單相整流電路課件

《模擬電子技術基礎》沈任元吳勇主編

—機械工業(yè)出版社、高等職業(yè)技術教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材第一章半導體二級管及其應用第三節(jié)單相整流電路授課教師:李彩云

學校：上饒職業(yè)技術學院下翻《模擬電子技術基礎》沈任元吳勇主編

1課時數(shù)：兩節(jié)課教學目的：

1、掌握半波整流和橋式整流電路結構、工作原理、負載電壓和電流的計算，以及整流二極管的電流和最大反向電壓分析與計算。2、理解單相半波整流電路和單相橋式整流電路的特點及應用。3、理解電壓平均值的概念，了解平均值的求法。4、能熟練繪制單相半波及橋式整流電路圖。下翻上翻下翻上翻2教學重點：

1、整流電路結構與工作原理2、負載電壓和電流的計算及整流二極管電流和最大反向電壓的分析。教學難點：整流電路工作原理（提示：以動畫方式來突破教學中抽象且不易表述清楚的難點知識，直觀地體現(xiàn)出電路中電流的工作情況。）下翻上翻教學重點：下翻上翻3復習提問新課引入新課內(nèi)容鞏固訓練主目錄下翻上翻課堂小結復習提問新課引入新課內(nèi)容鞏固訓練主目4

一、復習提問1.問:二極管的組成結構與典型特性是?

參考回答：二極管由一個PN結、兩根電極（陰極和陽極）和外殼組成。其典型特性就是PN結的特性：即單向?qū)щ娦浴?.整流二極管的結構特點是？參考回答：結面積較大，允許通過的電流較大，一般為面接觸型或平面型結構。返回主目錄下翻上翻一、復習提問1.問:二極管的組成結構與典型特性是?5

二、新課引入返回主目錄下翻上翻思考：如果在交流電源和負載之間接一個開關，當交流電源的正半周到來時，把開關合上，讓電源電壓送到負載，當交流電源的負半周到來時，把開關斷開，讓負載得不到電源電壓，從而使負載得到單向脈動直流電壓，實現(xiàn)整流的目的。想一想：能否用手動開關來實現(xiàn)這個任務？

分析：從理論上是行得通的，但實際上交流電流的頻率相對手的動作頻率大得多，不可能用手來控制開關達到整流目的，例如：我國的工頻電流為50HZ，即每秒鐘變化50次，要求開關每秒準確通斷100次，這顯然不是人工能實現(xiàn)的！我們只能利用電子器件來完成這個功能，二極管的“單向?qū)щ娦浴睕Q定了它可以充當這個“自動開關”，實現(xiàn)整流的目的。二、新課引入返回主目錄下翻上翻思考：如果在交流電6

三、新課內(nèi)容

1.

單相半波整流電路

2.

單相橋式整流電路

返回主目錄子目錄下翻上翻

三、新課內(nèi)容返回主目錄子目錄下翻上翻7(一)、單相半波整流電路1、工作原理

其中TR為整流變壓器；V為整流二極管。為分析方便，把二極管當成理想器件，即正向?qū)娮铻榱恪▔航禐榱?；反向截止電阻無窮大、漏電流為零。

交流電經(jīng)變壓器降壓后，在次級線圈上得到的電壓u2仍然為交流電壓，其波形如右圖所示：tO23u2+uｏ–RL~220VVTRu2（其中U2為u2的有效值）其數(shù)學表達式為：下翻上翻返回子目錄(一)、單相半波整流電路1、工作原理其中TR為8

A、當u2為正半周時，V正偏導通，電路中形成電流，電流方向見圖中箭頭所示

：

B、當u2為負半周時，V反偏截止，電路中電流為零，則負載上無壓降，u2全部反加在整流二級管上。即：uV=-u2

uV的波形見右圖：tO23u2

uO

uVtO23+u

V–RL~220V+uO–

VTRu2tO23tO23

iV=iO下翻上翻

u2全部加在負載上。即：

uV=0

uO=

u2

負載電壓uO和負載電流iO波形如右圖所示：A、當u2為正半周時，V正偏導通，電路中形9下翻上翻2、負載RL上的直流電壓和電流的計算①、負載上的平均電壓UL

負載上的電壓為不連續(xù)的脈沖電壓，其大小可以用平均值UL來表示，即：在一個周期（T=2π/ω）內(nèi)進行平均，用實驗和高等數(shù)學的方法都可證明：UL≈0.45U2tO23uOUL

其中U2為變壓器二次電壓有效值。②、負載上的平均電流IL下翻上翻2、負載RL上的直流電壓和電流的計算①、負載上的平均10tO23uV下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管的平均電流IF：②、二極管的最大反向峰值電壓URM：

選整流二極管時考慮的是兩個參數(shù)，即正向?qū)〞r流過二極管的平均電流IF以及反向截止時加在二極管兩端的最大反向峰值電壓URM，實際選用器件時對應參數(shù)必須要大于計算值，且要有一定的裕量。由下面uV的波形圖可得：tO23uV下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管114、單相半波整流的特點與應用

電路簡單、使用器件少、但是對電源的利用率低、輸出電壓脈動大。因此只能用于小功率以及對輸出電壓波形和整流要求不高設備。知識擴展思考：半波整流只利用了電源的一半，試想一想：能否可用另一個半波整流電路把電源的另一半周也進行整流，并且整流后的輸出電流以同樣的方向送給負載利用，這樣不就完全利用了整個電源電壓，而且負載上得到的是連續(xù)的直流脈沖電壓。分析：上述想法完全是可以做到的，只需要有一個輸出端具有中心抽頭的整流變壓器，在上下兩組次級線圈上各接一個半波整流電路，分別對電源的正負半周進行導通。電路圖見下頁：下翻上翻4、單相半波整流的特點與應用電路簡單、使12

顯然這種電路優(yōu)點是對電源的利用率高，兩個半波整流電路輪流導通向負載送電，即：

但這個電路的缺點也是明顯的，變壓器次級線圈匝數(shù)多、體積大；而且V1導通、V2截止時，u2a和u2b疊加后反加在V2上，即：因此對整流二極管的反向耐壓要求提高。下翻上翻

其中V1所組成的半波整流電路把電源正半周電壓送給負載，電流方向如圖紅色箭頭所示：

V2所組成的半波整流電路把電源負半周電壓送給負載，電流方向如圖綠色箭頭所示：u2aRLu2b~220VaＶ1Ｖ2-UL+bTRUL≈0.9U2返回子目錄顯然這種電路優(yōu)點是對電源的利用率高，兩個半波13(二)、單相橋式整流下翻上翻

其中四個整流二級管V1~V4接成電橋形式，所以稱為橋式整流電路。這種電路還有另一種常用的而且非常直觀的畫法。如下圖所示：RLV4V3V2V1u2u1TRRLV4V3V2V1u2u1TRAB返回子目錄(二)、單相橋式整流下翻上翻其中四個整流二級14ioRLV4V3V2V1+uou2u1ABioRLV4V3V2V1u2u1+uoAB1、工作原理下翻上翻①

、u2為

正半周時，A點電壓大于B點電壓，V1和V3正偏導通，V2和V4反偏截止，電流通路為：A→V1→RL

→V3→B②、u2為負半周時，B點電壓大于A點電壓，V2和V4正偏導通，V1和V4反偏截止，電流通路為：B→V2→RL→V4→A

電流方向和回路見下圖中紅色線所示：

電流方向和回路見下圖中綠色線所示：

A．電路分析ioRLV4V3V2V1+u2u1ABioRLV4V3V2V15tOtOtOtO23232233uOu2uＶiO④③②①Ｂ.波形下翻上翻

其中圖①為變壓器次級線圈上的交流正弦電壓波形；

圖②為負載上得到的連續(xù)脈沖直流電壓波形，紅色波形為V1和V3導通產(chǎn)生；綠色為V2和V4導通產(chǎn)生。圖③為負載上電流波形，同電壓波形一樣。圖④為整流二極管的電壓波形，綠色線為V1和V3的電壓波形，紅色線為V2和V4的電壓波形。顯然整流二極管導通時其兩端電壓理想情況為零；截止時其反向電壓峰值為。（注：對二極管的反向電壓的電路分析見后面頁面）tOtOtOtO2323223162.負載RL是直流電壓和電流的計算下翻上翻①、負載上的平均電壓UL

在單相橋式整流電路中，交流電在一個周期內(nèi)的兩個半波都有同方向的電流流過負載，因此在同樣的U2時，該電路輸出的電流和電壓均比半波大一倍，輸出電壓為：UL≈0.9U2

②、負載上的平均電流IL2.負載RL是直流電壓和電流的計算下翻上翻①、負載上的平均17下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管的平均電流IF：②、二極管的最大反向峰值電壓URM：

在橋式整流電路中，由于每只二極管只有半周是導通的，而負載是正負半都導通的，所以流過每只二極管的平均電流只有負載電流的一半，即：

設V1和V3導通，V2和V4截止，則V1和V3相當于短路線，V2和V4承受反向電壓的示意圖見右圖所示：顯然：RLV4V2u2u1下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管的平均電流IF：②、二184.橋式整流電路的簡化畫法+uoRLio~+u2把橋式整流電路中的四只二極管封裝在一起稱為整流橋堆，如右圖所示：~~下翻上翻

橋堆中引出四個接線腳，兩個為交流接線腳，接整流變壓器的二次端，兩個為直流接線腳，接負載的正負極。與整流橋堆相對應，橋式整流電路也可以畫成右邊的簡化圖形式：4.橋式整流電路的簡化畫法+RLio~+把195、單相橋式整流的特點與應用：

橋式整流電路輸出電壓脈動小，每只整流二極管所承受的最大反向電壓與半波整流的一樣。由于每半周內(nèi)變壓器的二次繞組都有電流流過，變壓器的利用效率高。正因為橋式整流電路具有上述優(yōu)點，所以在儀器儀表、通信、控制裝置等設備中應用最為廣泛。下翻上翻返回子目錄返回主目錄5、單相橋式整流的特點與應用：橋式整20

項目類別輸出電壓平均值UO流過二極管電流平均值

IV整流二極管最高反壓URM半波整流0.45U2IO全波整流0.9U20.5IO橋式整流0.9U20.5IO四、課堂小結下翻上翻返回主目錄項目輸出電壓平均值UO流過二極管整流二極管半波21

五、鞏固訓練

課堂訓練題:返回主目錄

1、對橋式整流電路：表達式UL≈0.9U2中的UL指:

A、負載電壓平均值B、負載電壓有效值C、負載電壓瞬時值D、負載電壓最大值回答正確，你真棒！回答錯誤，再想一想！回答錯誤，再想一想！回答錯誤，再想一想！上一題下一題查看答案√下翻上翻五、鞏固訓練課堂訓練題:返回主目錄1、對橋22

2、在橋式整流電路中有四個整流二極管,每一個二極

管流過的平均電流IF與負載平均電流IL相比較，大

小關系闡述正確的選項是：

B、IF是IL的二分之一A、IF是IL的四分之一C、IF和IL一樣大D、IF是IL的兩倍回答正確，你真棒！回答錯誤，再想一想！回答錯誤，再想一想！回答錯誤，再想一想！上一題下一題查看答案√下翻上翻2、在橋式整流電路中有四個整流二極管,每一個二極

23

3、在單相橋式整流電路中,若四個整流二極管中有一個

二極管焊接時接反了,則通電后會出現(xiàn)的現(xiàn)象是:B、變壓器次級線圈短路A、電路變成半波整流C、電路不工作,負載上無輸出電壓D、負載短路回答正確，你真棒！回答錯誤，再想一想！回答錯誤，再想一想！回答錯誤，再想一想！上一題下一題查看答案√下翻上翻分析提示如圖所示：假設V4接反，當u2為正半周時，電流方向必然如圖所示：RLV4V3V2V1u2u1TRAB3、在單相橋式整流電路中,若四個整流二極管中有一個

24課后思考題

一般使用直流電源的用電器,電源的正負極性都不能接反,試設計一個簡單電路,使用電器的電源既使接反了也能正常工作.

課后作業(yè)題課本17面:第7和第8兩題下翻上翻返回主目錄課后思考題一般使用直流電源的用電器,電源的正負極25本課結束返回首頁本課結束返回首頁26《模擬電子技術基礎》沈任元吳勇主編

—機械工業(yè)出版社、高等職業(yè)技術教育機電類專業(yè)規(guī)劃教材第一章半導體二級管及其應用第三節(jié)單相整流電路授課教師:李彩云

學校：上饒職業(yè)技術學院下翻《模擬電子技術基礎》沈任元吳勇主編

27課時數(shù)：兩節(jié)課教學目的：

1、掌握半波整流和橋式整流電路結構、工作原理、負載電壓和電流的計算，以及整流二極管的電流和最大反向電壓分析與計算。2、理解單相半波整流電路和單相橋式整流電路的特點及應用。3、理解電壓平均值的概念，了解平均值的求法。4、能熟練繪制單相半波及橋式整流電路圖。下翻上翻下翻上翻28教學重點：

1、整流電路結構與工作原理2、負載電壓和電流的計算及整流二極管電流和最大反向電壓的分析。教學難點：整流電路工作原理（提示：以動畫方式來突破教學中抽象且不易表述清楚的難點知識，直觀地體現(xiàn)出電路中電流的工作情況。）下翻上翻教學重點：下翻上翻29復習提問新課引入新課內(nèi)容鞏固訓練主目錄下翻上翻課堂小結復習提問新課引入新課內(nèi)容鞏固訓練主目30

一、復習提問1.問:二極管的組成結構與典型特性是?

參考回答：二極管由一個PN結、兩根電極（陰極和陽極）和外殼組成。其典型特性就是PN結的特性：即單向?qū)щ娦浴?.整流二極管的結構特點是？參考回答：結面積較大，允許通過的電流較大，一般為面接觸型或平面型結構。返回主目錄下翻上翻一、復習提問1.問:二極管的組成結構與典型特性是?31

二、新課引入返回主目錄下翻上翻思考：如果在交流電源和負載之間接一個開關，當交流電源的正半周到來時，把開關合上，讓電源電壓送到負載，當交流電源的負半周到來時，把開關斷開，讓負載得不到電源電壓，從而使負載得到單向脈動直流電壓，實現(xiàn)整流的目的。想一想：能否用手動開關來實現(xiàn)這個任務？

分析：從理論上是行得通的，但實際上交流電流的頻率相對手的動作頻率大得多，不可能用手來控制開關達到整流目的，例如：我國的工頻電流為50HZ，即每秒鐘變化50次，要求開關每秒準確通斷100次，這顯然不是人工能實現(xiàn)的！我們只能利用電子器件來完成這個功能，二極管的“單向?qū)щ娦浴睕Q定了它可以充當這個“自動開關”，實現(xiàn)整流的目的。二、新課引入返回主目錄下翻上翻思考：如果在交流電32

三、新課內(nèi)容

1.

單相半波整流電路

2.

單相橋式整流電路

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三、新課內(nèi)容返回主目錄子目錄下翻上翻33(一)、單相半波整流電路1、工作原理

其中TR為整流變壓器；V為整流二極管。為分析方便，把二極管當成理想器件，即正向?qū)娮铻榱恪▔航禐榱?；反向截止電阻無窮大、漏電流為零。

交流電經(jīng)變壓器降壓后，在次級線圈上得到的電壓u2仍然為交流電壓，其波形如右圖所示：tO23u2+uｏ–RL~220VVTRu2（其中U2為u2的有效值）其數(shù)學表達式為：下翻上翻返回子目錄(一)、單相半波整流電路1、工作原理其中TR為34

A、當u2為正半周時，V正偏導通，電路中形成電流，電流方向見圖中箭頭所示

：

B、當u2為負半周時，V反偏截止，電路中電流為零，則負載上無壓降，u2全部反加在整流二級管上。即：uV=-u2

uV的波形見右圖：tO23u2

uO

uVtO23+u

V–RL~220V+uO–

VTRu2tO23tO23

iV=iO下翻上翻

u2全部加在負載上。即：

uV=0

uO=

u2

負載電壓uO和負載電流iO波形如右圖所示：A、當u2為正半周時，V正偏導通，電路中形35下翻上翻2、負載RL上的直流電壓和電流的計算①、負載上的平均電壓UL

負載上的電壓為不連續(xù)的脈沖電壓，其大小可以用平均值UL來表示，即：在一個周期（T=2π/ω）內(nèi)進行平均，用實驗和高等數(shù)學的方法都可證明：UL≈0.45U2tO23uOUL

其中U2為變壓器二次電壓有效值。②、負載上的平均電流IL下翻上翻2、負載RL上的直流電壓和電流的計算①、負載上的平均36tO23uV下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管的平均電流IF：②、二極管的最大反向峰值電壓URM：

選整流二極管時考慮的是兩個參數(shù)，即正向?qū)〞r流過二極管的平均電流IF以及反向截止時加在二極管兩端的最大反向峰值電壓URM，實際選用器件時對應參數(shù)必須要大于計算值，且要有一定的裕量。由下面uV的波形圖可得：tO23uV下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管374、單相半波整流的特點與應用

電路簡單、使用器件少、但是對電源的利用率低、輸出電壓脈動大。因此只能用于小功率以及對輸出電壓波形和整流要求不高設備。知識擴展思考：半波整流只利用了電源的一半，試想一想：能否可用另一個半波整流電路把電源的另一半周也進行整流，并且整流后的輸出電流以同樣的方向送給負載利用，這樣不就完全利用了整個電源電壓，而且負載上得到的是連續(xù)的直流脈沖電壓。分析：上述想法完全是可以做到的，只需要有一個輸出端具有中心抽頭的整流變壓器，在上下兩組次級線圈上各接一個半波整流電路，分別對電源的正負半周進行導通。電路圖見下頁：下翻上翻4、單相半波整流的特點與應用電路簡單、使38

顯然這種電路優(yōu)點是對電源的利用率高，兩個半波整流電路輪流導通向負載送電，即：

但這個電路的缺點也是明顯的，變壓器次級線圈匝數(shù)多、體積大；而且V1導通、V2截止時，u2a和u2b疊加后反加在V2上，即：因此對整流二極管的反向耐壓要求提高。下翻上翻

其中V1所組成的半波整流電路把電源正半周電壓送給負載，電流方向如圖紅色箭頭所示：

V2所組成的半波整流電路把電源負半周電壓送給負載，電流方向如圖綠色箭頭所示：u2aRLu2b~220VaＶ1Ｖ2-UL+bTRUL≈0.9U2返回子目錄顯然這種電路優(yōu)點是對電源的利用率高，兩個半波39(二)、單相橋式整流下翻上翻

其中四個整流二級管V1~V4接成電橋形式，所以稱為橋式整流電路。這種電路還有另一種常用的而且非常直觀的畫法。如下圖所示：RLV4V3V2V1u2u1TRRLV4V3V2V1u2u1TRAB返回子目錄(二)、單相橋式整流下翻上翻其中四個整流二級40ioRLV4V3V2V1+uou2u1ABioRLV4V3V2V1u2u1+uoAB1、工作原理下翻上翻①

、u2為

正半周時，A點電壓大于B點電壓，V1和V3正偏導通，V2和V4反偏截止，電流通路為：A→V1→RL

→V3→B②、u2為負半周時，B點電壓大于A點電壓，V2和V4正偏導通，V1和V4反偏截止，電流通路為：B→V2→RL→V4→A

電流方向和回路見下圖中紅色線所示：

電流方向和回路見下圖中綠色線所示：

A．電路分析ioRLV4V3V2V1+u2u1ABioRLV4V3V2V41tOtOtOtO23232233uOu2uＶiO④③②①Ｂ.波形下翻上翻

其中圖①為變壓器次級線圈上的交流正弦電壓波形；

圖②為負載上得到的連續(xù)脈沖直流電壓波形，紅色波形為V1和V3導通產(chǎn)生；綠色為V2和V4導通產(chǎn)生。圖③為負載上電流波形，同電壓波形一樣。圖④為整流二極管的電壓波形，綠色線為V1和V3的電壓波形，紅色線為V2和V4的電壓波形。顯然整流二極管導通時其兩端電壓理想情況為零；截止時其反向電壓峰值為。（注：對二極管的反向電壓的電路分析見后面頁面）tOtOtOtO2323223422.負載RL是直流電壓和電流的計算下翻上翻①、負載上的平均電壓UL

在單相橋式整流電路中，交流電在一個周期內(nèi)的兩個半波都有同方向的電流流過負載，因此在同樣的U2時，該電路輸出的電流和電壓均比半波大一倍，輸出電壓為：UL≈0.9U2

②、負載上的平均電流IL2.負載RL是直流電壓和電流的計算下翻上翻①、負載上的平均43下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管的平均電流IF：②、二極管的最大反向峰值電壓URM：

在橋式整流電路中，由于每只二極管只有半周是導通的，而負載是正負半都導通的，所以流過每只二極管的平均電流只有負載電流的一半，即：

設V1和V3導通，V2和V4截止，則V1和V3相當于短路線，V2和V4承受反向電壓的示意圖見右圖所示：顯然：RLV4V2u2u1下翻上翻3、整流二極管的選擇①、二極管的平均電流IF：②、二444.橋式整流電路的簡化畫法+uoRLio~+u2把橋式整流電路中的四只二極管封裝在一起稱為整流橋堆，如右圖所示：~~下翻上翻

橋堆中引出四個接線腳，兩個為交流接線腳，接整流變壓器的二次端，兩個為直流接線腳，接負載的正負極。與整流橋堆相對應，橋式整流電路也可以畫成右邊的簡化圖形式：4.橋式整流電路的簡化畫法+RLio~+把455、單相橋式整流的特點與應用：

橋式整流電路輸出電壓脈動小，每只整流二極管所承受的最大反向電壓與半波整流的一樣。由于每半周內(nèi)變壓器的二次繞組都有電流流過，變壓器的利用效率高。正因為橋式整流