第13章電工電子

1、 第第13章章 直流直流穩(wěn)壓穩(wěn)壓電源電源 13.1 整流電路整流電路 13.2 濾波電路濾波電路 13.3 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路 13.4 單相可控整流電路單相可控整流電路 本章小結(jié)本章小結(jié) 131 整流電路整流電路1311 單相半波整流電路1電路組成 Tr為整流電源變壓器， D是整流二極管，RL是需要直流的負載。 圖13-1 單相半波整流電路 圖13-2單相半波整流波形圖 2工作原理 u2處于正半周時（a端為正，b端為負），二極管D因承受正向電壓而導(dǎo)通，流過負載電阻RL的電流為i0 , 流過二極管的電流為iD，且iD= i0。設(shè)D為理想二極管，負載兩端電壓u0=u2。 u2處于負半周時（a端為負

2、，b端為正），二極管D因反向偏置而截止。 u2全部加在二極管D上。 3負載電壓、電流的計算 4整流二極管的選擇 二極管的最大整流電流為 二極管的最高反向工作電壓(峰值)為 1312 單相橋式整流電路1.電路組成 2工作原理 圖13-3單相橋式整流電路 u2的正半周（a端為正，b端為負），二極管D1、D3因正向偏置而導(dǎo)通，D2、D4因反向偏置而截止。電流iO流過負載電阻RL，得到一個半波電壓。 u2的負半周（b端為正，a端為負），二極管D1、D3因反向偏置而截止，D2、D4因正向偏置而導(dǎo)通.流經(jīng)負載電阻RL的電流iO方向不變，得到另一個半波電壓。3負載電壓、電流的計算 圖13-4橋式整流波形圖4

3、整流二極管的選擇13.1.3 三相橋式整流電路 圖13-5 三相橋式整流電路圖13-6 三相橋式整流電路工作波形132 濾波電路濾波電路1321 電容濾波電路1電路組成 圖13-7半波整流電容濾波電路2工作原理 利用電容器充、放電的特性，使輸出電壓趨于平滑。u2正半周，若u2uC，二極管D導(dǎo)通，電容器C充電，忽略二極管壓降，uC與正弦電壓u2一致。當u2達到峰值時，uC也達到最大值（ U2） 。 在u2uC時為止。 圖13-8半波整流電容濾波的電壓波形 3輸出直流電壓的估算及濾波電容的選擇U0U2 （半波整流濾波） (5.9)U01.2 U2 （全波整流濾波） (5.10)RLC(35)T (

4、半波整流濾波) (5.11) (全波整流濾波) (5.12)1322 電感電容濾波電路1電路組成 圖13-9橋式整流電感電容濾波電路2工作原理 利用電感對交流的阻礙和電容對交流的旁路作用實現(xiàn)濾波。當通過電感線圈的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的變化，因而使負載電流和負載電壓的脈動大為減小。頻率越高，電感越大，濾波效果越好。 132. 3 型濾波電路1型LC濾波電路在LC濾波電路基礎(chǔ)上改進，如圖13.10示。2型RC濾波電路用電阻代替型LC濾波器中的電感線圈，便構(gòu)成型RC濾波器，如圖13-11示。 圖13-10 型LC濾波電路圖13-11 型RC濾波電路133 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路13

5、.3.1 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 UO=UZ I=IZ+IO （13-17） 圖13-12穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 若電網(wǎng)電壓增加使i增加時，負載電壓0隨之升高。0稍有升高，流過穩(wěn)壓管的電流Z急劇增大。限流電阻上的壓降增大，抵消了Ui的增加，使U0基本不變。相反，如果電網(wǎng)電壓降低使Ui減小，U0也隨之減小，電流Z急劇減小，限流電阻上的壓降減小，從而保持0基本不變。13.3.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路串聯(lián)型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程如下：圖13-13 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路1333 集成穩(wěn)壓器1三端固定式穩(wěn)壓器 圖13-14 W7800系列穩(wěn)壓器 使用時需接入電容Ci和Co，Ci用以旁路高頻脈沖，也可防止自激振蕩，一般取0.33F左右 .

6、W7800系列輸出固定的正電壓,有5V，6V, 9V，12V，15V，18V和24V等七個檔次。 W7900系列輸出固定負電壓，其輸出電壓與W7800系列一樣. W7900管腳1為公共端,2為輸出端,3為輸入端。 (1) 提高輸出電壓的電路 圖13-15提高輸出電壓的電路 圖13-16增大輸出電流的電路 (2) 增大輸出電流的電路圖中Ixx為穩(wěn)壓器的輸出電流，Ic為外接功率管的集電極電流，實際輸出電流Io為(3) 輸出正、負電壓的電路圖13-17輸出正、負電壓的電路 圖13-18輸出電壓可調(diào)的電路(4)輸出電壓可調(diào)的電路Uxx為三端穩(wěn)壓器的固定輸出電壓，調(diào)整R2和R1的比值，可調(diào)節(jié)輸出電壓Uo

7、 2三端可調(diào)式穩(wěn)壓器 圖13-19 W117/W217/W317外引線圖和典型接法W317的3、1腳之間電壓恒定為1.25V，輸出電壓U0為13.4 單相可控整流電路單相可控整流電路134 .1晶閘管1. 晶閘管的基本結(jié)構(gòu)分類:普通晶閘管、雙向、逆導(dǎo)、可關(guān)斷、快速、光控等特殊晶閘管。一種大功率PNPN四層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體元件，有三個電極：陽極A、陰極K和控制極（又稱門極）G。 有三個PN結(jié)：J1、J2、J3。 2晶閘管的工作原理圖13-20（b）為晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，當陽極A和陰極K之間加正向電壓，控制極G不加電壓時，晶閘管內(nèi)部PN結(jié)J2處于反向偏置，晶閘管不能導(dǎo)通，處于正向阻斷狀態(tài)；當陽極和陰

8、極之間加反向電壓時，PN結(jié)J1、J3均處于反向偏置，無論控制極是否加電壓，晶閘管都不能導(dǎo)通，呈反向阻斷狀態(tài)。 圖13-20晶閘管外形、結(jié)構(gòu)及符號晶閘管導(dǎo)通必須同時具備兩個基本條件：陽極和陰極之間加正向電壓；控制極和陰極間加一定大小的正向觸發(fā)電壓。 圖13-21晶閘管等效為T1與T2兩個晶體管的組合三極管T1（PNP型）的發(fā)射極相當于晶閘管的陽極A，三極管T2（NPN型）的發(fā)射極相當于晶閘管的陰極K，T2的基極則相當于晶閘管的控制極G。 圖13-22晶閘管的工作原理 當陽極加正向電壓EA，控制極也加正向電壓EG時（如圖13-22示），三極管T1和T2處于放大狀態(tài)（設(shè)T1、T2的電流放大系數(shù)分別為

9、1和2），EG產(chǎn)生的控制極電流IG就是T2的基極電流IB2，經(jīng)T2放大后，其集電極電流IC22IG，IC2又是T1的基極電流，T1的集電極電流IC112IG。此電流再送入T2和T1進行放大，循環(huán)往復(fù)，形成強烈的正反饋，使兩個三極管很快進入飽和導(dǎo)通狀態(tài)，即晶閘管全導(dǎo)通。 晶閘管導(dǎo)通后，即使控制極電流IG消失，依然能依靠內(nèi)部正反饋維持導(dǎo)通。所以，控制極在晶閘管導(dǎo)通后就失去了控制作用。 要使已導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，必須將陽極電流減小到不能維持正反饋過程.3. 晶閘管的伏安特性 晶閘管的陽極電流IA與陽極電壓UAK之間的關(guān)系曲線。 當UAK0即正向時，控制極不加電壓，晶閘管內(nèi)部PN結(jié)J2處于反向偏置,只有

10、極小的正向漏電流通過,晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)(圖13-23正向曲線的下部）；當UAKUBO時，晶閘管漏電流突然增大,由正向阻斷狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài),UBO稱為正向轉(zhuǎn)折電壓。 圖13-23晶閘管的伏安特性曲線 當UAK0，且控制極仍不加電壓時，晶閘管的伏安特性與二極管反向特性相似。當UAKUBR時，晶閘管處于反向阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電流。當UAKUBR時，反向電流突然增大，晶閘管反向擊穿，并因此而損壞。UBR稱為反向擊穿電壓。4.晶閘管的主要參數(shù) (1)額定正向平均電流IF (2)正向阻斷峰值電壓UDRM (3)反向阻斷峰值電壓URRM (4)維持電流IH 還有正向平均管壓降UT（一般為0.4

11、1.2V）、控制極最小觸發(fā)電壓UG（一般為15V）和觸發(fā)電流IG（約幾十至幾百毫安）等.13. 4. 2 單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管1單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)亦稱雙基極二極管，外形與普通晶體管相似，其結(jié)構(gòu)和圖形符號如圖13-24所示。 圖13-24單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)及符號在一塊高電阻率的N型硅片上，引出兩個電極：第一基極B1與第二基極B2。兩個基極之間的電阻RBB即是基片電阻，約212K。在兩基極間靠近B2極處摻入P型雜質(zhì)鋁，引出電極稱為發(fā)射極E。2單結(jié)晶體管的特性 圖13-25單結(jié)晶體管的等效電路 圖13-26單結(jié)晶體管伏安特性曲線 等效電路中RB1為第一基極與發(fā)射極間電阻，其值隨發(fā)射極電流IE改變，RB2

12、為第二基極與發(fā)射極間電阻，其值與IE無關(guān)，PN結(jié)用等效二極管D表示。 當發(fā)射極E不加電壓，即UE0時，UBB在RB2和RB1間分壓，A、B1兩點之間電壓為 稱為分壓比，通常在0.30.9之間. 在發(fā)射極E加電壓UE，并使UE由零逐漸增大，則可得到圖13-26所示的單結(jié)晶體管伏安特性曲線。 PN結(jié)由截止變?yōu)閷?dǎo)通的轉(zhuǎn)折點稱為峰點P，對應(yīng)該點的電壓UP、電流IP稱為峰點電壓和峰點電流。 特性曲線的最低點稱谷點，對應(yīng)該點的電壓UV、電流IV稱為谷點電壓和谷點電流。 峰點電壓UPUBBUD，谷點電壓一般在25V之間。 3單結(jié)晶體管觸發(fā)電路 利用單結(jié)晶體管負阻特性與RC電路充放電原理組成.當ucUP時，單

13、結(jié)晶體管導(dǎo)通，管子EB1間電阻急劇減?。ń禐?0左右），電容C向R1放電。由于放電回路電阻很小，放電時間很短，在R1上形成一個很窄的尖脈沖。當ucUV時，由于（RPR）數(shù)值較大，電源供給的電流小于單結(jié)晶體管的谷點電流IV，單結(jié)晶體管截止。在電容上形成鋸齒波電壓，在R1上形成輸出脈沖. 圖13-27 單結(jié)晶體管馳張振蕩電路1343 單相半波可控整流電路1.電阻性負載 圖13-28電阻性負載單相半波 圖13-29電阻性負載單相半波可控 可控整流電路 整流電路電壓電流波形 在輸入交流電壓u的正半周，晶閘管T加正向電壓，在控制極加觸發(fā)脈沖之前，管子未導(dǎo)通，負載兩端電壓u00，晶閘管承受全部電壓u 。

14、在t1時刻，控制極加上觸發(fā)脈沖，晶閘管導(dǎo)通，負載電壓u0u（忽略晶閘管管壓降）。當u下降到接近零值時，晶閘管因其電流小于維持電流而關(guān)斷，負載電壓u00。在u負半周期間，晶閘管T因承受反壓而阻斷，負載電壓和電流均為零。 輸出電壓的平均值 流過負載電阻RL中整流電流的平均值2.電感性負載與續(xù)流二極管圖13-30電感性負載可控整流電路 圖13-31帶電感性負載可控整流 電路電壓電流波形 晶閘管剛觸發(fā)導(dǎo)通時，電感中產(chǎn)生阻礙電流變化的感應(yīng)電動勢eL，極性上正下負，電路中電流由零逐漸上升。 隨著電流上升，感應(yīng)電動勢逐漸減小，在電感中儲存了電磁能。當電流達到最大值時，感應(yīng)電動勢為零。當電壓u下降而使電流減小

15、時，eL極性改變?yōu)閳D13-30中的下正上負。此后，在交流電壓u到達零值之前，eL和u極性相同，晶閘管一直導(dǎo)通。即使交流電壓u經(jīng)過零值變負，只要eL大于u，晶閘管繼續(xù)承受正向電壓，電流仍繼續(xù)流通，如圖13-31（a）示。在交流電壓u變負以后，負載電阻消耗的能量不再由電源提供，而是由原先在電流增大過程中儲存于電感中的電磁能提供。只要電路中電流大于維持電流，晶閘管就不會關(guān)斷，負載上出現(xiàn)負電壓。當電路中電流下降到維持電流以下時，晶閘管關(guān)斷，并且立即承受反向電壓，如圖13-31（b）示。 由于電感的存在，負載電壓波形出現(xiàn)部分負值，使負載電壓平均值減小。解決辦法：在負載兩端并聯(lián)二極管D，接法如圖13-32

16、示.圖13-32并聯(lián)續(xù)流二極管的可控整流電路 圖13-33單相半控橋式整流電路 1344 單相半控橋式整流電路 變壓器副邊電壓u處于正半周(設(shè)a端為正,b端為負）時，晶閘管T1和二極管D2承受正向電壓。在T1控制極加入觸發(fā)信號，T1和D2導(dǎo)通，電流通路：同樣，在u的負半周，T2和D1承受正向電壓，將觸發(fā)信號加到T2控制極，T2和D1導(dǎo)通，電流通路：電阻性負載時,單相半控橋的電壓與電流波形如圖13-24示.輸出電壓平均值負載電流的平均值 晶閘管T1、T2承受的最大正、反向電壓和二極管D1、D2承受的最大反向電壓都是電源電壓u的峰值 。 流過晶閘管和二極管的電流平均值 圖13-34單相半控橋式整流

17、電路的電壓電流波形 本章小結(jié)本章小結(jié)(1) 整流是利用二極管的單向?qū)щ娦裕瑢⒔涣髯優(yōu)槊}動直流的過程。分析整流電路時，可將整流二極管視為理想二極管。單相半波整流電路輸出電壓U0=0.45U2；單相橋式整流電路輸出電壓UO=0.9U2；三相橋式整流電路輸出電壓U0=2.34U。(2) 濾波電路是利用電容兩端電壓不能突變，電感中電流不能突變的特性，將整流后輸出電壓中的交流分量濾掉，得到比較平滑的直流電壓。電容濾波適用于負載電流小且變化不大的場合。電感電容濾波一般用于負載變化較大和負載電流較大的場合。(3)穩(wěn)壓電路在電網(wǎng)電壓波動或負載電流波動時能自動維持輸出電壓的穩(wěn)定。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點是穩(wěn)壓管與負

18、載并聯(lián)，利用穩(wěn)壓管端電壓的微小變化能引起電流較大變化的特性，通過限流電阻調(diào)整電壓，維持輸出電壓的穩(wěn)定。(4) 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路由基準電壓，比較放大電路，調(diào)整電路和采樣電路四部分組成。利用輸出電壓的變化來控制調(diào)整管上壓降的變化，使輸出電壓保持穩(wěn)定；使用W7800系列或W7900系列等三端集成穩(wěn)壓器芯片，只需少量的外接元件，即可輸出穩(wěn)定的正、負直流電壓，在許多電子設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。(5) 晶閘管比整流二極管多一個控制極（門極），具有單向可控特性。要使晶閘管導(dǎo)通，必須在陽極加正向電壓，同時在控制極加入足夠大的觸發(fā)電流。晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用。要使已經(jīng)導(dǎo)通的晶閘管關(guān)斷，必須使陽極電流小于管子的維持電流。(6) 晶閘管的主要特性參數(shù)是額定電壓與額定電