整流与滤波电路精.ppt

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1、整流与滤波电路整流与滤波电路第1页，本讲稿共48页10.1 整流与滤波电路整流与滤波电路1.半波整流电路半波整流电路二极管导通，忽略二极管二极管导通，忽略二极管正向压降，正向压降，uo=u2u1u2aTbDRLuo为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的为分析简单起见，把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。二极管截止二极管截止,uo=0+io+u2 0 时时:u20时时:一一.单相整流电路单相整流电路第2页，本讲稿共48页单相半波整流电压波形单相半波整流电压波形u1u2aTbDRLuouDu2uouD t 2 3

2、 4 0第3页，本讲稿共48页输出电压平均值（输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（输出电流平均值（Io)：()=pwp2 021tduUoo=()pwp 021tdsinw t22U=p2245.02UU=u1u2aTbDRLuouDioIo=Uo/RL=0.45 U2/RL uo 2 0 t第4页，本讲稿共48页二极管上二极管上的的平均电流平均电流及及承受的承受的最高反向电压最高反向电压：u1u2aTbDRLuouDiouD 2 0 tUDRM二极管上的平均电流：二极管上的平均电流：ID =IOUDRM=22U承受的最高反向电压承受的最高反向电压:第5页，本讲稿共48页2.全波整流电路全

3、波整流电路u1u2aTbD1RLuoD2u2io+原理：原理：+变压器副边中心抽头，变压器副边中心抽头，感应出两个相等的电压感应出两个相等的电压u2当当u2正半周时，正半周时，D1导通，导通，D2截止。截止。当当u2负半周时，负半周时，D2导通，导通，D1截止。截止。第6页，本讲稿共48页u1u2aTbD1RLuoD2u2io单相全波整流电压波形单相全波整流电压波形u2uouD1 t 2 3 4 0uD2+0 ：uD2=2u2+忽略二极管正向压降忽略二极管正向压降第7页，本讲稿共48页输出电压平均值（输出电压平均值（Uo）,输出电流平均值（输出电流平均值（Io)：u1u2aTbD1RLuoD2

4、u2iouo 2 0 t()=pwp 01tduUoo=()pwp 01tdsinw t22UIo=Uo/RL=0.9 U2/RL=p229.02UU=2第8页，本讲稿共48页二极管上二极管上的的平均电流平均电流及及承受的承受的最高反向电压最高反向电压：u1u2aTbD1RLuoD2u2io二极管上二极管上的的平均电流：平均电流：oDII21=uD 2 0 tDRM22UU=2二极管承受的二极管承受的最高反向电压最高反向电压：第9页，本讲稿共48页3.桥式整流电路桥式整流电路u1u2TD3D2D1D4RLuo组成：由四个二极管组成桥路组成：由四个二极管组成桥路RLD1D3D2D4u2uou2u

5、o第10页，本讲稿共48页+u1u2TD3D2D1D4RLuou2正半周时电流通路正半周时电流通路D1、D4导通，导通，D2、D3截止截止第11页，本讲稿共48页-+u0u1u2TD3D2D1D4RLu2负半周时电流通路负半周时电流通路D2、D3 导通，导通，D1、D4截止截止第12页，本讲稿共48页集成硅整流桥：集成硅整流桥：u2uo+-+第13页，本讲稿共48页4.整流电路的主要参数整流电路的主要参数 负载电压负载电压 Uo的平均值为的平均值为:()=ootduU2021w负载上的负载上的(平均平均)电流电流:LoRUIo=(1)整流输出电压的平均值整流输出电压的平均值uo 2 0 t第1

6、4页，本讲稿共48页 S定义：定义：整流输出电压的基波峰值整流输出电压的基波峰值Uo1M与与Uo平均值之比。平均值之比。S越小越好。越小越好。（2）脉动系数）脉动系数用傅氏级数对全波整流的输出用傅氏级数对全波整流的输出 uo 分解后可得分解后可得:uo 2 0 t基波基波基波峰值基波峰值输出电压平均值输出电压平均值第15页，本讲稿共48页平均电流平均电流(ID)与反向峰值电压与反向峰值电压(UDRM)是选择整流管的主是选择整流管的主要依据。要依据。oDII21=例如：例如：在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此在桥式整流电路中，每个二极管只有半周导通。因此，流过每只整流二极管的平均电流

7、，流过每只整流二极管的平均电流 ID 是负载平均电流的一半。是负载平均电流的一半。二极管截止时两端承受的最大反向电压：二极管截止时两端承受的最大反向电压：(3)二极管平均电流与反向峰值电压二极管平均电流与反向峰值电压（选购时：二极管额定电流（选购时：二极管额定电流 2ID)（选购时：（选购时：最大反向电压最大反向电压 2URM)第16页，本讲稿共48页二、滤波电路二、滤波电路滤波电路的结构特点滤波电路的结构特点:电容与负载电容与负载 RL 并联，或电感并联，或电感与负载与负载RL串联。串联。交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波直流直流电压电压RLLRLC第17页，本讲稿共4

8、8页1.电容滤波电路电容滤波电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。如图所示。(1)电容滤波原理电容滤波原理a桥式整流电容滤波电路桥式整流电容滤波电路u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC第18页，本讲稿共48页uotu2上升，上升，u2大于电容大于电容上的电压上的电压uc，u2对电容充电，对电容充电，uo=uc u2u2下降，下降，u2小于电容上的电压。小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止。二极管承受反向电压而截止。电容电容C通过通过RL放电，放电，uc按指数按指数规律下降，时间常数规律下降，时间常数 =RL C第19页，本

9、讲稿共48页u2tuot只有整流电路输只有整流电路输出电压大于出电压大于uc时，时，才有充电电流。因才有充电电流。因此二极管中的电流此二极管中的电流是脉冲波。是脉冲波。二极管中的电流二极管中的电流u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSC第20页，本讲稿共48页u2tuot电容充电时，电电容充电时，电容电压滞后于容电压滞后于u2。RLC越小，输出越小，输出电压越低。电压越低。u1u2u1bD4D2D1D3RLuoSCRL接入（且接入（且RLC较大）时较大）时 (考虑整流电路内阻考虑整流电路内阻)第21页，本讲稿共48页一般取一般取)105(TCRL-=(T:电源电压的周期电源电压的周期)近似估

10、算近似估算:Uo=1.2U2 Io=Uo/RL(b)流过二极管瞬时电流很大流过二极管瞬时电流很大RLC 越大越大 Uo越高越高负载电流的平均值越大负载电流的平均值越大;整流整流管导电时间越短管导电时间越短 iD的峰值电流越大的峰值电流越大(2)电容滤波电路的特点电容滤波电路的特点(a)输出电压输出电压 平均值平均值Uo与时间常数与时间常数 RLC 有关有关RLC 愈大愈大 电容器放电愈慢电容器放电愈慢 Uo(平均值平均值)愈大愈大(c)二极管承受的最高反向电压二极管承受的最高反向电压动画演示动画演示第22页，本讲稿共48页2.电感滤波电路电感滤波电路电路结构电路结构:在桥式整流电路与负载间串入

11、一电感在桥式整流电路与负载间串入一电感L就构成就构成了电感滤波电路。了电感滤波电路。u2u1RLLuo第23页，本讲稿共48页电感滤波原理电感滤波原理对谐波分量对谐波分量:f 越高，越高，XL 越大越大,电压大部分降在电压大部分降在XL上。上。因此，因此，在输出端得到比较平滑的直流电压。在输出端得到比较平滑的直流电压。Uo=0.9U2当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压当忽略电感线圈的直流电阻时，输出平均电压约为：约为：u2u1RLLuo对直流分量对直流分量:XL=0 相当于短路相当于短路,电压大部分降在电压大部分降在RL上上第24页，本讲稿共48页3.RC 型型滤波器滤波器改善滤波特性的

12、方法：改善滤波特性的方法：采取多级滤波采取多级滤波uoRu2u1C1C2uo1RLRC 型型滤波器滤波器将将RC 型型滤波器中的电阻换为电感，滤波器中的电阻换为电感，变为变为LC 型型滤波器滤波器第25页，本讲稿共48页10.2 串联式稳压电路串联式稳压电路稳压电路的作用稳压电路的作用:交流交流电压电压脉动脉动直流电压直流电压整流整流滤波滤波有波纹的有波纹的直流电压直流电压稳压稳压直流直流电压电压第26页，本讲稿共48页稳压电源类型稳压电源类型:以下主要讨以下主要讨论线性稳压论线性稳压电路。电路。稳压管稳压管稳压电路稳压电路开关型开关型稳压电路稳压电路线性线性稳压电路稳压电路常用稳压电路常用稳

13、压电路(小功率设备小功率设备)电路最简单，电路最简单，但是带负载能但是带负载能力差，一般只力差，一般只提供基准电压，提供基准电压，不作为电源使不作为电源使用。用。效率较高，效率较高，目前用的也目前用的也比较多，但比较多，但因学时有限，因学时有限，这里不做介这里不做介绍。绍。第27页，本讲稿共48页一一.稳压电路的主要性能指标稳压电路的主要性能指标输出电压变化量输出电压变化量稳压系数稳压系数输出电阻输出电阻温度系数温度系数第28页，本讲稿共48页二二.硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 利利用用稳稳压压二二极极管管的的反反向击穿特性。向击穿特性。由由于于反反向向特特性性陡陡直直，较较大大的

14、的电电流流变变化化，只只会会引引起起较小的电压变化。较小的电压变化。硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路1.1.稳压原理稳压原理第29页，本讲稿共48页(1)(1)当输入电压变化时如何稳压当输入电压变化时如何稳压根据电路图可知根据电路图可知 输输入入电电压压VI的的增增加加，必必然然引引起起VO的的增增加加，即即VZ增增加加，从从而而使使IZ增增加加，IR增增加加，使使VR增增加加，从从而而使使输输出出电电压压VO减减小小。这这一一稳稳压压过过程程可可概括如下：概括如下：VIVOVZIZIRVRVO第30页，本讲稿共48页 硅稳压二极管稳压电路硅稳压二极管稳压电路 这里这里VO减小应理解为

15、，由于输入电压减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳的增加，在稳压二极管的调节下，使压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。的增加没有那么大而已。VO还是要还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。增加一点的，这是一个有差调节系统。第31页，本讲稿共48页2.2.稳压电阻的计算稳压电阻的计算稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大越大，稳压性能越好。稳压性能越好。稳压电阻稳压电阻R 的作用的作用将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到调节作用，同时从而起到调节作用，同时R也是限流电阻。也是限流电阻。显然显

16、然R 的数值越大，较小的数值越大，较小IZ的变化就可引起足够大的的变化就可引起足够大的VR变化，变化，就可达到足够的稳压效果。就可达到足够的稳压效果。但但R 的数值越大，就需要较大的输入电压的数值越大，就需要较大的输入电压VI值，损耗就要加大。值，损耗就要加大。稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。的阻值大小有关。第32页，本讲稿共48页稳压电阻的计算如下稳压电阻的计算如下 当当输输入入电电压压最最小小，负负载载电电流流最最大大时时，流流过过稳稳压压二二极极管管的的电

17、电流流最最小小。此此时时I IZ Z不不应应小小于于I IZminZmin，由由此此可可计计算算出出稳稳压压电电阻阻的的最最大大值值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即(1)(1)第33页，本讲稿共48页稳压二极管在使用时稳压二极管在使用时一定要串入限流电阻，不一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏！否则会造成损坏！当当输入电压最大，负载电流最小输入电压最大，负载电流最小时，流过时，流过 稳压二极管的电流最大。此时稳压二极管的电流最大。此时I IZ Z不应超过不应超过I IZmaxZmax，由，由 此可计算出此可

18、计算出稳压电阻的最小值稳压电阻的最小值。即。即(2)(2)第34页，本讲稿共48页三三.串联型稳压电源串联型稳压电源1.1.串联型稳压电源的构成串联型稳压电源的构成 VO=VI-VR，当当VIR VR在在一一定定程程度度上上抵抵消了消了VI增加对输出电压的影响。增加对输出电压的影响。若若负负载载电电流流ILRVR在在一一定定程程度度上上抵抵消消了了因因IL增增加加，使使VI减减小小，对输出电压减小的影响。对输出电压减小的影响。串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图 串联稳压电源示意图串联稳压电源示意图第35页，本讲稿共48页 在在实实际际电电路路中中，可可变变电电阻阻R R是是用用一一个个三三极

19、极管管来来替替代代的的，控控制制基基极极电电位位，从从而而就就控控制制了了三三极极管管的的管管压压降降VCE，VCE相当于相当于VR。串联型稳压电路方框图串联型稳压电路方框图串联型稳压电源的构成：串联型稳压电源的构成：调整管、放大环节、比较环节、基准电压源调整管、放大环节、比较环节、基准电压源第36页，本讲稿共48页2.2.工作原理工作原理1 1输入电压变化时输入电压变化时VIVOVfVO1VCEVO实质：实质：电压负反馈电压负反馈2 2负载电流变化时负载电流变化时ILVIVOVfVO1VCEVO第37页，本讲稿共48页3.3.输出电压调节范围的计算输出电压调节范围的计算可见，调节可见，调节R

20、2可以改变输出电压。可以改变输出电压。根据根据“虚短虚短”VfVREF第38页，本讲稿共48页T1调整管调整管R3、T2比较放大比较放大R1、RW、R2采样电阻采样电阻R、UZ基准电压基准电压3.分立元件组成的串联式稳压电源分立元件组成的串联式稳压电源R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2第39页，本讲稿共48页稳压原理稳压原理UoUB2UBE2=（UB2-UZ）UC2（UB1）Uo当当 UI 增加或输出电流减小使增加或输出电流减小使 Uo升高时升高时R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2UC2（UB1）第40页，本讲稿共48页(3)

21、输出电压的确定和调节范围输出电压的确定和调节范围因为：因为：OU2BEZUU+22WRR+21WRRR+=()22221BEZWWOUURRRRRU+=所以：所以：2221ZWWURRRRR+=忽略忽略UBE2R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2第41页，本讲稿共48页例：例：UI=18V，UZ=4V，R1=R2=RW=4.7k，求输出，求输出电压的调节范围。电压的调节范围。R3T1T2UZRRW1RW2R1RWR2RLUO+_+_UIUB2221ZWWOminURRRRRU+=4=6V4.74.7+=4.74.7+4.7221ZWOmaxURRRRU+=4=1

22、2V4.74.7+=4.74.7第42页，本讲稿共48页10.3 三端集成稳压器三端集成稳压器一一.输输 出出 电电 压压 固固 定定 的的 三三 端端 集集 成成 稳稳 压压 器器 （正电压（正电压 78 、负电压、负电压 79 ）恒流源恒流源基准电压电路基准电压电路调整电路调整电路比较放大比较放大减流保护减流保护过热保护过热保护启动电路启动电路取取样样电电路路第43页，本讲稿共48页1端端:输入端输入端2端端:公共端公共端3端端:输出端输出端W7800系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+_W7805UI+_Uo132CI0.11 FCo1F+10V+5V注意：注意：

23、输入与输出端输入与输出端 之间的电压不之间的电压不 得低于得低于3V！第44页，本讲稿共48页1端端:公共端公共端2端端:输入端输入端3端端:输出端输出端W7900系列稳压器外形及典型接线图系列稳压器外形及典型接线图123+W7905UI+Uo231CI0.11 FCo1F-10V-5V第45页，本讲稿共48页IQR1R2输出电压可调的稳压电路输出电压可调的稳压电路I1I2如何消除如何消除IQ的影响呢？的影响呢？第46页，本讲稿共48页w 10.3开关型稳压电源开关型稳压电源w 串联型反馈式稳压电源用途广泛，但存在以下两个问题：w (1)调整管总工作在线性放大状态，管压降大，流过的电流也大(大

24、于负载电流)，所以功耗很大，效率较低(一般为40%60%)，且需要庞大的散热装置。w (2)电源变压器的工作频率为50Hz，频率低而使得变压器体积大、重量重。第47页，本讲稿共48页本章小结本章小结 1 1在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常用的方在电子系统中，一般都要有直流电源供电。获得直流电源的最常用的方法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等环节来实现。对法是由交流电网转换为直流电压。这要通过整流，滤波和稳压等环节来实现。对直流电源的要求是：输出电压尽量不受电网电压波动、输出负载变化和温度变化直流电源的要求是：输出电压尽量不受电网电压波动、输出负载变化

25、和温度变化的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换效率高。的影响，输出电压中脉动和噪声成分小，转换效率高。2 2利利用用二二极极管管的的单单向向导导电电性性可可以以构构成成整整流流电电路路，将将交交流流电电变变为为脉脉动动直直流流电电。在在整整流流电电路路的的输输出出端端接接上上各各种种滤滤波波电电路路，可可以以大大大大减减小小输输出出电电压压中中的的脉脉动动成成分分。滤滤波波电路有电容滤波和电感滤波两大类。使用较多的是电容滤波电路。电路有电容滤波和电感滤波两大类。使用较多的是电容滤波电路。3 3为为了了保保证证直直流流电电源源的的输输出出电电压压不不发发生生波波动动，需需要要在在整整流流滤滤

26、波波电电路路的的后后面面再再接接上上稳稳压压电电路路。最最常常用用的的稳稳压压电电路路是是串串联联式式稳稳压压电电路路。串串联联式式稳稳压压电电路路是是一一种种带带有有负负反反馈馈的的闭闭环环调调节节系系统统。它它的的调调整整管管工工作作在在线线性性放放大大状状态态，通通过过控控制制调调整整管管的的压压降降来来调调整整输输出出电电压压的的大大小小。串串联联式式稳稳压压电电路路早早已已实实现现了了集集成成化化。输输出出电电压压固固定定和和输输出出电电压压可可调调的的集集成成串串联联式式稳稳压压器器已已经经大大量量使用。使用。4 4开开关关式式稳稳压压电电源源是是一一种种转转换换效效率率高高的的稳稳压压电电路路。其其调调整整管管工工作作在在开开关关状状态态，通通过控制调整管导通和截止的占空比来稳定输出电压。过控制调整管导通和截止的占空比来稳定输出电压。第48页，本讲稿共48页