倍壓整流原理

1、九江職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案首頁任課教師陣梓城職稱教授備課日期MMI III ： III IIF !llr fwmi LIIHliJ11tIII II II III t 1 III II II III :0 III II課程名稱低頻學(xué)期授課計(jì)劃的順序號 31授課班級T031>_« «" " 1 L“. . c授課日期5月24日本次授課的課題整流濾波電路課型 講授本次授課的目的和要求.1熟悉橋式整流電路組成、工作原理，會估算輸出電壓選用二極管 2_掌握橋式整流電路二極管正確裝接方法 3熟悉半波、橋式整流濾波電路的工作原理 4.一 _會估算輸出電壓，正確選擇濾

2、波電容和二扱管本次授課的重點(diǎn)、難點(diǎn)及解決措施 .重點(diǎn)：橋式整流電路輸出電壓估算，二極管正確裝接方法 解決措施：結(jié)合波形圖分析電路的工作原理，并與整流電路進(jìn)行比 較，對比講解舉各種濾波電路的參數(shù)計(jì)算一本次授課采用的教具掛圖及參考書名稱 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)周良權(quán)一主編 高教出版社 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)? _ _ _找任元_ 主編 機(jī)械工業(yè)出版社 課后作業(yè)內(nèi)容與估計(jì)完成時(shí)間本此課的小結(jié)與改進(jìn)措施 復(fù)習(xí)半波整流，引入橋式整流°完成教學(xué)任務(wù)第三一次課整流濾波電路一、單相橋式整流電路單相橋式整流電路(Bridge rectifier )如圖所示，其中圖b為簡化畫法，圖c 為另一種畫法。1. 電路工作原

3、理(1) U2正半周U2瞬時(shí)極性a(+) , b(-)。二極管VDi、VD 3正偏導(dǎo)通，VD2、VD 4反偏截止。導(dǎo)電回路 為VDRlt VDb,負(fù)載上電壓極性上正下負(fù)。(2) U2負(fù)半周U2瞬時(shí)極性a(-) , b(+) o二極管VD1、VD 3反偏截止，VD2、VD 4正偏導(dǎo)通，導(dǎo)電回路 為bT VD 2 rl t VD 4 a，負(fù)載上電壓極性同樣為上正下負(fù)。(3) 波形圖U2、iD、uo及il波形如圖7.1.7 所示。圖7.1.6單相橋式整流電路圖7.1.7單相橋式整流電路波形圖正確接法：共陽端和共陰端接負(fù)載， 而另外兩Il(av)及系數(shù)等均與全波整流電路相同，即a)原理b)簡化畫法c)

4、另一種畫法2. 二極管正確接法錯(cuò)接二極管會形成很大短路電流而燒毀。 端接變壓器二次繞組。3. 負(fù)載上電壓、電流值及脈動系數(shù)的計(jì)算 輸出電壓的平均值 Uo(AV)和電流平均值Uo(av)=0.9U2 , Il(av) =0.9U2/Rl , y =0.48。4. 整流二極管的選擇選擇二極管時(shí)，IfId =1/2 Il（av）=0.45U2/Rl, Urm > Udm=、2 U2例丨某直流負(fù)載電阻為10Q，要求輸出電壓Uo=24V,采用單相橋式整流電路供電。(1) 選擇二極管(2) 求電源變壓器的變比與容量。解：(1)根據(jù)題意可求得負(fù)載電流Il=Uo/R l=24V/10 Q =2.4A二極

5、管平均電流為Id=1/2 Il=1.2A變壓器二次電壓有效值為U 2=Uo/0.9=24V/0.9=26.6V在工程實(shí)際中，變壓器二次側(cè)壓降及二極管的導(dǎo)通壓降，變壓器二次電壓大約照理論計(jì)算值需提高10%即U2=26.6V X 1.1=29.3V二極管最大反向電壓Urm= . 2 U2= . 2X 29.3V=41.1V查閱附錄表 A 2，選用2CZ56型，它的額定正向電流If=3A，最高反向工作電壓查閱分 檔標(biāo)志，選擇2CZ56C型，IR1OOV留有裕量。從表中可知，該二極管要求安裝 80mrX 80mrX 1.5mm鋁板作為散熱器，是為防止二極管過熱而損壞。(2)變壓器變比n=220V/29

6、.3V=7.5可以證明變壓器二次電流有效值|2 = Il/0.9 2.4A/0.9=2.67A電源變壓器伏安容量U2l2=29.3V X 2.67A=78.231VA 79VA考慮到小功率變壓器效率，一般取 n =0.8，則U2l2=79VA/0.8=98.75V A 99VA選容量為100VA二次側(cè)電壓、電流有效值為30V/3A的變壓器。二、硅橋式整流器簡介為使用方便，工廠生產(chǎn)出硅單相半橋整流器和硅單相橋式整流器。半橋整流器為二個(gè)二極管串接后封裝引出三個(gè)引腳。單相橋式整流器又稱橋堆，其外形如所示。其中標(biāo)有“ ”弓I腳為交流電源輸入端，其余兩腳接負(fù)載。圖中標(biāo)注尺寸單位為：mm 1L1J十 一

7、-L百VUIIIILL色駅號榔電壓圖 常用橋式整流器a)QL1 6 型 b)QL51 型(自學(xué))倍壓整流電路原理二極管倍壓整流電路(Voltage doubler rectifer)如圖所示。1. 工作原理設(shè)電源變壓器二次電壓 U2=,2U2Sin 31,電容初始電壓為零。圖7.1.9 倍壓整流電路(1) 當(dāng)U2正半周a端瞬時(shí)極性為正，b端為負(fù)，二極管 VD1導(dǎo)通，C1充電，uc1 2U2，極性右正 左負(fù)。(2) 當(dāng)U2為負(fù)半周a負(fù)b正，VD1反偏截止，VD2正偏導(dǎo)通，C2充電，uc2= 2 U2+ uc1 2.2 U2，極性 右正左負(fù)。(3) 當(dāng)u2再次為正半周VD 1、VD 2 反偏截止，

8、VD 3 正偏導(dǎo)通，C3 充電，uc3= 2打2 U2+2、2 U2-uc1 2、2U2, 極性右正左負(fù)。(4) 當(dāng)u2再次為負(fù)半周VD1、VD2、VD3均反偏截止，VD4正偏導(dǎo)通，C4充電，uc4 2.2 U2,極性右正左負(fù)。依次類推，若在圖中 e、f點(diǎn)后面按照圖示結(jié)構(gòu)接二極管和電容時(shí)，則每個(gè)電容都將充電至2 2 U2，極性均右正左負(fù)。2 .輸出電路接法:(1) Uo 3 2 U2,負(fù)載接e、b兩節(jié)點(diǎn)。(2) uo 4. 2 U2，負(fù)載接f、a兩節(jié)點(diǎn)。在以上分析中，均未考慮電容放電的影響，而實(shí)際應(yīng)用時(shí)，當(dāng)接上負(fù)載后，電容將要對負(fù)載放電，使輸出電壓降低。3 .適用場合倍壓整流電路僅適用于負(fù)載電

9、流很小的場合。4 元器件選擇U rm 2-. 2 U2； Ci 的耐壓值 U n 2 U2, 其余電容的耐壓值 Un 2J2U2，電容 值可按式 t = RlC(35)T/2估算。三、濾波電路1采用濾波電路的緣由及功用整流電路輸出的電壓是脈動的，含有較大的脈動成分。這種電壓只能用于對輸出電壓平滑程度要求不高的電子設(shè)備中，如電鍍、蓄電池充電設(shè)備等。濾波電路(Filter )的作用：保留整流后輸出電壓的直流成分，濾掉脈動成分，使輸出 電壓趨于平滑，接近于理想的直流電壓。2. 分類常用的濾波電路有電容濾波電路(Capacitanee filter )、電感濾波(Inductanee filter )

10、和RC-n型濾波電路等。(一)半波整流電容濾波電路1)電路組成與工作原理注意：(1) 二極管導(dǎo)通與否由 Uc和U2共同決定。(2)放 >> 充半波整流電容濾波電路如圖所示。設(shè)U2(0)=0，在0ti期間，二極管VD正偏導(dǎo)通，電流分成兩路：ii_,ic充。因充電時(shí)間常數(shù) t充=Trc=(r/RL)C鈉C，很小，uc快速 上升，在t1時(shí)刻，uc達(dá)到峰值 2 U2,其中，r為二極管導(dǎo)通時(shí)的正向電阻及變壓器二次繞 組直流電阻之和。二極管的工作狀態(tài)由變化的U2與uc決定。t1時(shí)刻，U2=UC= 2 U2, VD反偏截止。C向Rl放電，T放=TRC=RlCo RL»r , TRC&g

11、t;> Trc,故放電過程緩慢，UC下降緩慢，因二極管陽 極電位卻隨U2迅速下降，使二極管在一段時(shí)間內(nèi)處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)U2自負(fù)半周向正半周上升，在t2時(shí)刻，U2> UC, VD又開始導(dǎo)通，向電容C迅速充電，在t2t3期間，uo波形按圖中Bc段變化。到t3時(shí)刻，UC=U2,二極管又截止，C又對RL放電。2）波形圖綜上所述，畫出的輸出電壓Uo亦即電容C上電壓UC波形如圖所示。圖7.2.1半波整流濾波電路及波形a）電原理圖3）電容濾波作用的物理意義 電容C對直流分量相當(dāng)于開路,b）波形圖而對輸出電流中的基波及更高次諧波,只要C足夠大,Xc可以很小，相當(dāng)于短路，使輸出波形趨于平滑。4） U

12、o（av）與 Id（av）估算電路輸出直流電壓平均值為U O（AV） = （ 1 1.1） U2般取Uo（AV） = U2，流過二極管的平均電流為ID(AV)疋 U2/Rl5）二極管選擇在二極管截止時(shí),二極管承受的最大反向電壓為變壓器二次繞組電壓和電容器充電電壓之和，故選二極管時(shí)在實(shí)際工作時(shí)，沖擊電流較大，故選用二極管時(shí)，一般選If= （23） Id。（二）單相橋式整流電容濾波電路1 電路組成及工作原理單相橋式整流電容濾波電路如圖7.2.2 所示。其工作原理與半波整流濾波電路基本相同，不同的是輸出電壓是全波脈動直流電，無論U2是正半周還是負(fù)半周，電路中總有二極管導(dǎo)通，在一個(gè)周期內(nèi)，U2對電容充

13、電二次，電容對負(fù)載放電的時(shí)間大大縮短，輸出電壓波 形更加平滑。2.波形圖及Uo（av）估算波形如圖所示，圖中虛線為不接濾波電容時(shí)的波形，實(shí)線為濾波后的波形，輸出電壓為Uo（av） 1.2U2在電容濾波電路中，若負(fù)載電阻開路，Uo=、2 U2。3. 濾波電容選擇濾波電容按式t=RlC （ 35） T/2選取。其中，T是交流電的周期。濾波電容數(shù)值一般在幾十微到幾千微法，視負(fù)載電流大小而定， 其耐壓值應(yīng)大于輸出電壓值，一般取1.5倍左右，且通常采用有極性的電解電容。4. 濾波電容裝接注意事項(xiàng)在濾波電容裝接過程中， 切不可將電解電容極性接反，以免損壞電解電容或電容器發(fā)生爆炸。5電容濾波電路特點(diǎn)及適用場

14、合電容濾波電路簡單，輸出電壓 U較高，脈動較小。但外特性差，適用于負(fù)載電壓較高, 負(fù)載變動不大的場合。Uo(av) 24V2Rl2 400T Uo=1.2U2 U2=Uo/1.2=20V二極管承受的最高反向電壓Urm=、2 U2=20 2 V=28.2V圖7.2.2單相橋式整流電容濾波電路圖及波形圖a）電路圖b）波形圖例7.2.1 有一單相橋式整流電容濾波電路如圖所示，市電頻率為f=50Hz,負(fù)載電阻400Q，要求直流輸出電壓Uo=24V,選擇整流二極管及濾波電容。解：（1）選擇二極管0.03A, k=(23)lD=(6090)mA查閱手冊或本書附錄表 B-2 , 2CZ52型lF=100mA

15、查閱電壓分檔標(biāo)志，2CZ52B的最高反 向工作Urm為50V,符合要求。（2）選擇濾波電容取 RlC=5X T/2 , RlC=5X 0.02/2 S=0.05S已知 Rl=400 Q,所以 C=0.05/Rl=0.05S/400 Q =1.25 X 10-F=125 卩 F電容器耐壓值Ucn=1.5Uo=36V取標(biāo)稱值耐壓 50V、電容量200卩F或500卩F的電解電容。四、RCn型濾波電路1 電路組成RG n型濾波電路如圖 所示。它是利用R和C對輸入回路整流后的電壓的交直流分量的不同分壓作用來實(shí)現(xiàn)濾波作用的。R對交直流分量均有降壓作用，因電容C2的交流阻抗很小，這樣 R與C2及Rl配合以后，使交流分量較多地降在電阻R上，而較少地降在負(fù)載Rl上，從而起到濾波作用。R越大，C2越大，濾波效果越好。但R不能太大，否則，Ur過大造成能量無謂消耗。圖7.2.4RCn型濾波電路2. Uo（av）估算橋式整流RC-n型濾波輸出電壓可用下式估算U O(AV)51.2U2R R3.適用場合這種濾波電路適用于負(fù)載電流較小而又要求輸出電壓脈動小的場合。五、整流濾波電路總結(jié)（表中U2為變壓