生控制电流IG，它流入V2管的基极，并经过V2管电流放大得IC2=2IG；又因为IC2=IB1；所以IC1=12IG，IC1又流入V2管的基极再经放大形成正反馈，使V1和V2管迅速饱和导通。饱和压降约为1V左右，使阳极有一个很大的电流IA，电源电压UAK几乎全部加在负载电阻RL上。这就是晶闸管导通的原理。当晶闸管导通后，若去掉UGK，晶闸管仍维持导通。,图7.28晶闸管内部结构,综上所述,晶闸管是一个可控制的单向开关元件，它的导通条件为：阳极到阴极之间加上阳极比阴极高的正偏电压；晶闸管控制极要加门极比阴极电位高的触发电压。而关断条件为晶闸管阳极接电源负极，阴极接电源正极，或使晶闸管中电流减小到维持电流以下。晶闸管整个工作情况如图7.29所示。,图7.29晶闸管工作情况,3.晶闸管特性晶闸管的基本特性常用伏安特性表示，如图7.30所示。图7.30（a）为IG=0时的伏安特性曲线。在伏安特性曲线上，除BA转折段外，很像二极管的伏安特性，因此晶闸管相当于导通时可控的一种二极管。在很大的正向和反向电压作用下，晶闸管都会损坏。通常是在晶闸管接通合适的正向电压下将正向触发电压加在控制极上，使晶闸管导通，其特性曲线如图7.30（b）所示，由图可知，控制极电流I愈大，正向转折电压愈低，晶闸管愈容易导通。,图7.30晶闸管伏安特性(a)IG=0时的伏安特性；(b)不同IG时的伏安特性,4.主要参数(1)正向重复峰值电压UFRM是在控制极断路时，可以重复加在晶闸管两端的正向峰值电压，通常规定该电压比正向转折电压小100V左右。(2)反向重复峰值电压URRM是在控制极开路时，可以重复加在晶闸管元件上的反向重复峰值电压，一般情况下URRM=UFRM。,(3)额定正向平均电流IF是在规定环境温度和标准散热及全导通条件下，晶闸管元件可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。(4)维持电流IH是在规定环境温度和控制极开路时，维持元件继续导通的最小电流。(5)触发电压UG与触发电流IG是在规定环境温度下加一正向电压，使晶闸管从阻断转变为导通时所需的最小控制极电压和电流。,7.4.2可控整流电路1.单向半波可控整流电路图7.31是由晶闸管组成的半波可控整流电路，其中负载电阻为RL，工作情况如图7.32所示（对不同性质的负载工作情况不同，在此仅介绍电阻性负载，对于电感性负载的工作情况可参考有关书籍）。由图7.32可见，在输入交流电压u的正半周时，晶闸管V承受正向电压。,图7.31晶闸管组成的半波可控整流电路,图7.32电压电流波形图,显然，在晶闸管承受正向电压的时间内，改变控制极触发脉冲的加入时间（称为移相），负载上得到的电压波形随之改变。可见，移相可以控制负载电压的大小。晶闸管在加正向电压下不导通的区域称控制角（又称移相角），如图7.32（c）所示。而导通区域称为导通角，可以看出导通角愈大，输出电压愈高，可控整流电路输出电压和输出电流的平均值分别为,(723),(724),由式(723)可知，输出电压Uo的大小随的大小而变化。当=0时，Uo=0.45U，输出最大，晶闸管处于全导通状态；当=时,Uo=0,晶闸管处于截止状态。以上分析说明，只要适当改变控制角，也就是控制触发信号的加入时间，就可灵活地改变电路的输出电压Uo。,2.单相半控桥式整流电路单相半波可控整流电路，虽然具有电路简单，使用元件少等优点，但输出电压脉动性大，电流小。单相半控桥式整流电路如图7.33所示，桥中有两个桥臂用晶闸管，另两个桥臂用二极管。设u2=U2sint，当u2为正半波时，瞬时极性为上“正”下“负”，V1和V4承受正向电压。若在t1时刻给V1加触发脉冲，则V1导通，负载上有电压Uo，电流通路为aV1RLV4b。,图7.33单相半控桥式整流电路,当u2为负半波时，晶闸管V2和二极管V3承受正向电压。在t2时刻给V2加触发脉冲，V2导通，电流通路为bV2RLV3a。显而易见，桥式整流的输出电压平均值要比单相半波整流大一倍，即,(726),(725),7.3.3可控整流的触发电路1.单结晶体管单结晶体管的外形及结构如图7.34（a）所示。单结晶体管有三个电极：E为发射极，B1、B2分别为第一基极和第二基极。由于有两个基极，通常又称为双基极二极管。单结晶体管发射极和两基极间的PN结具有单向导电性，可等效成一个二极管V；两基极B1、B2之间的电阻约为212k，B1到PN结之间的硅片电阻为RB1；B2到PN结之间的硅片电阻用RB2表示；其等效电路及符号如图7.34（b）所示。,图7.34单结晶体管结构、符号及等效电路（a）单结晶体管外形及结构示意图;（b）符号及等效电路,（727）,式中=RB1/（RB1+RB2），称为分压比，一般在0.30.9之间。,设单结晶体管中PN结的导通压降为UD,当发射极电位UEUD+UBB，单结晶体管中PN结导通，有电流IE流进发射极，流过电阻RB1。因RB1是随电流增加而阻值减小，所以这个电流使RB1减小，造成IE进一步增大，使RB1进一步减小，这个连锁正反馈过程，很快使RB1减小到最小值。上述电压值UD+UBB称作单结晶体管的峰点电压，用UP表示。,当RB1减小到最小值时，UA也下降到最小值UAmin，此时单结晶体管的发射极电位UE=UD+UAmin，叫单结晶体管的谷点电压UV。在上述RB1减小过程中，由于UA的下降，使UE也跟着下降。这样，单结晶体管发射极电位UE下降，发射极电流IE反而增大，这种现象称为“负阻效应”。综上所述：当UEUV时，单结晶体管截止；当UEUP时，单结晶体管处于导通状态；当UE因导通从UP下降到使UEUV时，单结晶体管将恢复截止。,2.单结晶体管触发电路利用单结晶体管的负阻效应并配以RC充放电回路，可以组成一个非正弦波的振荡电路，这个电路可产生可控整流电路中晶闸管所需要的触发脉冲电压。单结晶体管触发脉冲电路如图7.35所示。,图7.35单结晶体管触发脉冲电路（a）触发脉冲电路;（b）触发脉冲波形,3.单结晶体管同步触发电路在图7.35所示电路中，R1上产生的脉冲电压Ug不一定能触发晶闸管，因为触发脉冲与被触发的晶闸管可控整流电路还存在一个同步问题，为了解决这一问题，通常采用单结晶体管同步触发电路，如图7.36所示。,图7.36单结晶体管同步触发电路（a）单结晶体管同步触发电路；（b）电压波形,习题七,7.1如题7.1图所示是一组多输出的整流电路,RL1=RL2=900。试求：（1）负载RL1和RL2上的整流电压平均值Uo1和Uo2,并标出极性；（2）二极管V1、V2和V3中的平均电流IV1、IV2、IV3及各管所承受的最高反向电压URM1、URM2、URM3。,题7.1图,7.2单相桥式全波整流电路如题7.2图所示。当电路出现下列几种情况时，会有什么问题？（1）二极管V1开路，未接通；（2）二极管V1短路；（3）二极管V1极性接反；（4）二极管V1、V2极性接反；（5）二极管V1开路，V2短路。,题7.2图,7.3整流电路如题7.3图所示。已知输入正弦信号。（1）试说明电路为哪种形式的整流电路？有何特点？（2）当图中电流表满量程为100A时，R取值应为多大？（计算时可忽略电流表和二极管上的压降。）,题7.3图,7.4桥式全波整流电路如题7.2图所示。已知变压器副边电压。（1）试计算负载RL两端直流电压Uo=？（2）当负载电流IL=0.5A时,试确定整流二极管的正向平均电流IF和反向耐压UR的值。7.5桥式全波整流电路如题7.5图所示。试分析说明:（1）RL1、RL2两端为何种整流波形？（2）若U21=U22=25V，则Uo1、Uo2各为多少？（3）若二极管V2虚焊，则Uo1、Uo2会发生什么变化？,题7.5图,7.6桥式整流电容滤波电路如题7.6图所示。已知,在下列不同情况下,计算输出平均电压Uo的值。（1）电容C虚焊；（2）焊接正常，但RL=（负载RL开路）；（3）整流桥中有一个二极管因虚焊开路，有电容C，RL=；（4）有电容C，但RL；（5）同上述（3），但RL，即一般负载情况下。,题7.6图,7.7稳压管VZ组成题7.7图电路,已知UZ=6V,PZM=300mW,VZ中电流不宜低于10A,当Ui=9V时,试确定电阻R的范围。,题7.7图,7.8稳压管稳压电路如题7.8图所示。已知UZ1=6V,UZ2=7V,试确定UI分别为24V和12V时,电路输出Uo的值。,题7.8图,7.9具有复合管的串联型稳压电路如题7.9图所示。已知三极管的UBE=0.7V,1=50,2=60,R1=200,R2=300,R3=200,Rc3=9.2k,UZ=4.3V。（1）试计算输出电压Uo可调的范围。（2）试计算负载RL上最大电流ILmax。（3）分析V2管射极电阻Re2的作用。（4）当U1=24V时，求调整管V1的最大功耗PCM。,题7.9图,7.10三端稳压器W7815和W7915组成的直流稳压电路如题7.10图所示,已知副边电压u21=u22=20sintV。7900系列稳压器为负电压输出。（1）在图中标明电容的极性。（2）确定Uo1、Uo2的值。（3）当负载RL1，RL2上电流IL1，Il2均为1A时，估算稳压器上的功耗PCM值。,题7.10图,7.11W7805组成的恒流源电路如题7.11图所示,已知IW=5mA,R=200,RL范围为100200,试计算:(1)负载RL上的电流IO值。(2)输出电压UO的大小。,题7.11图,7.12一单相半控桥式整流电路,其输入交流电压有效值为220V,负载为1k电阻,试求:当控制角=0及=90时，负载上电压和电流的平均值，并画出相应的波形。7.13一电阻性负载,要求在060V范围内调压,采用单相半控桥式整流电路,直接由220V交流电源供电,试计算整流输出平均电压为30V和60V时晶闸管的导通角。,