電子電路基本原理ppt課件

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,1,15整流濾波電路,15.1單相整流電路15.2濾波電路,2,電子電路工作時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。,3,15.1.1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,4,15.1.1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,5,在分析整流電路工作原理時，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦浴８鶕?jù)圖15.02(a)的電路圖可知：,當(dāng)正半周時二極管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）,6,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,7,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。,8,（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,9,15.1.2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。,10,根據(jù)圖15.04可知，輸出電壓在一個工頻周期內(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,11,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,12,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。,13,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。,14,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。,15,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=1222.2=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,16,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？,17,解：當(dāng)D2或D4斷開后電路為單相半波整流電路。正半周時，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，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,18,如果D2或D4接反則正半周時，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。,19,如果D2或D4因擊穿燒壞而短路則正半周時，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。,20,15.2濾波電路,15.2.1電容濾波電路15.2.2電感濾波電路,21,15.2.1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。,22,（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)了一個濾波電容C。,圖15.06電容濾波電路,23,當(dāng)v2到達(dá)90時，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時刻，二極管導(dǎo)電，充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時間常數(shù)為RLC。電容濾波過程見圖15.07。,在剛過90時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90時二極管仍然導(dǎo)通。在超過90后的某個點，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，二極管關(guān)斷。,24,需要指出的是，當(dāng)放電時間常數(shù)RLC增加時，t1點要右移，t2點要左移，二極管關(guān)斷時間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)L很小，即IL很大時，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，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：有無L即空載，此時VC=VL=？,圖15.08電容濾波的效果,(動畫15-3）,(動畫15-4）,25,(4)電容濾波的計算,電容濾波的計算比較麻煩，因為決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。),26,（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,27,28,15.2.2電感濾波電路,利用儲能元件電感器的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，D1、D3導(dǎo)電，電感中的電流將滯后v2。當(dāng)負(fù)半周時，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，四個二極管D1、D3；D2、D4的導(dǎo)通角都是180。,（動畫15-5）,29,16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,30,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。,31,16.1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),32,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,33,16.1.2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VO可用下式表示