直流稳压电路复习及习题答案.doc

1、1第 7 章 直流稳压电源7.1 本章主要知识点7.1.1 整流电路整流电路的作用是将交流电（正弦或非正弦）变换为单方向脉动的直流电，完成这一任务主要是靠二极管的单向导电作用，因此二极管是构成整流电路的核心元件。常用整流电路如表 7.1 所示，应重点掌握单相桥式整流电路。整流电路研究的主要问题是输出电压的波形以及输出电压的平均值 Uo（即输出电压的直流分量大小） ，均列于表 7.1 中。表中还列出了各种整流电路的二极管中流过的电流平均值 ID 和二极管承受的最高反向电压 UDRM，它们是选择二极管的主要技术参数。变压器副边电流的有效值 I2 是选择整流变压器的主要指标之一。分析整流电路工作原理

2、的依据是看哪个二极管承受正向电压，三相桥式整流电路是看哪个二极管阳极电位最高或阴极电位最低，决定其是否导通。分析时二极管的正向压降及反向电流均可忽略不计，即可将二极管视作理想的单向导电元件。表 7.1 各 种 整 流 电 路 性 能 比 较 表类型 整流电路 整流电压波形整流电压平均值 Uo二极管电流平均值ID二极管承受的最高反向电压UDRM变压器副边电流的有效值 I2单相半波+uo-+u2- t0uo0.45U2 Io 21.57Io单相全波uou2u2 t0uo0.9U2 o1I2U0.79 Io单相桥式+uo-+u2- t0uo0.9U2 o1I21.11 Io三相半波u2uo t0uo

3、1.17U2 o31I2U0.59 Io三相桥式u2uo t0uo2.34U2 o31I2U0.82 Io27.1.2 滤波电路滤波电路的作用是减小整流输出电压的脉动程度，滤波通常是利用电容或电感的能量存储功能来实现的。最 简 单 的 滤 波 电 路 是 电 容 滤 波 电 路 ， 滤 波 电 容 C 与 负 载 电 阻 RL 并 联 ， 其 特 点 是 ：（1）输出电压的脉动大为减小，并且电压较高。半波整流： 2oU全波整流： .1（2）输出电压在负载变化时波动较大，只适用于负载较轻且变化不大的场合，一般要求时间常数满足：CRL2)53(T（3）二 极 管 导 通 时 间 缩 短 ， 电 流

4、 峰 值 大 ， 容 易 损 坏 二 极 管 。（4）单相半波整流时二极管承受的最高反向电压增大一倍，为： 2DRMU除了电容滤波电路以外，还有电感滤波电路以及由电容和电感或电阻组成的 LC、CLC 型、CRC 型等复合滤波电路。电感滤波电路的输出电压较低，一般 ，峰值电流很小，输出特性较平坦，2o9.0负载改变时，对输出电压的影响也较小，适用于负载电压较低、电流较大以及负载变化较大的场合，缺点是制作复杂、体积大、笨重，且存在电磁干扰。LC 和 CLC 型滤波电路适用于负载电流较大，要求输出电压脉动较小的场合。负载较轻时常采用 CRC 型滤波电路。7.1.3 直流稳压电路直流稳压电路的作用是将

5、不稳定的直流电压变换成稳定且可调的直流电压的电路，完成这一任务的是稳压管的稳压作用或在电路中引入电压负反馈。1 并联型线性稳压电路并联型线性稳压电路是将稳压管与负载电阻并联，稳压管工作在反向击穿区，可在一定的条件下使输出电压基本不变，从而起到稳定电压的作用，如图 7.1 所示。+Ui-+Uo-RLVDZ+UZ-R+ UR -IoIZI图 7.1 并联型直流稳压电路稳压过程：Uo IZ IR URUo选择稳压管选择： oi maxZM)32(5.1II限流电阻选择：3omaxZinominZMiaxIURIU2串联型线性稳压电路串联型直流稳压电路的基本原理图如图 7.2 所示。整个电路由 4 部

6、分组成：（1）取样环节。由 R1、R P、 R2 组成的分压电路构成。它将输出电压 Uo 分出一部分作为取样电压Uf，送到比较放大环节。（2）基准电压。由稳压二极管 VDZ 和电阻 R3 构成的稳压电路组成。它为电路提供一个稳定的基准电压 UZ，作为调整、比较的标准。（3）比较放大环节。由 V2 和 R4 构成的直流放大电路组成。其作用是将取样电压 Uf 与基准电压 UZ之差放大后去控制调整管 V1。（4）调整环节。由工作在线性放大区的功率管 Vl 组成。V l 的基极电流 IB1 受比较放大电路输出的控制，它的改变又可使集电极电流 IC1 和集、射电压 UCEl 改变，从而达到自动调整稳定输

7、出电压的目的。+Uf-+Ui-IoR1RLRaR2 RbR4 R3RPUBE2V1V2UBE1+Uo-UZ+-+VDZ图 7.2 串联型稳压电路稳压过程：Uo Uf IB2 IC2 UC2 IB1 UCE1Uo输出电压： ZRbao用电位器 RP 即可调节输出电压 Uo 的大小，但 Uo 必定大于或等于 UZ。3线性集成稳压器三端稳压器有 W78和 W79两种系列，如图 7.3 所示，其中电容 C1 用以抵消较长线路的电感效应，防止产生自激振荡，电容 C2 用以减小电路的高频噪声，C 1 一般取 0.11F，C 2 取1F。W 78系 列 输 出 正 电 压 ， W79系 列 输 出 负 电

8、压 ， 输 出 电 压 有5V、 6V、 8V、 9V、 10V、 12V、 15V、 18V、 24V 等 多 种 ， 输 出 电 流 可 达 1A、 2A 等 多 种 ， 最 高 输 入 电 压 为35V， 输 入 电 压 与 输 出 电 压 之 差 最 小 为 2 3V， 输 出 电 压 变 化 率 为 0.1 0.2 。W78C1 C2+Ui-+Uo-1 23W79C1 C2-Ui+-Uo+3 21（a）输出固定正电压的电路 （b）输出固定负电压的电路图 7.3 三端稳压器基本接线图43.4开关稳压电路开关型稳压电路具有效率高、体积小、重量轻、对电网电压的要求不高等优点，其缺点是调整管

9、的控制电路比较复杂，并且输出电压中纹波和噪声成分较大。7.2 习题解答7-1 有一单相桥式整流电路，已知变压器副绕组电压为 100V，负载电阻为 2k,忽略二极管的正向电阻和反向电流。试求：(1)负载电阻 RL 两端电压的平均值 Uo 及电流的平均值 IL；(2)二极管中的平均电流ID 及各管承受的最高反压 UDRM。解： (1) V90.o2IL= mAR4513(2) , ID= =22.5mA2DMU2L分析：对单相整流电路参数的掌握是本章的重点。名称 负载直流电 压 Uo负载电流平均值每只管子的平均电流 DI每个管子承受的最大反向 电压 DRMU单相半波 0.45U2 LR245.0I

10、o U2单相全波 0.9U2 L29.0.5 Io 2 U2单相桥式 0.9U2 LR2.00.5 Io U27-2 单相桥式整流电路中，若有一个二极管相反、短接以及断开会出现什么现象？解：若一二极管极性接反，会造成副边绕组和部分二极管过流以至被烧毁；若一二极管开路，此时全波整流变成半波整流；若一二极管被短路，此时变压器副边线圈可能烧毁。分析：对于单相桥式整流电路5桥式全波整流电路的各种故障及现象(1)二极管 D1 开路、未接通，此时全波整流变成半波整流。u 2 正半周的波形无法送到 RL 上。(2)二极管 Dl 被短路，此时二极管 D2 和变压器副边线圈可能烧毁。(3)二极管 D1 极性接反

11、，这样在 u2 负半周时，变压器副边输出直接加在两个导通的二极管 Dl、D2 上，造成副边绕组和二极管 D1、 D2 过流以至被烧毁。(4)二极管 D1、D 2 极性都接反，此时正常的整流通路均被切断，电路无输出，u o 为 0。(5)二极管 D1 开路，D 2 被短路，此时全波整流变成半波整流，u 2 负半周时输出负载 RL 上有整流后的波形。7-3 图 7-21 电路中，二极管为理想元件，u 1 为正弦交流电压，已知交流电压表 V1 的读数为 100V，负载电阻 RL = 1k，求开关 S 断开和闭合时直流电压表 V2 和电流表 A 的读数。 （设各电压表的内阻为无穷大，电流表的内阻为零）

12、 21ui2SiORLuo图 7-21 题 7-3 图解： 开关 S 断开，电路为半波整流电路电压表(V2)的读数为 ，电流表(A) 的读数为 =45mA。V45.0o2ULRUI245.0开关 S 闭合，单路是单向全波整流电路电压表(V2)的读数为 ，电流表(A)的读数为 =90mA。9.2 LI29.7-4 整流电路见图 7-22，二极管为理想元件，它能提供两种整流电压。已知变压器二次电压有效值， ，负载电阻 ， 。 试求：(1) 通过两个负载的V8021UV023Uk51LRk502L平均电流 和 ；(2) 每个二极管承受的最高反向电压 。1oI2图 7-22 题 7-4 图解：图 P8

13、3 所示整流电路可分作两部分：次级线圈 、 (80 +20)V、V D1、 RL1 构成一个半21U16波整流电路；两段 、 20V 线圈、V D2、VD 3、R L2 构成一个全波整流电路。2U3(1) mA6.0159.mA91054. 2O31O II(2) ,40)(2DRM.232分析：做本题的时候应该注意整流电路电流的方向和二极管箭头的方向一致， 的实际方向和参考方向O2I相反，所以是负值。7-5 电路见图 7-23，已知变压器二次边电压 ，滤波电容 ，负载电V314sin202tuF50C阻 ，试 求：(1) 当开关 S 断开时，输出电压平均值, 二极管所承受的最高反向电压；(2

14、) 当开50LR关 S 闭合时，输出电压平均值, 流过二极管的电流平均值。图 7-23 题 7-5 图解: (1) 当开关 S 断开时; 电路为单相全波整流电路不带有滤波环节， ; V189.02UV28.UDRM(2) 当开关 S 闭合时;电路为单相全波整流电路带有滤波环节, ; 4.120mA4.50.LI7-6 整流滤波稳压电路见图 7-24，已知 ， ， ， ，稳压管V30IU12okRkL的稳定电流 与 试求：(1) 通过负载和稳压管的电流 ；(2) 变压器二次电压的zminI 18zaxI有效值；(3) 通过二极管的平均电流和二极管承受的最高反向电压。图 7-24 题 7-6 图名

15、称 负载直流电 压 Uo适用场合单相全波整流电路经电容滤波 1.2U2电容滤波电路外特性较差，适用于负载小，且变化不大的场合 TCRL)105(单相全波整流电路经电容滤波 0.9U2适用于大负载的场合 L7解： (1) ， ,mARUIL31042003129IRUmAR6mAZLII(2)因为电容的滤波作用 所以 。 2.I V5./2(3) ，DR0.5.I 3.5DRM7-7 串联型稳压电路见图 7-25，稳压管 VS 的稳定电压为 5.3V，电阻 R1=R2=200，晶体管的UBE=0.7V。(1) 试说明电路的如下 4 个部分分别由哪些元器件构成：调整管、放大环节、基准环节、取样环节

16、；(2) 当 RP 的滑动端在最下端时，U o=15V，求 RP 的值；(3) 当 RP 的滑动端移至最上端时，问 Uo=？图 7-25 题 7-7 图解： 所示为一完整的整流、滤波、稳压电路。其中的串联式稳压电路包含：调整管、基准电压、取样环节、放大环节四部分。它们分别由下列元器件构成：调整管由三极管 V1 构成。基准电压由电阻 R 和稳压管组成。取样环节由电阻 R1、R 2 和电位器 RP 组成。放大环节由三极管 V2 和电阻 RC2 组成。 当 RP 的滑动端在最下端时，有：BE2Z2P1oUU因此，可得：()107.03521BE2ZoP RR 若 RP 的滑动端移至最上端时，可得：(

17、V)102.)()(2P1BE2Zo U7-8 在图 7-26 中所示的稳压电源电路中，A 为理想运算放大器，试给出在下列小题填空：8图 7-26 题 7-8 图1若电容 C1 两端的直流电压 Ui=18V，则表明 U2（有效值） 15 V；解：整流电路经电容滤波后 1.2U2 所以I 15./8若 U2 的数值不变，而电容 C1 脱焊，则电路为全波整流电路无滤波环节，U i= 5.139.02UV，若有一只整流二极管断开，且电容 C1 脱焊，电路变为单相半波整流电路则 Ui= V。7.64.22要使 RP 的滑动端在最下端时 Uo=18V，则 RP 的值应为 1 k，在此值下，当 RP 的滑

18、动端在最上端时，U o= 12V 。3设 Ui=24V，设调整管 V 的饱和压降 UCE3V，在上题条件下，V 能否对整个输出电压范围都起到调整作用？答： 不能 ，理由是调整管的压降范围应该 UCEmax UImax UOmin 8V。 。4在 Ui=24V 的情况下，当 IE=500mA 时，R P 的滑动端处于什么位置（上或下）时 V 的耗散功率最大？答： 上端时 ，它的数值是 PT IEUCE 500mA*（ 24-12） =6W。7-9 在图 7-27 中画出了两个三端集成稳压器组成的电路，已知电流 IW=5mA。(1) 写出图 7-28a 中 Io 的表达式，当 RL=5,算出具体数值；(2) 写出图 7-28b 中 Uo 的表达式，并算出当 R2=5 时的具体数值；(3) 指出这两个电路分别具有什么功能。图 7-27 题 7-9 图解：a） mAIR15W60VIUL30A 电路相当与可调电流源b） mIR15AW62i_iUiU o9mVRIULR30562.10B 电路相当与一个可调电压源