v2,UL,UC R未接入 R接入后 C放电 C充电 UC=UL 2 2 3少 4元 O ID, ID ID, 导 导 1导！ 电 电 电 电 D ip 8 8 ωt 图10.1.5桥式整流、电容滤波时的电压、电流和纹波电压波形 的时间常数为 Ti=RIC (10.1.8) 因T。一般较大，故电容两端的电压v。按指数规律慢慢下降。其输出电压U= vc,如图10.1.5的ab段所示。与此同时，交流电压v2按正弦规律上升。当2> vc时，二极管D1、D3受正向电压作用而导通，此时2经二极管D,、D,一方面 向负载R提供电流，·另一方面向电容器C充电[接人负载时的充电时间常数 T。=(R,【Rnt)C≈RC很小]，vc升高将如图10.1.5中的bc段，图中bc段上 的阴影部分为电路中的电流在整流电路内阻R上产生的压降。vc随着交流电压 2升高到最大值√2V2的附近。然后，2又按正弦规律下降。当，<vc时，二极 管受反向电压作用而截止，电容器C又经R,放电，Uc下降，c波形如图10.1.5 中的cd段。电容器C如此周而复始地进行充放电，负载上便得到如图10.1.5所 示的一个近似锯齿波的电压=vc,使负载电压的波动大为减小。电路的电压、 电流和纹波电压v,波形如图所示。 由以上分析可知，电容滤波电路有如下特点： ·490· 10直流稳压电源
(1)二极管的导电角0<π，流过二极管的瞬时电流很大，如图10.1.5所 示。电流的有效值和平均值的关系与波形有关，在平均值相同的情况下，波形 越尖，有效值越大。在纯电阻负载时，变压器二次电流的有效值12=1.111， 而有电容滤波时 I2=(1.5~2)1 (10.1.9) (2)负载平均电压V升高，纹波（交流成分）减小，且R,C越大，电容放 电速率越慢，则负载电压中的纹波成分越小，负载平均电压越高。 为了得到平滑的负载电压，一般取 74=RC≥(3-5)子 (10.1.10) 式中T为电源交流电压的周期。 (3)负载直流电压随负载电流增加(R, 万V2 减小)而减小。V随I的变化关系称为输出 C形滤波 特性或外特性，如图10.1.6所示。 当R=0,即空载时C值一定，T:= 0.9'2 ∞，有 纯电阻负载 Vo=√2V2≈1.4V2 当C=0,即无电容时 Vo=0.9V2 (10.1.11) 图10.1.6纯电阻R,和具有电容 在整流电路的内阻不太大（几欧）和放电时间 滤波的桥式整流电路的输出特性 常数满足式(10.1.10)的关系时，电容滤波电 路的负载电压V与V2的关系约为 V=(1.1~1.2)V2 (10.1.12) 总之，电容滤波电路简单，负载直流电压V,较高，纹波也较小，它的缺 点是输出特性较差，故适用于负载电压较高，负载变动不大的场合。 2.电感滤波电路 在桥式整流电路和负载电阻R,之间串人一个电感器L,如图10.1.7所 示。当通过电感线圈的电流增加时，电感线圈产生自感电势（左“+”右“-”） 阻止电流增加，同时将一部分电能转化为磁场能量储存于电感中；当电流减小 时，自感电势（左“一”右“+”）阻止电流减小，同时将电感中的磁场能量释放 出来，以补偿电流的减小。此时整流二极管D依然导电，导电角日增大，使 日=π，利用电感的储能作用可以减小输出电压和电流的纹波，从而得到比较 平滑的直流。当忽略电感器L的电阻时，负载上输出的平均电压和纯电阻（不 加电感)负载相同，如忽略L的直流电阻上的压降，即V=0.9V2。 电感滤波的特点是，整流管的导电角较大（电感L的反电势使整流管导电 ·491● 10.1小功率整流滤波电路
~220V 50 Hz 图10.1.7桥式整流、电感滤波电路 角增大)，无峰值电流，输出特性比较平坦。其缺点是由于铁心的存在，笨 重、体积大，易引起电磁干扰。一般只适用于低电压、大电流场合。 此外，为了进一步减小负载电压中的纹波，电感后面可再接一电容或前后 各接一电容而构成倒L形滤波电路或RC-Π型滤波电路如图10.1.3b、c所 示。其性能和应用场合分别与电感滤波电路或电容滤波电路相似。 例10.1.1单相桥式整流、电容滤波电路如图10.1.4所示。已知交流电 源电压为220V,交流电源频率f=50Hz,要求直流电压V,=30V,负载电流 I1=50mA。试求电源变压器二次电压v2的有效值；选择整流二极管及滤波电 容器。 解：(1)变压器二次电压有效值 由式(10.1.12)，取V=1.2V2,则 V2= 30V=25V 1.2 (2)选择整流二极管 流经二极管的平均电流 ,=2=分 ×50mA=25mA 二极管承受的最大反向电压 VM=V2V2≈35V 因此，可选用2CZ51D整流二极管（其允许最大电流1=50mA,最大反向电压 VM=100V),也可选用硅桥堆QL-I型(1=50mA,VM=100V)。 (3)选择滤波电容器 负载电阻 y=30kn=0.6k0 RL= = 50 由式(10.1.10)，取RC=4× 之=27=2×0s=0.04s由此得滤波 电容 ●492◆ 10直流稳压电源
C=0.04s=004s≈66.7μF R 6002 若考虑电网电压波动±10%，测电容器承受的最高电压为 VcM=√2V2×1.1=(1.4×25×1.1)V=38.5V 选用标称值为100uF/50V的电解电容器。 *10.1.3倍压整流电路 利用滤波电容对电荷的存储作用，当负载电流很小时，由多个电容和二极 管可以获得几倍于变压器二次电压的直流电压，具有这种功能的整流电路称为 倍压整流电路。 图10.1.8所示为二倍压整流电路，变压器二次电压u2=√2V,sinωt,当 2处于正半周(a端为正，b端为负)时，D,导通、D2截止，2向电容器C,充 电，电压极性为右正左负，峰值电压可达√2V,；当v2处于负半周(a端为负，b 端为正)时，D,截止，D2导通，2+Vc,(电容器C:两端电压)向电容器C2充 电，电压极性为右正左负，峰值电压为2√2V2,即V。=V。,=2√2V2,故图 10.1.8为二倍压整流电路。这是因为当电路接的负载电阻R很大（负载电流 小)时，C2的放电时间常数T=R,C,>T(电源电压周期)，C2两端电压在一 个周期内下降很小，输出电压V。为变压器二次电压峰值的两倍。利用同样的 原理可实现所需电源电压倍数的输出电压。分析此类电路时假设电路空 载(R=∞)。 ~220V 50 Hz 图10.1.8倍压整流电路 通常该电路中的二极管承受的最大反向电压VM大于2√2V2。C,的耐压大 于√2V2,C,的耐压应大于2√2V2。倍压整流电路一般用于高电压、小电流（几 毫安以下)和负载变化不大的直流电源中。 ·493· 10.1小功率整流滤波电路
复习思考题 10.1.1整流二极管的反向电阻不够大，而正向电阻较大时，对整流效果会产生什么 影响？ 10.1.2电路如图10.1.1所示，试分析该电路出现下述故障时，电路会出现什么现 象。(1)二极管D,的正负极性接反；(2)D,击穿短路；(3)D,开路。 10.1.3在整流滤波电路中，采用滤波电路的主要目的是什么？就其结构而言，滤波 电路有电容输入式和电感输入式两种，各有什么特点？各应用于何种场合？ 图10.1.4、图10.1.7和图10.1.3b、c各属于何种滤波电路？ 10.1.4.电路如图10.1.4所示，电路中2的有效值V2=20V。(1)电路中R,和C增 大时，输出电压是增大还是减小？为什么？(2)在RC=(3~5)子时，输出 电压V与V2的近似关系如何？（3)若将二极管D,和负载电阻R分别断开， 各对V有什么影响？(4)若C断开时，V=? 10.2 串联反馈式稳压电路 10.2.1稳压电源的质量指标 稳压电源的技术指标分为两种：一种是特性指标，包括允许的输入电压、 输出电压、输出电流及输出电压调节范围等；另一种是质量指标，用来衡量输 出直流电压的稳定程度，包括稳压系数、电压调整率、电流调整率、输出电 阻、温度系数及纹波电压等。这些质量指标的含义，可简述如下： 由于输出直流电压V。随输入直流电压V(即整流滤波电路的输出电压，其数值 可近似认为与交流电源电压成正比)、输出电流I。和环境温度T(℃)的变动而变 动，即输出电压V。=f(V,1。,T),因而输出电压变化量的一般式可表示为 △V。=aVAV+ aT 或 △Vo=KAV,+R.AI。+S,△T 式中的三个系数分别定义如下： 输入调整因数 。494· 10直流稳压电源