整流和滤波.pptx

下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第18章章 直流稳压电源直流稳压电源18.2 18.2 滤波器滤波器滤波器滤波器18.3 18.3 直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源直流稳压电源18.1 18.1 整流电路整流电路整流电路整流电路下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：1.1.理解单相整流电路和滤波理解单相整流电路和滤波理解单相整流电路和滤波理解单相整流电路和滤波电路电路的工作原理及的工作原理及的工作原理及的工作原理及 参数的计算参数的计算参数的计算参数的计算;2.2.了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理原理原理原理;3.3.了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。了解集成稳压电路的性能及应用。第第18章章 直流稳压电源直流稳压电源下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页第第18章直流稳压电源章直流稳压电源小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成小功率直流稳压电源的组成功能：功能：把交流电压变成稳定的大小合适把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压的直流电压u4uou3u2u1交流电源交流电源交流电源交流电源负载负载负载负载变压变压变压变压整流整流整流整流滤波滤波滤波滤波稳压稳压稳压稳压下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页18.1 整流电路整流电路整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用整流电路的作用:将交流电压转变为脉动的直流电压。将交流电压转变为脉动的直流电压。常见的整流电路：常见的整流电路：常见的整流电路：常见的整流电路：半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。等。分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：分析时可把二极管当作理想元件处理：二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。整流原理：整流原理：整流原理：整流原理：利用二极管的单向导电性利用二极管的单向导电性下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页uDO18.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 u u 正半周，正半周，正半周，正半周，V Va aVVb b，二极管二极管二极管二极管D D导通；导通；导通；导通；3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形 u 负半周，负半周，VaVVb b，二二二二极管极管极管极管 D D1 1、D D3 3 导通，导通，导通，导通，D D2 2、D D4 4 截止截止截止截止 。3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形uD2uD41.1.电路结构电路结构电路结构电路结构 uouD t tRLuiouo1234ab+动画动画u下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻，负载电阻 RL=50，负载电压，负载电压Uo=100V，试求变压器的变比和容量，并选择二极管。试求变压器的变比和容量，并选择二极管。I=1.11 Io=2 1.11=2.2 A 变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器副边电流有效值变压器容量变压器容量变压器容量变压器容量 S=U I=122 2.2=207.8 V A变压器副边电压变压器副边电压 U 122 V 可选用二极管可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为，反向工作峰值电压为300V。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例例例2 2 2 2：试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管试分析图示桥式整流电路中的二极管D D2 2 或或或或D D4 4 断断断断开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。开时负载电压的波形。如果如果如果如果D D2 2 或或或或D D4 4 接反，后果如何接反，后果如何接反，后果如何接反，后果如何？如果如果如果如果D D2 2 或或或或D D4 4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？因击穿或烧坏而短路，后果又如何？uo+_u+_RLD2D4 D1D3解：解：解：解：当当D2或或D4断开后断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和和D3导导通，负载中有电流通，负载中有电流过，负载电压过，负载电压uo o=u；负半周时，；负半周时，D1和和D3截止，负载中无电流通截止，负载中无电流通过，负载两端无电压，过，负载两端无电压，uo o=0=0。uo u 2 34twtw234oo下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4接反接反接反接反 则正半周时，二极管则正半周时，二极管D1、D4或或D2、D3导通，电流导通，电流经经D1、D4或或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因而造成电源短路，电流很大，因此变压器及此变压器及D1、D4或或D2、D3将被烧坏。将被烧坏。如果如果如果如果D D2 2或或或或D D4 4因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与则正半周时，情况与D2或或D4接反类似，电源及接反类似，电源及D1或或D3也将因电流过大而烧坏。也将因电流过大而烧坏。uo+_u+_RLD2D4 D1 D3下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页18.2 滤波器滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。其中既有直流成份又有交流成份。滤波原理：滤波原理：滤波原理：滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电滤波电路利用储能元件电容两端的电压压(或通过电感中的电流或通过电感中的电流)不能突变的特性不能突变的特性,滤掉整流滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。到平滑输出电压波形的目的。方法：方法：将电容与负载将电容与负载RL并联并联(或将电感与负载或将电感与负载RL串串联联)。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 18.2.1 电容滤波器电容滤波器 1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构2.2.工作原理工作原理工作原理工作原理 u uC时，二极管导通，时，二极管导通，电源在给负载电源在给负载RL供电的供电的同时也给电容充电，同时也给电容充电，uC 增加，增加，uo=uC。u u u uC时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载时，二极管截止，电容通过负载R RL L 放电，放电，放电，放电，u uC C按指数规律下降，按指数规律下降，按指数规律下降，按指数规律下降，u uo o=u uC 。+Cici +aDuoubRLio=uC 3.3.工作波形工作波形工作波形工作波形二极管承受的最高反向电压为二极管承受的最高反向电压为 。动画动画uou tO tO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页4.4.电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(T T 电源电压的周期电源电压的周期电源电压的周期电源电压的周期)(1)(1)输出电压的脉动程度与平均值输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间与放电时间 常数常数RLC有关。有关。R RL LC C 越大越大越大越大 电容器放电越慢电容器放电越慢电容器放电越慢电容器放电越慢 输出电压的平均值输出电压的平均值输出电压的平均值输出电压的平均值U Uo o 越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。越大，波形越平滑。近似估算取：近似估算取：Uo=1.2 U (桥式、全波）桥式、全波）Uo=1.0 U（半波）半波）当负载当负载当负载当负载R RL L 开路时，开路时，开路时，开路时，U UOO 为了得到比较平直的输出电压为了得到比较平直的输出电压下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页(2)(2)外特性曲线外特性曲线外特性曲线外特性曲线有电容有电容滤波滤波1.41.4U U 无电容滤波无电容滤波0.45.45U U UooIO 结论结论 采用电容滤波时，输出电采用电容滤波时，输出电采用电容滤波时，输出电采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即压受负载变化影响较大，即压受负载变化影响较大，即压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。带负载能力较差。带负载能力较差。带负载能力较差。因此电容滤波适合于要求因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。小且负载变化较小的场合。(3)(3)流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大流过二极管的瞬时电流很大选管时一般取：选管时一般取：选管时一般取：选管时一般取：I IOM OM=2=2 I ID D RLC 越大越大O 越高，越高，IO 越越大大整流二极管导通时间越短整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。的峰值电流越大。iD tuo tOO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例：例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL=200，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流流过二极管的电流二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值变压器副边电压的有效值 uRLuo+C解：解：1.1.选择整流二极管选择整流二极管选择整流二极管选择整流二极管可选用二极管可选用二极管2CP11IOM=100mA UDRM=50V 下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例：例：有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率率 f=50Hz，负载电阻，负载电阻 RL=200，要求直流输出电，要求直流输出电压压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。，选择整流二极管及滤波电容器。取取 RLC=5 T/2已知已知RL=50 uRLuo+C解：解：2.选择滤波电容器选择滤波电容器可选用可选用C=250 F，耐压为，耐压为50V的极性电容器的极性电容器下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页18.2.2 电感电容滤波器电感电容滤波器1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构L uRLuo+C2.2.滤波原理滤波原理滤波原理滤波原理 对直流分量对直流分量对直流分量对直流分量:X XL L=0=0=0=0，L L L L相当于短路相当于短路相当于短路相当于短路,电压大部分降电压大部分降电压大部分降电压大部分降在在在在R RL L上。对谐波分量上。对谐波分量上。对谐波分量上。对谐波分量:f f 越高越高越高越高,X XL L越大越大越大越大,电压大部分降电压大部分降电压大部分降电压大部分降在在在在L L上。上。上。上。因此因此因此因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压。在负载上得到比较平滑的直流电压。当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化电势阻碍电流的变化电势阻碍电流的变化电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。使负载电流和电压的脉动减小。使负载电流和电压的脉动减小。使负载电流和电压的脉动减小。LCLC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。的场合，用于高频时更为合适。的场合，用于高频时更为合适。的场合，用于高频时更为合适。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页18.2.3 形形滤波器滤波器 形形形形 LC LC 滤波器滤波器滤波器滤波器 滤波效果比滤波效果比LC滤波器更好，滤波器更好，但二极管的冲但二极管的冲击电流较大。击电流较大。比比 形形 LC 滤波器的体积滤波器的体积小、成本低。小、成本低。L uRLuo+C2+C1 形形形形 RC RC 滤波器滤波器滤波器滤波器R uRLuo o+C2+C1 R R 愈大，愈大，愈大，愈大，C C2 2愈大，愈大，愈大，愈大，滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但滤波效果愈好。但R R 大将使直大将使直大将使直大将使直流压降增加，流压降增加，流压降增加，流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。出电压脉动很小的场合。出电压脉动很小的场合。出电压脉动很小的场合。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页N1N3C20.047 FD2D3D4D12CZ12A4N2FU23A2000 F/50V+C124VFU11A直流直流24V交流交流220V交直流收扩两用机电源交直流收扩两用机电源下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页磁路实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。实际电路中有大量电感元件的线圈中有铁心。线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电线圈通电后铁心就构成磁路，磁路又影响电路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也路。因此电工技术不仅有电路问题，同时也有磁路问题。有磁路问题。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页变压器极性是用来标志在同一时刻初级绕组的线圈端头与次级绕组的线圈端头彼此电位的相对关系。因为电动势的大小与方向随时变化，所以在某一时刻，初、次级两线圈必定会出现同时为高电位的两个端头，和同时为低电位的两个端头，这种同时刻为高的对应端叫变压器的同极性端。由此可见，变压器的极性决定线圈绕向，绕向改变了，极性也改变。在实用中，变压器的极性是变压器并联的依据，按极性可以组合接成多种电压形式，如果极性接反，往往会出现很大的短路电流，以致烧坏变压器。因此，使用变压器时必须注意铭牌上的标志。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页变压器线圈极性的测定变压器线圈极性的测定(1)同极性端的标记同极性端的标记(2)同极性端的测定同极性端的测定毫安表的指针正偏毫安表的指针正偏1和和3是同极性端；反是同极性端；反偏偏1和和4是同极性端。是同极性端。U13=U12U34时时1和和3是同是同极性端；极性端；U13=U12U34时时1和和4是同极性端。是同极性端。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页测定副边绕组的相对极性方法一：如图5.12.3(a)所示，测量连接后的端口电压，此时，若电压表的读数为两个绕组开路时的电压之和，那么用导线相连的端点为异名端。若电压表的读数为零，则用导线相连的端点为同名端。(a)测定副边绕组的异极(b)测定副边绕组的同极性(c)副边绕组的并联 图5.12.3 测定副边绕组的相对极性下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页 方法二：如图5.12.3(b)所示，测量连接后的端口电压，此时，若电压表的读数为零，那么用导线相连的端点为同名端并且两个绕组的输出电压相等，此时可以连接成并联接法。若电压表的读数为两个绕组开路时的电压之和，则用导线相连的端点为异名端。在测定变压器的同名端之后，副边绕组的并联联接如图5.12.3(c)所示以。下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页稳压二极管稳压二极管1.1.符号符号符号符号 UZIZIZM UZ IZ2.2.伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其电流变化很大，但其两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，两端电压变化很小，利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作在电路中可起稳压作用。用。用。用。_+UIO下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页单一参数的交流电路单一参数的交流电路一、电流、电压的关系一、电流、电压的关系若已知：若已知：iR=IRmsint则：则：uR=Umsint其中：其中：URm=二、阻抗二、阻抗ZZ=R+uiRRtuitpR+uRIRm.R（、k、m）电阻元件的交流电路电阻元件的交流电路下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电感元件的交流电路电感元件的交流电路一、电流电压的关系一、电流电压的关系若已知：若已知：iL=ILmsint则：则：其中其中:ULm=+uL_uL比比iL超前超前90二、阻抗二、阻抗|Z|f=0时，时，|Z|=XLfLiLL uL=ULmsin(t+90)diLdt=LILmcost+_u电感阻交流的能力越强。电感阻交流的能力越强。fXL频率越高，频率越高，=L=i+90直流，直流，XL=0，L短路，短路，L通直流；通直流；XL L阻交流；阻交流；ILmL=ILmXL感抗：感抗：=2 f L下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页UL比比IL大大XL倍，倍，3.相量电路模型相量电路模型例：若有例：若有4j，UL在在IL基础上基础上逆时针逆时针转转90，UL2.相量式相量式所以要乘上（所以要乘上（j）ILL+_jXLjL故：故：ULIL XL jj XLj XLILULIL即：即：jL相位上：相位上：数量上：数量上：则知则知XL=4所以要乘上（所以要乘上（XL）先分析先分析 与与 的关系的关系ILUL下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页电容元件的交流电路电容元件的交流电路一、电流电压的关系一、电流电压的关系若已知：若已知：uC=UCmsint则：则：其中其中:ICm=+uC_iC比比uC超前超前90二、阻抗二、阻抗|Z|f=0时，时，|Z|=XCfCiCC iC=ICmsin(t+90)duCdt=C UCmcost+_u电容通交流的能力越强。电容通交流的能力越强。fX L i=u+90直流，直流，XC=，C开路，开路，C隔直流；隔直流；XCC通交流；通交流；C UCm=UCm/XC容抗：容抗：C1=2 fC1=频率越高，频率越高，下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例1.解解(1)：解解(2)：-30U=731.4=220 (V)(2)U=12730V，ULIL30I-90第（第（2）题相量图）题相量图u=I=U/XL=4(A)，=4+1一电感线圈，一电感线圈，L=100mH，f=50HZ(1)i=7 2sint A，求求 u=?求求I并画相量图。并画相量图。+uL_LiL+_u220 2sin(t+90)VXL=2 f L=31.4()已知已知U=127 V下一页下一页总目录总目录 章目录章目录返回返回上一页上一页例例2.解解(1)：解解(2)：-60(2)I=0.160V，60-90第（第（2）题相量图）题相量图i=UC=IXC=79.6(V)=79.6+1一电容器，一电容器，C=4F，f=50HZ(1)u=220 2sint V，求求 i=?求求U并画相量图。并画相量图。XC=1/2 fC=796()已知已知 I=0.1AIC=UC/XC=0.276 (A)0.276 2(t+90)A+UC_CiC+_uUCICUC