1、 电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中。本章讨论如何把交流电源变换为直流稳压电源，一般直流电源由如下部分组成： 整流电路是将工频交流电转为具有直流电成分的脉动直流电。 滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。 稳压电路对整流后的直流电压采用负反馈技术进一步稳定直流电压。 直流电源的方框图如图10.01所示。10.1.1.1 单相桥式整流电路10.1.1.2 单相半波整流电路10.1.1.3 单相全波整流电路10.1 单相整流滤波电路10.1.1 单相整流电路 10.1.1.1 单相桥式整流电路(1) (1) 工作原
2、理工作原理 单相桥式整流电路是最单相桥式整流电路是最基本的将交流转换为直流基本的将交流转换为直流的电路，其电路如图的电路，其电路如图10.02（a）所示。）所示。（a）桥式整流电路 （b）波形图图10.02 单相桥式整流电路 在分析整流电路工作原理时，整流电路在分析整流电路工作原理时，整流电路 中的二极管是作为中的二极管是作为开关运用，具有单向导电开关运用，具有单向导电性。性。根据图根据图10.02(a)的电路图可知：的电路图可知： 当正半周时二极管当正半周时二极管D1、D3导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。电阻上得到正弦波的正半周。 在负载电阻上正负半周经过合成，得到的在负载
3、电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流是同一个方向的单向脉动电压。单相桥式整流电路的波形图见图电路的波形图见图10.02(b)。 当负半周时二极管当负半周时二极管D2、D4导通，在负载导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。电阻上得到正弦波的负半周。（动画10-1） （动画10-2） 根据图根据图10.02（b）可知，输出电压是单相脉动电压。）可知，输出电压是单相脉动电压。通常用它的平均值与直流电压等效。通常用它的平均值与直流电压等效。输出平均电压输出平均电压为为（2）参数计算2202LO9 . 022dsin21VVttVVV 流过负载的平均电流为L2L2L9
4、. 022RVRVIL2L2LD45. 022RVRVII流过二极管的平均电流为2Rmax2VV二极管所承受的最大反向电压 流过负载的脉动电压中包含有直流分量和流过负载的脉动电压中包含有直流分量和交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时交流分量，可将脉动电压做傅里叶分析。此时谐波分量中的二次谐波幅度最大，谐波分量中的二次谐波幅度最大，最低次谐波最低次谐波的幅值与平均值的比值称为的幅值与平均值的比值称为脉动系数脉动系数S。)4cos1542cos342(22OttVv67. 0322232422VVS（3）单相桥式整流电路的 负载特性曲线 单相桥式整流电路的负载特性曲线是指输单相桥式整流电路的负
5、载特性曲线是指输出电压与负载电流之间的关系曲线出电压与负载电流之间的关系曲线)(OOIfV 该曲线如图10.03所示。曲线的斜率代表 了整流电路的内 阻。图10.03 单相桥式整流电路 的负载特性曲线10.1.1.2单相半波整流电路 单相整流电路除桥式整流电路外，还有单相半波和全波两种形式。单相半波整流电路如图10.04(a)所示，波形图如图10.04(b)所示。(a)电路图 (b)波形图 图10.04 单相半波整流电路 根据图10.04可知，输出电压在一个工频周期内，只是正半周导电，在负载上得到的是半个正弦波。负载上输出平均电压为2202LO45. 02)d(sin221VVttVVVL2L
6、2LD45. 02RVRVII流过负载和二极管的平均电流为2Rmax2VV二极管所承受的最大反向电压2022-3-26 单相全波整流电路如单相全波整流电路如图图10.05(a)10.05(a)所示，波形所示，波形图如图图如图10.05(b)10.05(b)所示。所示。10.1.1.3 单相全波整流电路 (a)电路图 图10.05 单相全波整流电路 (b)波形图 根据图根据图10.05（b）可知，全波整流）可知，全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。同。输出平均电压输出平均电压为为2202LO9 .022)d(sin21VVttVVVL2L2Lo9 .
7、022RVRVII流过负载的平均电流为2Rmax22VV 二极管所承受的最大反向电压67. 0322232422VVS 单相全波整流电路的脉动系数S与单相桥式整流电路相同。注意，整流电路中的二极管是作为开关运用的。，整流电路中的二极管是作为开关运用的。整流电路既有交流量，又有直流量，通常对整流电路既有交流量，又有直流量，通常对: 输入（交流）输入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值； 输出（交直流）输出（交直流）用平均值；用平均值； 整流管正向电流整流管正向电流用平均值；用平均值； 整流管反向电压整流管反向电压用最大值。用最大值。 单相桥式整流电路的变压器中只有交流电单相桥式整流电路的变
8、压器中只有交流电流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分流流过，而半波和全波整流电路中均有直流分量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率量流过。所以单相桥式整流电路的变压器效率较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小较高，在同样的功率容量条件下，体积可以小一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相一些。单相桥式整流电路的总体性能优于单相半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源半波和全波整流电路，故广泛应用于直流电源之中。之中。10.2 滤波电路10.2.1 电容滤波电路10.2.2 电感滤波电路10.1.2.1 电容滤波电路 (1)滤波的基本概念 滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现
9、滤波。电容器C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L 应与负载串联。经过滤波电路后，既可保留直流分量、又可滤掉一部分交流分量，改变了交直流成分的比例，减小了电路的脉动系数，改善了直流电压的质量。 （2）电容滤波电路 现以单相桥式电容滤波整流电路为例来说明。电容滤波电路如图10.06所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。图10.06电容滤波电路 当v2到达90时，v2开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载L放电。指数放电起始点的放电速率很大。(3)滤波原理 若电路处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器
10、C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦形。 图10.07电容滤波波形图 所以，在t1到t2时刻，二极管导电，充电，vC=vL按正弦规律变化；t2到t3时刻二极管关断，vC=vL按指数曲线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图10.07。 在刚过90时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过90时二极管仍然导通。在超过90后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。 需要指出的是，当放电时间常数RLC增加时，t1点要右移， t2点要左移，二极管关断时间加长，导通角减小，见曲线3；反之，RLC减少时，导通角增加。显然，当L很小，即IL
11、很大时，电容滤波的效果不好，见图10.08滤波曲线中的2。反之，当L很大，即IL很小时，尽管C较小, RLC仍很大,电容滤波的效果也很好，见滤波曲线中的3。所以电容滤波适合输出电流较小的场合。问题：有无L即空载，此时VC=VL=？图10.08 电容滤波的效果(动画10-3） (动画10-4）(4)电容滤波的计算 电容滤波的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅。一般常采用以下近似估算法：)41 (2L2OLCRTVVV一种是用锯齿波近似表示，即 另一种是在RLC=(35)T/ 2的条件下，近似认为VL=VO=1.2V2。（或者，电容滤波要获得较好的效果，工程上也通
12、常应满足RLC610。） （5）外特性 整流滤波电路中，输出直流电压VL随负载电流 IO的变化关系曲线如图10.09所示。 图10.09 整流滤波电路的外特性2OLd2O2OL1.22) 53(=0.9=, 02=,=VVTCRVVCVVR *使用条件：2)53(LdTCR名 称VL(空载)VL(带载)二极管反向最大电压每管平均电流半波整流22V245. 0V22VIL全波整流电容滤波22V1.2V2*222V0.5IL桥式整流电容滤波22V1.2V2*22V0.5IL桥式整流电感滤波22V0.9V222V0.5IL10.1.2.2 电感滤波电路 利用储能元件电感器利用储能元件电感器的电流不能
13、突变的电流不能突变的性质，把电感的性质，把电感与整流电路的负载与整流电路的负载L相相串联，也可以起到滤波的作用。串联，也可以起到滤波的作用。 图10.10 电感滤波电路 图10.11 波形图 电感滤波电路如图10.10所示。电感滤波的波形图如图10.11所示。 当当v2正半周时，正半周时，D1、D3导电，导电，电感中的电流将滞后电感中的电流将滞后v2。当负半周时，。当负半周时，电感中的电流将经由电感中的电流将经由D2、D4提供。因提供。因桥式电路的对称性，和电感中电流的桥式电路的对称性，和电感中电流的连续性，四个二极管连续性，四个二极管D1、D3 ； D2、 D4的导通角都是的导通角都是180。（动画10-5）
