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01 变压电路 通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。初级绕组用来输入电源交流电压次级绕组输出所需要的交流电压。通俗的说电源变压器是一种电→磁→电转换器件。即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。次级接上负载时电路闭合次级电路有交变电流通过。变压器的电路图符号见图231。 02 整流电路 经过变压器变压后的仍然是交流电需要转换为直流电才能提供给后级电路这个转换电路就是整流电路。在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性将方向变化的交流电整流为直流电。 1半波整流电路 半波整流电路见图232。其中B1是电源变压器D1是整流二极管R1是负载。B1次级是一个方向和大小随时间变化的正弦波电压波形如图 233a所示。0π期间是这个电压的正半周这时B1次级上端为正下端为负二极管D1正向导通电源电压加到负载R1上负载R1中有电流通过π2π期间是这个电压的负半周这时B1次级上端为负下端为正二极管D1反向截止没有电压加到负载R1上负载R1中没有电流通过。在 2π3π、3π4π等后续周期中重复上述过程这样电源负半周的波形被“削”掉得到一个单一方向的电压波形如图233b所示。由于这样得到的电压波形大小还是随时间变化我们称其为脉动直流。 设B1次级电压为E理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出 整流二极管D1承受的反向峰值电压为 由于半波整流电路只利用电源的正半周电源的利用效率非常低所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用一般电源电路中很少使用。 2全波整流电路 由于半波整流电路的效率较低于是人们很自然的想到将电源的负半周也利用起来这样就有了全波整流电路。全波整流电路图见图236。相对半波整流电路全波整流电路多用了一个整流二极管D2变压器B1的次级也增加了一个中心抽头。这个电路实质上是将两个半波整流电路组合到一起。在0π期间B1次级上端为正下端为负D1正向导通电源电压加到R1上R1两端的电压上端为正下端为负其波形如图237b所示其电流流向如图238所示在π2π期间B1次级上端为负下端为正D2正向导通电源电压加到R1上R1两端的电压还是上端为正下端为负其波形如图237c所示其电流流向如图239所示。在2π3π、3π4π等后续周期中重复上述过程这样电源正负两个半周的电压经过D1、D2整流后分别加到R1两端R1上得到的电压总是上正下负其波形如图237d所示。 设B1次级电压为E理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出 整流二极管D1和D2承受的反向峰值电压为 全波整流电路每个整流二极管上流过的电流只是负载电流的一半比半波整流小一倍。 3桥式整流电路 由于全波整流电路需要特制的变压器制作起来比较麻烦于是出现了一种桥式整流电路。这种整流电路使用普通的变压器但是比全波整流多用了两个整流二极管。由于四个整流二极管连接成电桥形式所以称这种整流电路为桥式整流电路。 由图2313可以看出在电源正半周时B1次级上端为正下端为负整流二极管D4和D2导通电流由变压器B1次级上端经过D4、R1、D2回到变压器B1次级下端由图2314可以看出在电源负半周时B1次级下端为正上端为负整流二极管D1和D3导通电流由变压器B1次级下端经过 D1、R1、D3回到变压器B1次级上端。R1两端的电压始终是上正下负其波形与全波整流时一致。 设B1次级电压为E理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出 整流二极管D1和D2承受的反向峰值电压为 桥式整流电路每个整流二极管上流过的电流是负载电流的一半与全波整流相同。
通常情况下桥式整流电路都简化成图2317的形式。 4倍压整流电路 前面介绍的三种整流电路输出电压都小于输入交流电压的有效值如果需要输出电压大于输入交流电压有效值时可以采用倍压电路见图2318。由图 2319可知在电源的正半周变压器B1次级上端为正下端为负D1导通D2截止C1通过D1充电充电后C1两端电压接近B1次级电压峰值方向为左端正右端负由图2320可知在电源的负半周变压器B1次级上端为负下端为正D1截止D2导通C2通过D1充电充电后C2两端电压接近C1两端电压与B1次级电压峰值之和方向为下端正上端负。由于负载R1与C1并联当R1足够大时R1两端的电压即为接近2倍B1次级电压。 二倍压整流电路还有另外一种形式的画法见图2321其原理与图2318完全一致只是表现形式不一样。 二倍压电路还可以很容易的扩展为n倍压电路具体电路见图2322。 03 滤波电路 交流电经过整流后得到的是脉动直流这样的直流电源由于所含交流纹波很大不能直接用作电子电路的电源。滤波电路可以大大降低这种交流纹波成份让整流后的电压波形变得比较平滑。 1电容滤波电路 电容滤波电路图见图2323电容滤波电路是利用电容的充放电原理达到滤波的作用。在脉动直流波形的上升段电容C1充电由于充电时间常数很小所以充电速度很快在脉动直流波形的下降段电容C1放电由于放电时间常数很大所以放电速度很慢。在C1还没有完全放电时再次开始进行充电。这样通过电容C1的反复充放电实现了滤波作用。滤波电容C1两端的电压波形见图2324b。 选择滤波电容时需要满足下式的条件 2电感滤波电路 电感滤波电路图见图2326。电感滤波电路是利用电感对脉动直流的反向电动势来达到滤波的作用电感量越大滤波效果越好。电感滤波电路带负载能力比较好多用于负载电流很大的场合。 3RC滤波电路 使用两个电容和一个电阻组成RC滤波电路又称π型RC滤波电路。见图2327所示。这种滤波电路由于增加了一个电阻R1使交流纹波都分担在R1上。R1和C2越大滤波效果越好但R1过大又会造成压降过大减小了输出电压。一般R1应远小于R2。 4LC滤波电路 与RC滤波电路相对的还有一种LC滤波电路这种滤波电路综合了电容滤波电路纹波小和电感滤波电路带负载能力强的优点。其电路图见图2328。 5有源滤波电路 当对滤波效果要求较高时可以通过增加滤波电容的容量来提高滤波效果。但是受电容体积限制又不可能无限制增大滤波电容的容量这时可以使用有源滤波电路。找正品元器件上唯样商城。其电路形式见图2329其中电阻R1是三极管T1的基极偏流电阻电容C1是三极管T1的基极滤波电容电阻R2是负载。这个电路实际上是通过三极管T1的放大作用将C1的容量放大β倍即相当于接入一个β1C1的电容进行滤波。 图2329中C1可选择几十微法到几百微法R1可选择几百欧到几千欧具体取值可根据T1的β值确定β值高R可取值稍大只要保证T1的集电极发射极电压UCE大于1.5V即可。T1选择时要注意耗散功率PCM必须大于UCEI如果工作时发热较大则需要增加散热片。 有源滤波电路属于二次滤波电路前级应有电容滤波等滤波电路否则无法正常工作。 04 整流滤波电路总结 1常用整流电路性能对照 电路名称 每个原件承受的最大反向电压 每个原件的平均电流 变压器次级电压有效值 变压器次级 电流有效值 半波整流 3.14U I 2.221Ue 1.571I 全波整流 3.14U 0.5I 1.111Ue 0.786I 桥式整流 1.571U 0.5I 1.111U2e 1.111I
注U为负载两端电压值I为负载上电流值e为整流二极管压降一般取0.7V。 2常用无源滤波电路性能对照 电路名称 滤波效果 输出电压 输出电流 应用特点 电容滤波 稍差 高 稍小 结构简单。由于大容量滤波电容的广泛使用克服了滤波效果稍差的缺点广泛用于各类电源电路。 电感滤波 较差 低 大 电源电路中较少使用。 RC滤波 较好 较高 小 常用于电子管收音机电路和各种高低频退耦电路。 LC滤波 很好 高 稍小 电源电路中较少使用。 3电容滤波电路输出电流大小与滤波电容量的关系 输出电流 A 2 1 0.51 0.10.5 0.051 0.05 电容量 μF 4000 2000 1000 500 200500 200 4常用整流滤波电路计算表 电路名称 均使用电容滤波 输入交流电压有效值 负载开路时输出电压 带负载时输出电压估计值 每个二极管的最大反向电压 每个二极管通过的电流 需要使用的二极管数量 半波整流 E 1.414E E 2.828E I 1 全波整流 2E 1.414E 1.2E 2.828E 0.5I 2 桥式整流 E 1.414E 1.2E 1.414E 0.5I 4 二倍压 E 2.828E 2E 2.828E I 2
