1、 第二章第二章 整流与滤波电路整流与滤波电路第一节第一节 单相整流电路单相整流电路第二节第二节 滤波电路滤波电路第三节第三节 二极管应用电路二极管应用电路 各种电子设备和电子各种电子设备和电子计算机，都需要由计算机，都需要由稳定的稳定的直流电源供电直流电源供电。通常都是。通常都是将工业用的交流电经变换将工业用的交流电经变换来获得所需的直流电。来获得所需的直流电。情景情景 情景 整流整流：将交流电变换成单向脉动的直流电。：将交流电变换成单向脉动的直流电。交流电源220V变压变压：将电网供给的交流电压变换成符合：将电网供给的交流电压变换成符合 需要的交流电压。需要的交流电压。滤波滤波：将单向脉动直
2、流电变为较平滑的直：将单向脉动直流电变为较平滑的直 流电。流电。稳压稳压：在交流电源电压波动或负载变动时，：在交流电源电压波动或负载变动时，使直流输出电压稳定。使直流输出电压稳定。第第 1 节节单相整流电路单相整流电路学习目标学习目标 1、理解单相半波、全波、桥式整、理解单相半波、全波、桥式整 流电路的工作原理。流电路的工作原理。2、知道整流后二极管的电压和电、知道整流后二极管的电压和电 流。流。二极管具有二极管具有单向导电性单向导电性。加正。加正向电压时向电压时导通导通，呈现很小的正向电，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时阻，如同开关闭合；加反向电压时截止截止，呈现很大的反向电阻
3、，如同，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。开关断开。整流电路就是利用二极管的开关特性构成的。回顾：回顾：引入：自主探究自主探究1 1、什么叫整流？、什么叫整流？2 2、什么是脉动直流电？、什么是脉动直流电？3 3、说出单相半波、全波、桥式、说出单相半波、全波、桥式整流电路的组成及整流电路的组成及工作原理工作原理。4 4、整流后二极管的电压和电流、整流后二极管的电压和电流分别为多少？分别为多少？5 5、单相半波整流电路中选用二、单相半波整流电路中选用二极管的条件是什么？极管的条件是什么？)sin(222tUu tO 2 3 u222U tO 2 3 uO22U 0 2O)(d)sin(221tt
4、UU 245.0U tO 2 3 iD=iO tO 2 3 uD22U 2RM2UU L2OD45.0RUII RL220 V+uu2iD+uD1 工作原理工作原理一 单相半波整流电路 2.参数计算参数计算输出电压平均值输出电压平均值245.0UUO负载电流：负载电流：流过二极管的平均电流流过二极管的平均电流二极管承受的最大反向电压二极管承受的最大反向电压 URM=2U2=IO LORULRU245.0IVIOLRU245.0可见正确选用二极管，必须满足：可见正确选用二极管，必须满足：OVMII最大整流电流2R U2UM最大反向工作电压 单相桥式整流电路由变压器、两单相桥式整流电路由变压器、两
5、只二极管和负载电阻组成。只二极管和负载电阻组成。1 工作原理：工作原理：二二 单相全波整流电路单相全波整流电路1)v1为正半周时为正半周时 2)v1为负半周时为负半周时 229.045.02VVVoL2LLO9.0RVRVI2RM22VV(1)负载电压、电流负载电压、电流全波整流电路的负载全波整流电路的负载RL上得上得到的是全波脉动直流电压，到的是全波脉动直流电压，所以全波整流电路的输出电所以全波整流电路的输出电压比半波整流电路的输出电压比半波整流电路的输出电压增加一倍，电流也增加一倍，压增加一倍，电流也增加一倍，即即(2)二极管承受反向峰值电压二极管承受反向峰值电压是变压器次级两个绕组总电是
6、变压器次级两个绕组总电压的峰值，即压的峰值，即 2 负载与整流二极管的电压和电流：负载与整流二极管的电压和电流：LRVII2OV45.021 (3)二极管的平均电流只二极管的平均电流只有负载电流的一半，即有负载电流的一半，即 整流电路是利用二极管或晶闸管的单向导整流电路是利用二极管或晶闸管的单向导电性将交流电变换成直流电的电路。电性将交流电变换成直流电的电路。单相桥式整流电路由变压器、四只接成电单相桥式整流电路由变压器、四只接成电桥形式的二极管和负载电阻组成。桥形式的二极管和负载电阻组成。1 1 工作原理：工作原理：在输入电压在输入电压 u1 的正半的正半周，周，A 点电位最高，点电位最高，B
7、 点点电位最低，二极管电位最低，二极管 VD1 和和 VD3 正向偏置导通；正向偏置导通；VD2 和和 VD4 反向偏置而反向偏置而截止。截止。电流电流 iO 流经流经 VD1、RL 和和 VD3 并在并在 RL 上产生压降上产生压降 uO。OuO三三 单相桥式整流电路单相桥式整流电路 O当输入电压当输入电压 u1 为负半周，变压器二次感应电为负半周，变压器二次感应电压为负半周时，压为负半周时，整流二极管整流二极管 VD1、VD3 因加因加反向电压而截止，反向电压而截止，VD2、VD4 因加正向电压而导通。因加正向电压而导通。电流电流 io 流经流经 VD2、RL 和和 VD4 并在并在 RL
8、 上产生压降上产生压降 uO。由此可见，在输入电压由此可见，在输入电压 u1(u2)的一个周期内，负载的一个周期内，负载上均有电流通过上均有电流通过,方向始终是方向始终是从上向下，所以负载上得到从上向下，所以负载上得到同一方向的电压同一方向的电压 uO。(a)(b)(c)V3RLV4V2V1u1u2+uo ioRLV4V3V2V1+uo u2u1输入正半周输入正半周 工作原理工作原理输入负半周输入负半周+uo 单相桥式整流电路 2 负载与整流二极管的电压和电流：负载与整流二极管的电压和电流：负载上得到的电压负载上得到的电压 Uo 是输出电压波形在是输出电压波形在一个周期中的平均值一个周期中的平
9、均值:22o0.922UUU 流过负载的电流：流过负载的电流：LooRUI oD21II 流过每个二极管的平均流过每个二极管的平均电流是负载电流的一半：电流是负载电流的一半：2RM2UU 每个二极管承受的反向每个二极管承受的反向电压最大值为变压器二次电压最大值为变压器二次电压的峰值：电压的峰值：例例 某电气设备采用桥式整流电路整流，电某电气设备采用桥式整流电路整流，电源电压为源电压为220 V 交流电，需要整流输出的电压为交流电，需要整流输出的电压为 6 V，电流为，电流为 25 mA，试求整流二极管参数。，试求整流二极管参数。V6.67V9.069.0o2 UU根据式根据式 可知变压器二次电
10、压为可知变压器二次电压为22o9.022UUU 解解 mA5.12A0125.0A025.02121oD IIV4.9V67.6222RM UU根据式根据式 可知二极管平均电流为可知二极管平均电流为oD21II 根据式根据式 可知二极管承受的反向电压可知二极管承受的反向电压最大值为最大值为2RM2UU 3)简化画法简化画法+uo RLio+u2 4)整流桥整流桥把四只二极管封把四只二极管封装在一起称为整装在一起称为整流桥流桥+-+整流桥的连接整流桥的连接 本课小结本课小结1 1、整流电路实际上是二极管单向导、整流电路实际上是二极管单向导电的应用，起到波形变换将交流变为直电的应用，起到波形变换将
11、交流变为直流。流。2 2、变压器中心抽头式单相全波整流、变压器中心抽头式单相全波整流电路，每个二极管承受两倍的反向峰值电路，每个二极管承受两倍的反向峰值电压。电压。3 3、桥式全波整流电路比变压器中心、桥式全波整流电路比变压器中心抽头式单相全波整流电路所使用的整流抽头式单相全波整流电路所使用的整流二极管多一倍，但二极管承受的反向电二极管多一倍，但二极管承受的反向电压低了一半且无需变压器中心抽头。压低了一半且无需变压器中心抽头。作业：作业：单相桥式整流，单相桥式整流，负载电阻负载电阻 R RL L=40 =40 ，要求直流输出电压，要求直流输出电压 U UO O =20 V=20 V，求电源变压
12、器的负边电压，求电源变压器的负边电压，流过二极管的平均电流。流过二极管的平均电流。解解 V 172.1202.1O2 UU电流平均值：电流平均值：A0.2540 20212121LOOD RUII 第二节 滤波电路学习目标：学习目标：1、了解滤波电路的种类、了解滤波电路的种类2、知道、知道R、L在滤波电路在滤波电路 中的连接中的连接 问题：1滤波电路的类型有哪些？2滤波的作用是什么？电路中的滤波元件有哪些？3电容滤波利用了电容器什么作用？4电容滤波后输出电压的平均值有哪些？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 R RL L 并联，并联，或电感与负载或电感与负载R RL L
13、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RLCRLL 滤波电路滤波电路 型滤波电路型滤波电路RCRC型滤波电路型滤波电路滤波电路型滤波电路型滤波电路 整流电路输出电压向负载供电的同时，也给电容充电。利整流电路输出电压向负载供电的同时，也给电容充电。利用电容器的充、放电特性，使输出电压平滑。用电容器的充、放电特性，使输出电压平滑。u1u29.2.1电容滤波电路电容滤波电路 io +uo=uc RLV1V4V3V2+u 1 1、电容滤波、电容滤波V 导通时给导通时给 C 充电，充电，V 截止时截止时 C 向向 RL 放电放电；1)电路和工作原理电路和工作
14、原理滤波后滤波后 uo 的波形变得平缓，平均值提高。的波形变得平缓，平均值提高。电容电容充电充电电容电容放电放电C 当下一个整流波形到当下一个整流波形到来时且来时且 u2 幅值大于电容幅值大于电容两端电压时，电容器又开两端电压时，电容器又开始充电。始充电。电容器不断充电、放电、再充电电容器不断充电、放电、再充电负载两端得到平滑的直负载两端得到平滑的直流电。流电。滤波前滤波前滤波后滤波后电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重时应采用电感电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重时应采用电感滤波电路。滤波电路。OuO当充电电压达到最大值当充电电压达到最大值 后，后，u2 下降，电容器向负载放下降，电容
15、器向负载放电，维持负载两端电压缓慢下降。电，维持负载两端电压缓慢下降。22U 2)波形及输出电压波形及输出电压O tuO 2 22U输出电压的平均值：输出电压的平均值：半波整流桥式整流桥式整流输出端开路时2VVO22.1 VVO24.1 VVO电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重电容滤波电路适用于轻载情况，当负载较重时应采用电感滤波电路。时应采用电感滤波电路。电感对整流电路输出电感对整流电路输出电压中的交流成分呈现较电压中的交流成分呈现较大的阻抗，对直流成分感大的阻抗，对直流成分感抗为零，因此，交流成分抗为零，因此，交流成分基本都降落在电感线圈上，基本都降落在电感线圈上，而直流成分则降压在负
16、载而直流成分则降压在负载电阻上，从而负载上得到电阻上，从而负载上得到平滑的直流电。平滑的直流电。负载两端电压的平均负载两端电压的平均值与桥式整流电路相值与桥式整流电路相同，为同，为Uo=0.9U22电感滤波电路电感滤波电路RLL+u2 2 2、电感滤波电路、电感滤波电路RLL+u2 整流后的输出电压：整流后的输出电压：直流分量直流分量被电感被电感 L 短路短路交流分量交流分量主要主要降在降在 L 上上电感越大，滤波效果越好电感越大，滤波效果越好电感元件体积大，结构复杂，自身电电感元件体积大，结构复杂，自身电阻也会引起直流电压和功率损失。它适同阻也会引起直流电压和功率损失。它适同于负载电流要求较
17、大且负载变化大的场合。于负载电流要求较大且负载变化大的场合。3、复式复式滤波电路滤波电路L C1RL+u2 C2C1、C2 对交流对交流容抗小容抗小L 对交流对交流感抗感抗很很大大由于线圈体积大，笨重、成本高，在晶体管由于线圈体积大，笨重、成本高，在晶体管电路中使用不多，通常用电阻电路中使用不多，通常用电阻R代替代替L，组，组成成 型型RC滤波电路。滤波电路。R，C2越大，滤波效果越好 三、达标三、达标1 1、交流变成直流需要那几个过程？、交流变成直流需要那几个过程？2 2、什么叫整流？常用的整流元件是、什么叫整流？常用的整流元件是 什么？滤波电路中的主要元件是什什么？滤波电路中的主要元件是什
18、 么？么？3 3、画出桥式整流电路。、画出桥式整流电路。4 4、整流电路把、整流电路把 变换成变换成 。5 5、滤波电路把、滤波电路把 变换成变换成 。6 6、在滤波电路中电容、在滤波电路中电容 在电路中，在电路中，电感电感 在电路中。在电路中。7 7、在在型RC滤波电路中，R值越大越好（）第三节第三节 二极管应用电路二极管应用电路 一、一、发光二极管发光二极管二、二、稳压二极管稳压二极管三、三、光敏二极管光敏二极管 学习目标学习目标 1、掌握各二极管的符号、掌握各二极管的符号 及工作条件及工作条件 2、了解各二极管的工作、了解各二极管的工作 原理原理 自主探究自主探究1 1、发光二极管的芯片
19、采用什么、发光二极管的芯片采用什么 材料？加什么电压才能工作？材料？加什么电压才能工作？2 2、稳压二极管能够稳压需要什么、稳压二极管能够稳压需要什么 条件？条件？3 3、光敏二极管在什么电压下工作？、光敏二极管在什么电压下工作？4 4、记住各二极管的符号。、记住各二极管的符号。一、一、发光二极管发光二极管特点：单向导电性开启电压大正向电流大则发光强发光二极管的发光二极管的芯片芯片采采用的是磷砷化镓、砷用的是磷砷化镓、砷化镓及磷化镓等半导化镓及磷化镓等半导体材料。体材料。一般发光二极管加一般发光二极管加上一定的上一定的正向正向电压电压时，能发出红、绿时，能发出红、绿和黄色的光。和黄色的光。外形
20、与符号外形与符号工作条件：工作条件：发光二极管是一种显示器件。发光二极管是一种显示器件。应用：二、二、稳压二极管稳压二极管发光二极管是一发光二极管是一种能种能稳定电压稳定电压的的二极管二极管符号符号 稳压特性稳压特性 利用二极管反向击穿特性实现利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿反向电击穿状态。状态。IZ很大，很大，UZ很小。很小。稳压原理稳压原理：利用其反：利用其反向击穿后向击穿后电流剧变电流剧变而而两端两端电压几乎不变电压几乎不变的的特性来实现的。特性来实现的。稳压二极管能够稳压，要有两稳压二极管能够稳压，要有两个基本条件：个基本条件
21、：1 1、管子两端需加上一个大于、管子两端需加上一个大于 其击穿电压的反向电压。其击穿电压的反向电压。2 2、采取适当措施限制击穿后、采取适当措施限制击穿后 的反向电流值。的反向电流值。措施：措施：串入一只电阻。串入一只电阻。电阻的作用一是起电阻的作用一是起限流限流作用，以保护作用，以保护稳压管；稳压管；(1)稳定电压稳定电压UZ 在规定的稳压管反在规定的稳压管反向工作电流向工作电流I IZ Z下，所对下，所对应的反向工作电压。应的反向工作电压。2.稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数(2)(2)稳定电流稳定电流I IZ Z：是指稳压二极管在稳定电是指稳压二极管在稳定电压下的工作电流。稳定电流
22、有一定的允许压下的工作电流。稳定电流有一定的允许范围，最大稳定工作电流范围，最大稳定工作电流 I Izmaxzmax 和最小稳和最小稳定工作电流定工作电流 I IZminZmin。电流偏小，稳压效果差；。电流偏小，稳压效果差；电流偏大，稳压效果好。电流偏大，稳压效果好。(4)稳定电压温度系数稳定电压温度系数 温度温度的变化将使的变化将使UZ改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 UZ 6V时，时，UZ具有具有正温度系数正温度系数，反向击穿，反向击穿是雪崩击穿。是雪崩击穿。当当 UZ 6V时，时，UZ具有具有负温度系数负温度系数，反，反向击穿是齐纳击穿。向击穿是齐纳击穿。当当 UZ=6V时，稳压管
23、可以获得接近零的时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。压管使用。(3)(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM UZ IZM 若超过这个值，若超过这个值，稳压管会被烧毁。稳压管会被烧毁。三、三、光敏二极管光敏二极管 （光电二极管）（光电二极管）外形和符号外形和符号光信号转变成电信号光信号转变成电信号的半导体器件的半导体器件 光敏二极管工作原理光敏二极管工作原理有光有光光电接收二极管光电接收二极管反偏反偏状态状态光电流（恒流）光电流（恒流）无光无光暗电流暗电流工作在反向电压下(1)最高工作电压最高工作电压URmax2.光
24、敏二极管主要参数光敏二极管主要参数(2)(2)暗电流暗电流I ID D：是指光敏二极管在无光照时，是指光敏二极管在无光照时，在最高反向电压作用下所测得的反向电流。在最高反向电压作用下所测得的反向电流。I ID D越小，管子性能越稳定，对光的敏感度越小，管子性能越稳定，对光的敏感度越高。越高。光敏二极管在无光照条件下，反向电光敏二极管在无光照条件下，反向电流不超过流不超过0.1 A 0.1 A 时所能承受的最高反向时所能承受的最高反向电压。电压。U URmaxRmax越大，管子性能越稳定越大，管子性能越稳定(3)(3)光电流光电流I IL L：是指光敏二极管在光照时所是指光敏二极管在光照时所产生
25、的光电流。产生的光电流。I IL L越大，管子性能越好。越大，管子性能越好。光敏二极管的光敏二极管的用途用途：主要用于自动控制、：主要用于自动控制、光电耦合器等电路中作为光电转换器件。光电耦合器等电路中作为光电转换器件。三、达标三、达标1 1、发光二极管是一种、发光二极管是一种 器件。加器件。加 电压时发光。电压时发光。2 2、稳压二极管是一种能、稳压二极管是一种能 电压的二电压的二极管，工作时需加上一个大于其击穿电极管，工作时需加上一个大于其击穿电压的压的 电压。电压。3 3、光敏二极管是一种将、光敏二极管是一种将 转变为转变为 信号的半导体器件，它在信号的半导体器件，它在 下工作。下工作。4 4、下面、下面 是发光二极管的符号是发光二极管的符号A B C DA B C D
