(完整版)直流穩(wěn)壓電路復習及習題答案

#第7章直流穩(wěn)壓電源7.1本章主要知識點7.1.1整流電路整流電路的作用是將交流電（正弦或非正弦）變換為單方向脈動的直流電，完成這一任務主要是靠二極管的單向導電作用，因此二極管是構成整流電路的核心元件。常用整流電路如表7.1所示，應重點掌握單相橋式整流電路。整流電路研究的主要問題是輸出電壓的波形以及輸出電壓的平均值Uo（即輸出電壓的直流分量大?。杏诒?.1中。表中還列出了各種整流電路的二極管中流過的電流平均值ID和二極管承受的最高反向電壓UDRM，它們是選擇二極管的主要技術參數。變壓器副邊電流的有效值I2是選擇整流變壓器的主要指標之一。分析整流電路工作原理的依據是看哪個二極管承受正向電壓，三相橋式整流電路是看哪個二極管陽極電位最高或陰極電位最低，決定其是否導通。分析時二極管的正向壓降及反向電流均可忽略不計，即可將二極管視作理想的單向導電元件。

7.1.2濾波電路濾波電路的作用是減小整流輸出電壓的脈動程度，濾波通常是利用電容或電感的能量存儲功能來實現的。最簡單的濾波電路是電容濾波電路，濾波電容與負載電阻RL并聯，其特點是：（1）輸出電壓的脈動大為減小，并且電壓較高。半波整流：U=Uo2全波整流：U=1.2Uo2（2）輸出電壓在負載變化時波動較大，只適用于負載較輕且變化不大的場合，一般要求時間常數滿足：t=RC三（3?5）-L2（3）二極管導通時間縮短，電流峰值大，容易損壞二極管。（4）單相半波整流時二極管承受的最高反向電壓增大一倍，為：U=2C2UDRM2除了電容濾波電路以外，還有電感濾波電路以及由電容和電感或電阻組成的LC、CLCn型、CRCn型等復合濾波電路。電感濾波電路的輸出電壓較低，一般U=0.9U，峰值電流很小，輸出特性較平坦，o2負載改變時，對輸出電壓的影響也較小，適用于負載電壓較低、電流較大以及負載變化較大的場合，缺點是制作復雜、體積大、笨重，且存在電磁干擾。LC和CLCn型濾波電路適用于負載電流較大，要求輸出電壓脈動較小的場合。負載較輕時常采用CRCn型濾波電路。7.1.3直流穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓電路的作用是將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調的直流電壓的電路，完成這一任務的是穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用或在電路中引入電壓負反饋。1并聯型線性穩(wěn)壓電路JiTO并聯型線性穩(wěn)壓電路是將穩(wěn)壓管與負載電阻并聯，穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，可在一定的條件下使輸出電壓基本不變，從而起到穩(wěn)定電壓的作用，如圖7.1JiTO+RIzUZUZR』圖7.1并聯型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程：選擇穩(wěn)壓管選擇：u圖7.1并聯型直流穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程：選擇穩(wěn)壓管選擇：u一I一I一ufoZRRUJoU=UZoI=(1.5~3)IZMomaxU=(2-3)U1o限流電阻選擇：U-UU-U-UU-U——imaxZ<R<——iminZZMominZomax2．串聯型線性穩(wěn)壓電路串聯型直流穩(wěn)壓電路的基本原理圖如圖7.2所示。整個電路由4部分組成：取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構成。它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓Uf,送到比較放大環(huán)節(jié)?；鶞孰妷骸Ｓ煞€(wěn)壓二極管VDZ和電阻R3構成的穩(wěn)壓電路組成。它為電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓UZ，作為調整、比較的標準。比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構成的直流放大電路組成。其作用是將取樣電壓Uf與基準電壓UZ之差放大后去控制調整管V1。調整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管V組成。V的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達到自動調整穩(wěn)定輸出電壓的目的。1J1'I+存4*R3:aJ.U.1*+UBE2+1砒叫—$VDZUf[1R2」[Rb+Uo圖7.2串聯型穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓過程：UUIIUJfIJfUf—IofB2C2C2B1CE1UJo輸出電壓：R+RbU用電位器Rp即可調節(jié)輸出電壓UO的大小，但UO必定大于或等于UZ。3．線性集成穩(wěn)壓器三端穩(wěn)壓器有W78XX和W79XX兩種系列，如圖7.3所示，其中電容C1用以抵消較長線路的電感效應，防止產生自激振蕩，電容C2用以減小電路的高頻噪聲，C1一般取0.1?luF,C2取luF°W78XX系列輸出正電壓，W79XX系列輸出負電壓，輸出電壓有iV、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多種，輸出電流可達1A、2A等多種，最高輸入電壓為35V，輸入電壓與輸出電壓之差最小為?3V,輸出電壓變化率為0.1％?0.2％。O—+U.111W78O—+U.111W78XXW79XXC1—U—r-廠OC2+Q(a)(a)輸出固定正電壓的電路(b)輸出固定負電壓的電路圖7.3三端穩(wěn)壓器基本接線圖3.4．開關穩(wěn)壓電路開關型穩(wěn)壓電路具有效率高、體積小、重量輕、對電網電壓的要求不高等優(yōu)點，其缺點是調整管的控制電路比較復雜，并且輸出電壓中紋波和噪聲成分較大。7.2習題解答7-1有一單相橋式整流電路，已知變壓器副繞組電壓為100V，負載電阻為2kQ,忽略二極管的正向電阻和反向電流。試求：(1)負載電阻Rl兩端電壓的平均值Uo及電流的平均值IL；(2)二極管中的平均電流ID及各管承受的最高反壓UDrM。解:（1）Uo=0.9U2=90V0.9U900.9U90=45mA2x10-3⑵UDRM=勿2=141V，心ZA分析：對單相整流電路參數的掌握是本章的重點。名稱負載直流電壓U負載電流平均值每只管子的平均電流ID每個管子承受的最大反向電壓UDRM單相半波0.45U20.45URLI單相全波0.9U20.9URL0.5I2邁U單相橋式0.9U20.9URL0.5I7-2單相橋式整流電路中，若有一個二極管相反、短接以及斷開會出現什么現象？解：若一二極管極性接反，會造成副邊繞組和部分二極管過流以至被燒毀；若一二極管開路，此時全波整流變成半波整流；若一二極管被短路，此時變壓器副邊線圈可能燒毀。分析：對于單相橋式整流電路

橋式全波整流電路的各種故障及現象二極管D］開路、未接通，此時全波整流變成半波整流。u2正半周的波形無法送到Rl上。二極管Dl被短路，此時二極管D2和變壓器副邊線圈可能燒毀。二極管D1極性接反，這樣在u2負半周時，變壓器副邊輸出直接加在兩個導通的二極管Dl、D2上，造成副邊繞組和二極管D2過流以至被燒毀。二極管D「D2極性都接反，此時正常的整流通路均被切斷，電路無輸出，uo為0。二極管D1開路，D2被短路，此時全波整流變成半波整流，u2負半周時輸出負載Rl上有整流后的波形。7-3圖7-21電路中，二極管為理想元件，s為正弦交流電壓，已知交流電壓表V］的讀數為100V,負載電阻Rl=IkO,求開關S斷開和閉合時直流電壓表V2和電流表A的讀數。(設各電壓表的內阻為無窮大,電流表的內阻為零)圖7-21題7-3圖解：開關S斷開，電路為半波整流電路電壓表(V2)的讀數為電壓表(V2)的讀數為Uo=0.45U2=45V，電流表(A)的讀數為Il0.45U2=45mA。RL0.9U4=90mA。0.9U4=90mA。RL電壓表(V2)的讀數為Uo=0.9U2=90V，電流表(A)的讀數為Il7-4整流電路見圖7-22，二極管為理想元件，它能提供兩種整流電壓。已知變壓器二次電壓有效值U=80V，U=U=20V，負載電阻R=5kO，R=50kO。試求：(1)通過兩個負載的212223L1L2平均電流I和I；(2)每個二極管承受的最高反向電壓。o1o2圖7-22題7-4圖解：圖P8-3所示整流電路可分作兩部分：次級線圈U21、U22(80+20)V、VD］、RL1構成一個半波整流電路；兩段U22、U2320V線圈、VD2、VD3、RL2構成一個全波整流電路。(1)O10.45x100(1)O10.45x1005x103=9mA=—0.9X20=—0.36mA0250x103(2)U=42(U+U)=42X100二141VDRM12122—'U=U=2j2U=2邁X20=56.56VDRM2DRM322分析：做本題的時候應該注意整流電路電流的方向和二極管箭頭的方向一致，I。?的實際方向和參考方向相反，所以是負值。7-5電路見圖7-23，已知變壓器二次邊電壓u=20jlsin314tV，濾波電容C=500mF負載2電阻Rl=500，試求:(1)當開關S斷開時，輸出電壓平均值，二極管所承受的最高反向電壓；⑵當開關S閉合時，輸出電壓平均值,流過二極管的電流平均值。圖7-23圖7-23題7-5圖解：(1)當開關S斷開時;電路為單相全波整流電路不帶有濾波環(huán)節(jié)，U=0.9U=18V;02U=J2U=28.28VTOC\o"1-5"\h\zDRM2(2)當開關S閉合時；電路為單相全波整流電路帶有濾波環(huán)節(jié)，U0=1.2U2=24V;24I=0.5I=0.5=2.4mADl507-6整流濾波穩(wěn)壓電路見圖7-24，已知U=30V，U=12V，R=2k0，R=4k0，穩(wěn)壓IoL管的穩(wěn)定電流I=5mA與I=18mA試求：(1)通過負載和穩(wěn)壓管的電流；(2)變壓器二次電壓zminzmax的有效值；(3)通過二極管的平均電流和二極管承受的最高反向電壓。圖7-24題7-6圖名稱負載直流電壓U適用場合單相全波整流電路經電容濾波1-2U2電容濾波電路外特性較差，適用于負載小，且變化不大的場合e=rlcn(5-10)T單相全波整流電路經電容濾波0叫適用于大負載的場合e-n(5-10)TRL

U12解：U12解：(1)1二亠二二3mA,1RLR4X103RL===4=9mAI——R2X103'z=6mARRL(2)因為電容的濾波作用U=1.2U2所以U=30/1.2=(2)因為電容的濾波作用U=1.2U2所以2⑶I二0.51二1.5mA,U=41U=35.35VDRDRM27-7串聯型穩(wěn)壓電路見圖7-25，穩(wěn)壓管VS的穩(wěn)定電壓為5.3V，電阻UBE7-7串聯型穩(wěn)壓電路見圖7-25，穩(wěn)壓管VS的穩(wěn)定電壓為5.3V，電阻UBE=0.7V。(1)試說明電路的如下4個部分分別由哪些元器件構成：調整管、樣環(huán)節(jié)；⑵當Rp的滑動端在最下端時，Uo=15V，求Rp的值；⑶當Rp的滑動端移至最上端時，問Uo=?放大環(huán)節(jié)、基準環(huán)節(jié)、取圖7-25題7-7圖解：⑴所示為一完整的整流、濾波、穩(wěn)壓電路。其中的串聯式穩(wěn)壓電路包含：調整管、基準電壓、取樣環(huán)節(jié)、放大環(huán)節(jié)四部分。它們分別由下列元器件構成：調整管由三極管V1構成?；鶞孰妷河呻娮鑂和穩(wěn)壓管組成。取樣環(huán)節(jié)由電阻R「R2和電位器Rp組成。放大環(huán)節(jié)由三極管V2和電阻RC2組成。⑵當Rp的滑動端在最下端時，有：RU2二U+UoR+R+RZBE21p2因此，可得：R二—-R-R二15X200-200-200二100(。)pU+U125.3+0.7ZBE2⑶若Rp的滑動端移至最上端時，可得:U二(U二(U+UoZBE2R+R+R—1P2R+Rp2=(5.3+0.7)^^r=啊7-8在圖7-26中所示的穩(wěn)壓電源電路中，A為理想運算放大器，試給出在下列小題填空：+1U+1U圖7-26題7-8圖1.若電容C］兩端的直流電壓q=18V,則表明u2（有效值—15V：解：整流電路經電容濾波后U=12U所以U=18/1.2=15VI22若U2的數值不變，而電容C1脫焊，則電路為全波整流電路無濾波環(huán)節(jié)，U=0.9xU2=13.5V,若有一只整流二極管斷開，且電容CJ兌焊，電路變?yōu)閱蜗喟氩ㄕ麟娐穭tU.=0?45xU=6.75v。TOC\o"1-5"\h\z1i22?要使Rp的滑動端在最下端時Uo=18V，則Rp的值應為1kQ，在此值下，當Rp的滑動端在最上端時，Uo=12V。設Ui=24V,設調整管V的飽和壓降UceW3V，在上題條件下，V能否對整個輸出電壓范圍都起到調整作用?答：—不能，理由是調整管的壓降范圍應該UCEmax=UImax—uOmin=8V。。在Ui=24V的情況下，當IE=500mA時，Rp的滑動端處于什么位置（上或下）時V的耗散功率最大？答：上端時，它的數值是PT?IEUCE?500mA*（24-12）=6W。7-9在圖7-27中畫出了兩