電工簡明教程第三版12

1、 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社第第 12 章直流穩(wěn)壓電源章直流穩(wěn)壓電源12.1整流電路整流電路12.2濾波器濾波器12.3直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源*12.4晶閘管及可控整流電路晶閘管及可控整流電路 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社下圖是半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖下圖是半導(dǎo)體直流電源的原理方框圖，它表示把交流它表示把交流電變換為直流電的過程。電變換為直流電的過程。濾波濾波整流整流穩(wěn)壓穩(wěn)壓交流交流電源電源負(fù)

2、載負(fù)載OtuOtuOtuOtuOtu變壓變壓 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社濾波濾波整流整流穩(wěn)壓穩(wěn)壓交流交流電源電源負(fù)載負(fù)載OtuOtuOtuOtuOtu變壓變壓圖中各環(huán)節(jié)的功能如下圖中各環(huán)節(jié)的功能如下：整流變壓器整流變壓器：將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。將交流電源電壓變換為符合整流需要的電壓。整流電路整流電路：將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓。將交流電壓變換為單向脈動(dòng)電壓。濾波器濾波器：減小整流電壓的脈動(dòng)程度。減小整流電壓的脈動(dòng)程度。穩(wěn)壓環(huán)節(jié)穩(wěn)壓環(huán)節(jié)：在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸在交流電源電壓波動(dòng)或負(fù)載變動(dòng)時(shí)，使直流輸

3、出電壓穩(wěn)定，成為符合整流需要的電壓。出電壓穩(wěn)定，成為符合整流需要的電壓。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社12.1整流電路整流電路整流電路中最常用的是單相橋式整流電路，它由整流電路中最常用的是單相橋式整流電路，它由四個(gè)二極管四個(gè)二極管 D1 D4 接成電橋的形式構(gòu)成。接成電橋的形式構(gòu)成。RLiOD4D3D2D1+u +uO 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社RLiO工作原理工作原理 在在 u 的的正半周，正半周， D1 和和 D3 導(dǎo)通，導(dǎo)通，D2 和和 D4 截止截止( (相相當(dāng)于開路當(dāng)于開

4、路) )，電流的通路如圖中紅色箭頭所示。電流的通路如圖中紅色箭頭所示。D4D3D2D1+u +uO + 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社RLD4D3D2iOD1在在 u 的負(fù)半周，的負(fù)半周，D2 和和 D4 導(dǎo)通導(dǎo)通，D1 和和 D3 截止截止( (相當(dāng)于相當(dāng)于開路開路) )，電流的通路如圖中綠色箭頭所示。，電流的通路如圖中綠色箭頭所示。+u +uO +在一個(gè)周期內(nèi)，通過電阻的電流方向相同，在負(fù)載上在一個(gè)周期內(nèi)，通過電阻的電流方向相同，在負(fù)載上得到的是全波整流電壓得到的是全波整流電壓 uO。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電

5、子音像出版社高等教育電子音像出版社 t0 t0 t0 t0 2 3 2 3 Im 2 2 3 3 uD1uD3uD4uD2uOuuDiOU2U2U2由于二極管的正向壓降很小，由于二極管的正向壓降很小，因此可認(rèn)為因此可認(rèn)為 uO 的波形和的波形和 u 的正的正半波是相同的。輸出電壓的平均半波是相同的。輸出電壓的平均值為值為式中，式中，U 是變壓器二次交流電壓是變壓器二次交流電壓 u 的有效值。的有效值。截止管所承受的最高反向電截止管所承受的最高反向電壓為壓為UU2DRM sin()O012dUUtt .2 20 9UU 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音

6、像出版社右右圖是 單 相圖是 單 相橋式整流電路的橋式整流電路的簡化畫法簡化畫法 例例 1 已知負(fù)載電阻已知負(fù)載電阻 RL = 80 ，負(fù)載電壓負(fù)載電壓 UO = 110 V。今采。今采用用單相橋式整流電路，交流電源電壓為單相橋式整流電路，交流電源電壓為 380 V。( (1) )如何選用晶體二如何選用晶體二極管？極管？( (2) )求整流變壓器的變比及容量。求整流變壓器的變比及容量。 解解 ( (1) )負(fù)載電流負(fù)載電流A1.4A80110LOO RUI每個(gè)二極管通過的平均電流每個(gè)二極管通過的平均電流變壓器副邊電壓的有效值為變壓器副邊電壓的有效值為+uo RLio+u V122V0.9110

7、0.9O UUDO10.7 A2II 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社考慮到變壓器二次繞組及管子上的壓降，變壓器二次電考慮到變壓器二次繞組及管子上的壓降，變壓器二次電壓大約要高出壓大約要高出 10%，即，即 122 1.1 V = 134 V。于是。于是V189V1342DRM U因此可選用因此可選用 2CZ55E 晶體二極管，其晶體二極管，其最大整流電流最大整流電流為為 1 A，反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓為為 300 V。( (2) )變壓器的變比及容量變壓器的變比及容量變壓器的變比變壓器的變比2.8134380 K變壓器二次電流的有

8、效值為變壓器二次電流的有效值為A1.55A0.91.40.9O II變壓器的容量為變壓器的容量為134 1.55 V A208 V ASUI可選用可選用 BK300( (300V A) )，380/134V 的變壓器。的變壓器。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社12.2濾波器濾波器電容電容充電充電電容電容放電放電二極管導(dǎo)通時(shí)給電容充電二極管導(dǎo)通時(shí)給電容充電，二極管截止時(shí)電容向負(fù)載放電二極管截止時(shí)電容向負(fù)載放電；濾濾波后輸出電壓波后輸出電壓 uO 的波形變得平緩的波形變得平緩，平均值提高。平均值提高。12.2.1電容濾波器電容濾波器( (C 濾

9、波器濾波器) )電容濾波器的電容濾波器的組成和工作原理組成和工作原理RLD1D4D3D2iOC+ uO= uC +u 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社經(jīng)經(jīng) C 濾波后濾波后 uO 的波形的波形 tuO 0U2 2 可見放電時(shí)間常數(shù)可見放電時(shí)間常數(shù) = RLC越越大大，脈動(dòng)越小脈動(dòng)越小，輸出電壓平均值越輸出電壓平均值越高高，一般要求一般要求式中，式中，T 是是 uO 的周期。這時(shí)，的周期。這時(shí)，UO 1.2U。 例例 1 有一有一單相橋式單相橋式電容濾波電容濾波整流電路，已知交流電源整流電路，已知交流電源頻率頻率 f = 50 Hz，負(fù)載電阻負(fù)

10、載電阻 RL = 200 ，要求直流輸出電壓要求直流輸出電壓 UO = 30 V，選擇選擇整流二極管整流二極管及及濾波電容器。濾波電容器。 解解 ( (1) )選擇選擇整流二極管整流二極管流過二極管的電流流過二極管的電流mA75A0.075A20030212121LOOD RUII取取 UO = 1.2U，所以變壓器二次電壓的有效值。所以變壓器二次電壓的有效值。( )L352TR C 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社mA75A0.075A20030212121LOOD RUII取取 UO = 1.2U，所以變壓器二次電壓的有效值所以變壓器二次

11、電壓的有效值V25V1.2301.2O UU二極管所承受的最高反向電壓二極管所承受的最高反向電壓V35V2522DRM UU因此可選用因此可選用 2CZ52B 型二極管，其型二極管，其最大整流電流最大整流電流為為 100 mA，反向工作峰值電壓反向工作峰值電壓為為 50 V。( (2) )選擇濾波電容器選擇濾波電容器所所以以取取25LTCR s0.05s21/505L CR選用選用 C = 250 F ，耐壓為，耐壓為 50 V 的極性電容器。的極性電容器。6L0.050.05F250 10F250 F200CR 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出

12、版社RLL C+u 12.2.2電感電容濾波器電感電容濾波器( (LC 濾波器濾波器) )當(dāng)通過電感線圈的電流發(fā)生變化時(shí)當(dāng)通過電感線圈的電流發(fā)生變化時(shí)，線圈中要產(chǎn)生自感線圈中要產(chǎn)生自感電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化，因而使負(fù)載電流和負(fù)載電壓的脈動(dòng)電動(dòng)勢(shì)阻礙電流的變化，因而使負(fù)載電流和負(fù)載電壓的脈動(dòng)大為減小。頻率越高，電感越大，濾波效果越好，而后又經(jīng)大為減小。頻率越高，電感越大，濾波效果越好，而后又經(jīng)過電容濾波，使輸出電壓更為平直。過電容濾波，使輸出電壓更為平直。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社12.3直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源12.3.1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓

13、電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路引起電壓不穩(wěn)定的原因是交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流引起電壓不穩(wěn)定的原因是交流電源電壓的波動(dòng)和負(fù)載電流的變化的變化，下面分析在這兩種情況下的穩(wěn)壓作用。下面分析在這兩種情況下的穩(wěn)壓作用。( (1) )當(dāng)交流電源電壓增加而使整流輸出電壓當(dāng)交流電源電壓增加而使整流輸出電壓 UI 隨著增加時(shí)，隨著增加時(shí)，負(fù)載電壓負(fù)載電壓 UO 也要增加。也要增加。UO 即為穩(wěn)壓管兩端的反向電壓。即為穩(wěn)壓管兩端的反向電壓。負(fù)載電壓負(fù)載電壓 UO 稍有增加時(shí)，穩(wěn)壓管的電流稍有增加時(shí)，穩(wěn)壓管的電流 IZ 就顯著增加，因此就顯著增加，因此限流電阻限流電阻 R 上的電壓降增加，以抵償上的電壓降增加，以抵償

14、UI 的增加，從而使的增加，從而使 UO 保持近似不變。保持近似不變。IRRLCRIZDZIO+UO +UI + 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社( (2) )當(dāng)電源電壓保持不變，而負(fù)載電流增大時(shí)，電阻當(dāng)電源電壓保持不變，而負(fù)載電流增大時(shí)，電阻 R 上的上的電壓降增大，負(fù)載電壓電壓降增大，負(fù)載電壓 UO 因而下降。只要因而下降。只要 UO 下降一點(diǎn)，穩(wěn)壓下降一點(diǎn)，穩(wěn)壓管電流管電流 IZ 就顯著減小，使通過電阻就顯著減小，使通過電阻 R 的電流和電阻上的電壓降的電流和電阻上的電壓降保持近似不變，因此負(fù)載電壓保持近似不變，因此負(fù)載電壓 UO 也就

15、近似穩(wěn)定不變也就近似穩(wěn)定不變選擇穩(wěn)壓管時(shí)一般取選擇穩(wěn)壓管時(shí)一般取 UZ = UO ，UI = (2 3)UO , IZM= (1.5 3) ICM 例例 1 有一有一穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路，負(fù)載電阻負(fù)載電阻 RL 由開路變到由開路變到 3 k ，交流電壓經(jīng)，交流電壓經(jīng)整流濾波后得出整流濾波后得出 UI = 30 V。今要求輸出直流電。今要求輸出直流電壓壓 UO = 12 V，試選擇，試選擇穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管 DZ。 解解 根據(jù)輸出電壓根據(jù)輸出電壓 UO = 12V 的要求，負(fù)載電流最大值的要求，負(fù)載電流最大值mA4A104A1031233LOOM RUI可選擇穩(wěn)壓二極管可選擇穩(wěn)壓二極

16、管 2CW60，其穩(wěn)定電壓，其穩(wěn)定電壓 UZ = (11.5 12.5) V，其穩(wěn)定電流其穩(wěn)定電流 IZ = 5 mA，最大最大穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZM = 19 mA。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社12.3.2集成穩(wěn)壓電源集成穩(wěn)壓電源本節(jié)主要介紹本節(jié)主要介紹 W7800 系列系列( (輸出正電壓輸出正電壓) )和和 W7900 系列系列( (輸出負(fù)電壓輸出負(fù)電壓) )，它們它們的電路符號(hào)如下圖所示的電路符號(hào)如下圖所示:W7800+231W790013_2_這種穩(wěn)壓器只有輸入端、輸出端和公共端三個(gè)引出端，故這種穩(wěn)壓器只有輸入端、輸出端和公

17、共端三個(gè)引出端，故也稱為三端集成穩(wěn)壓器。也稱為三端集成穩(wěn)壓器。W7800 系列系列 1 為輸入端，為輸入端，2 為輸出端，為輸出端，3 為公共端；為公共端；W7900 系列系列 3 為輸入端，為輸入端，2 為輸出端，為輸出端，1 為公共為公共端。端。W7800 系列輸出固定的正電壓有系列輸出固定的正電壓有 5 V，8 V，12 V，15 V，18 V，24 V多種。例如多種。例如 W7812 的輸出電壓為的輸出電壓為 12V。W7900 系系列輸出固定負(fù)電壓，其參數(shù)與列輸出固定負(fù)電壓，其參數(shù)與 W7800 基本相同。基本相同。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等

18、教育電子音像出版社下圖給出了三端集成穩(wěn)壓器的接線方法，下圖給出了三端集成穩(wěn)壓器的接線方法， Ci 用以抵消輸用以抵消輸入端較長接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。入端較長接線的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩。 Ci 一般在一般在 0.1 1 F 之間；之間；Co 是為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電是為了瞬時(shí)增減負(fù)載電流時(shí)不致引起輸出電壓有較大的波動(dòng)，壓有較大的波動(dòng)，Co 可取可取 1 F 。UO = 12VW7812123Co+UICi三端集成穩(wěn)壓器的幾種應(yīng)用電路：三端集成穩(wěn)壓器的幾種應(yīng)用電路： 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社(1) 同時(shí)輸出

19、正、負(fù)電壓的電路同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的電路24V24V220 VW7815W7915132321+CC1000 F 1000 F Ci0.33 F Ci0.33 F CO1 F CO1 F+15 V 15 V 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社( (2) ) 輸出電壓可調(diào)的電路輸出電壓可調(diào)的電路W78 Ci CO+UI + U + +UO R1R2R3R4 UUO211433URRRURRR URRRRRU43312O)1(可見移動(dòng)電位器滑動(dòng)端可見移動(dòng)電位器滑動(dòng)端，改變電阻改變電阻 R2 和和 R1 的比值的比值，便可調(diào)節(jié)輸出電壓便可調(diào)節(jié)輸出電壓

20、 UO 的大的大小。小。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社O1.25(1)VpRUR 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社*12.4晶閘管及可控整流電路晶閘管及可控整流電路12.4.1晶閘管晶閘管AGKPNPN陽極陽極陰極陰極控制極控制極AKG符號(hào)符號(hào)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)(1) 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)晶閘管晶閘管是具有是具有三個(gè)三個(gè) PN 結(jié)的四層結(jié)的四層結(jié)構(gòu)。引出的三個(gè)結(jié)構(gòu)。引出的三個(gè)電極分別為陽極電極分別為陽極 A，陰極陰極 K 和控制極和控制極( (或稱門極或稱門極) )G。 高高 等等 教教 育育 出出

21、版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社(2) 工作原理工作原理S( (c) )S( (a) )S( (b) )可用下面的實(shí)驗(yàn)來說明晶閘管的工作原理可用下面的實(shí)驗(yàn)來說明晶閘管的工作原理晶閘管導(dǎo)通晶閘管導(dǎo)通( (燈亮燈亮) )必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：第一，在陽極與必須同時(shí)具備兩個(gè)條件：第一，在陽極與陰極之間加正向電壓；第二，控制極和陰極之間也要加正向陰極之間加正向電壓；第二，控制極和陰極之間也要加正向電壓電壓( (實(shí)際上加正觸發(fā)脈沖實(shí)際上加正觸發(fā)脈沖) )。晶閘管導(dǎo)通后晶閘管導(dǎo)通后，斷開控制極斷開控制極 圖圖(b)(b)所示所示 ，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通, ,即晶閘管一旦導(dǎo)通后

22、即晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用控制極就失去控制作用( (這對(duì)普通晶這對(duì)普通晶閘管而言閘管而言) )。 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社要使從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為阻要使從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為阻斷斷( (截止截止) )，必須切斷陽極電源必須切斷陽極電源, ,或在陽極或在陽極與陰極之間加反向電壓與陰極之間加反向電壓，或?qū)㈦娏鳒p小到某一數(shù)值或?qū)㈦娏鳒p小到某一數(shù)值( (維持電維持電流流 IH) )以下。以下。(3) 伏安特性伏安特性導(dǎo)通導(dǎo)通阻斷阻斷OIHIAUAUBRUBOIG0 IG1 IG2+ +從正向特性看從正向特性看，當(dāng)當(dāng) UA UBO 時(shí)時(shí)，晶閘管晶閘管處

23、于阻斷狀態(tài)處于阻斷狀態(tài)，只有很小的漏電流通過。當(dāng)只有很小的漏電流通過。當(dāng) UA 增大到某一數(shù)值時(shí)，增大到某一數(shù)值時(shí)，晶閘管晶閘管由阻由阻斷狀態(tài)突然導(dǎo)通，斷狀態(tài)突然導(dǎo)通， 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社這時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓稱為正向轉(zhuǎn)折電壓這時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓稱為正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO 。IG 越大，越大，UBO越越低。低。晶閘管導(dǎo)通后，晶閘管導(dǎo)通后，就有較大電流通過，但管壓降只有就有較大電流通過，但管壓降只有 1 V左右。左右。 從反向特性看，從反向特性看，晶閘管晶閘管處于阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電處于阻斷狀態(tài)，只有很小的反向漏電流通過，當(dāng)流通過，當(dāng)

24、反向電壓反向電壓增大到某一數(shù)值時(shí)，使增大到某一數(shù)值時(shí)，使晶閘管晶閘管反向反向?qū)▽?dǎo)通( (擊擊穿穿) )，所對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向轉(zhuǎn)折電壓所對(duì)應(yīng)的電壓稱為反向轉(zhuǎn)折電壓 UBR 。晶閘管晶閘管的型號(hào)及其含義如下的型號(hào)及其含義如下：K P 導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別導(dǎo)通時(shí)平均電壓組別( (小于小于 100 A 不標(biāo)不標(biāo)) )，共共 9 級(jí)級(jí)，用用 A I 字母表示字母表示 0.4 1.2 V額定電壓額定電壓，用其百位數(shù)或千位數(shù)表示用其百位數(shù)或千位數(shù)表示額定正向平均電流額定正向平均電流( (A) )普通型普通型晶閘管晶閘管 高高 等等 教教 育育 出出 版版 社社高等教育電子音像出版社高等教育電子音像出版社12.4.2可控整流電路可控整流電路單相半控橋式整流電路單相半控橋式整流電路 導(dǎo)通角導(dǎo)通角ug t tuO iO t0u200 2 3 T1，D2導(dǎo)通導(dǎo)通T1，D2導(dǎo)通導(dǎo)通T2，D1導(dǎo)通導(dǎo)通 控制角控制角( (又稱移相角又稱移相角) )在在 u 的正半周，的正半周，T1 和和D2 承承受受正向電壓正向電壓，這時(shí)如引入觸發(fā)脈這時(shí)如引入觸發(fā)脈沖沖 ug，則則 T1 和和 D2 導(dǎo)通導(dǎo)通，而而 T2