哈尔滨工业大学：《电工学（电子技术）》课程教学资源（题解）例题精解十九

例题精解 【例题19.1】计算表19.1所列几种常见整流电路的变压器副边电流的有效值I。 设为电阻性负载。 【解】(1)单相半波 Im sino td(@) r)don 故 (2)单相全波 =l。=1.57。 l。 故 1= l。=0.791 4157 (3)单相桥式 。 w17(m sino d(n=n √2 【例題19.2】带滤波器的桥式整流电路如图19.1所示,U2=20V,现在用直流电压 表测量R端电压U,出现下列几种情况,试分析哪些是合理的?哪些发生了故障,并 指明原因。 (1)U。=28V;(2)U。=18V;(3)U。=24V:(4)U。=9V。 19.1例题192的图 【解】(1)因为28V≈√2U2,所以可判定R开路。 (2)因为18V=0.9U2,所以滤波电容开路 (3)因为24V=1.2U2,所以U=24V合理。 (4)因为9V=045U2,所以可判定D1、D2、D3、D4中有一个二极管开路 和滤波电容开路。 2√2U

189 一、 例题精解 【例题 19.1】 计算表 19.1 所列几种常见整流电路的变压器副边电流的有效值 I。 设为电阻性负载。 【解】 （1）单相半波 2 ( sin ) d( ) 2 1 π sin d( ) 2 1 m 0 2 m m 0 o m I I I t t I I I t t = = = = ∫ ∫ π π ω ω π ω ω π o o 1.57 2 I I = I π = 故 （2）单相全波 2 Im I = π 2 m o I I = o o 0.79 4 π I = I = I o o 1.57 2 I I = I π = 故 （3）单相桥式 π 2 m o I I = 2 ( sin ) d( ) π 1 m π 0 2 m I I = I t t = ∫ ω ω . 故 o o 1.11 2 2 π I = I = I 【例题 19.2】 带滤波器的桥式整流电路如图 19.1 所示，U2=20V，现在用直流电压 表测量 RL端电压 Uo，出现下列几种情况，试分析哪些是合理的？哪些发生了故障，并 指明原因。 (1) Uo=28V；(2)Uo=18V；(3)Uo=24V；(4)Uo=9V。 U 1 ⋅ U 2 ⋅ D1 D2 D3 D4 C RL U o 图 19.1 例题 19.2 的图 【解】 （1）因为 ，所以可判定 RL开路。 2 28V ≈ 2U （2）因为 18V=0.9U2，所以滤波电容开路。 （3）因为 24V=1.2U2，所以 Uo=24V 合理。 （4）因为 9V=0.45U2，所以可判定 D1、D2、D3、D4 中有一个二极管开路 和滤波电容开路。 2 2 , Uo = U

电工学试题精选与答题技巧 【例题193】图192是二倍压整流电路 试分析之,并标出U的极性 C RIIU 图192例题193的图 分析:当u在正半周时,D1导通,D2截止,C1被充电到u的最大值√2U(极性左正 右负)。到负半周时,D1截止,D2导通,u和C1两端电压相加。这时,电源一方面经 D2供给R电流,同时经D2给C2充电充到等于u的最大值2U和C1两端电压之和 由于C放电很慢,其上电压近似为√2U因此,C2两端电压接近2√2极性下正上 负),此即为R1上电压U0。当D2截止时,C2通过R放电,但因一般阻值较大,放电时 间常数很大,所以C2两端电压U衰减很少,基本维持在2由于U基本上为 变压器副绕组电压最大值的2倍,故称为二倍压整流电路。 倍压整流电路中,两个二极管所承受的最大反向电压为2√2U,电容C1的耐压应 大于√2U,C2的耐压应大于2√2U 【例题19.4】设计一个桥式整流滤波电路,要求输出电压U。=20V,输出电流 l=600mA。交流电源电压为220V,50Hz 【解】由单相桥式整流电路的工作原理和结论可知,桥式整流电容滤波输出电压平 均值U。=12U2(U2为整流变压器副边电压有效值)。每个二极管承受的反向峰值电 压为√2U2,通过每个二极管的电流为 (1)选择二极管。流过二极管的电流I=1。=×600=300mA,二极管承 的最大反向电压为√2U2。因为 =167V 1.21.2 所以 2U,=√2×167=234V 因此可选用2CP33B(最大整流电流为500mA,最大反向工作电压为100V)。 (2)选择滤波电容器C。一般要求RC≥(3~5),现取 RIC 3T3×0.02 =0.03s 2 又因为 R1=0==332 0.6 所以 900×100F 取C=1000μF,耐压50V。 (3)对变压器副边电压和电流有效值的计算

190 电工学试题精选与答题技巧 【例题 19.3】 图 19.2 是二倍压整流电路， 试分析之，并标出 Uo的极性。 C1 D1 C2 RL U o D2 u 图 19.2 例题 19.3 的图 分析：当 u 在正半周时, D1导通，D2 截止，C1被充电到 u 的最大值 (极性左正 右负)。到负半周时，D1 截止，D2 导通，u 和 C1 两端电压相加。这时，电源一方面经 D2供给 RL电流，同时经 D2给 C2 充电,充到等于 u 的最大值 和 C1两端电压之和。 由于 C1 放电很慢，其上电压近似为 。因此，C2两端电压接近 (极性下正上 负)，此即为 RL上电压 Uo。当 D2截止时，C2通过 RL放电，但因一般阻值较大，放电时 间常数很大，所以 C2 两端电压 Uo衰减很少，基本维持在 值 。由于 Uo基本上为 变压器副绕组电压最大值的 2 倍，故称为二倍压整流电路。 2 2 2 2 2 2 2 U U U U U 倍压整流电路中，两个二极管所承受的最大反向电压为 ，电容 C1 的耐压应 大于 ，C2 的耐压应大于 。 2 2 2 2 2 U U U 【例题 19.4】 设计一个桥式整流滤波电路，要求输出电压 Uo=20V，输出电流 Io=600mA。交流电源电压为 220V，50Hz。 【解】由单相桥式整流电路的工作原理和结论可知，桥式整流电容滤波输出电压平 均值 Uo = 1.2U2（U2 为整流变压器副边电压有效值）。每个二极管承受的反向峰值电 压为 2 2U , 通过每个二极管的电流为 。 1 I （1）选择二极管。流过二极管的电流 ，二极管承 受的最大反向电压为 2 2U 。因为 600 300 1 1 I = I o = × = o 2 mA 2 2 D 16.7V 1.2 20 1.2 o 2 = = = U U 所以 2U2 = 2 ×16.7 = 23.4V 因此可选用 2CP33B（最大整流电流为 500mA，最大反向工作电压为 100V）。 (2) 选择滤波电容器 C。一般要求 R ≥ ( ~ 5 ，现取 2 3 ) L T C 0.03s 2 3 0.02 2 3 L = × = = T R C 又因为 33Ω 0.6 20 o o L = = = I U R 所以 900 10 F 33 0.3 −6 C = = × 取 C=1 000μF，耐压 50V。 (3) 对变压器副边电压和电流有效值的计算

第十九章直流稳压电源 191 变压器副边电压有效值 变压器副边电流有效值 12=1.1l=1.1×06=0.67A 选变压器副边电流有效值l2=0.7A,电压有效值U2=17V。 【例题195】有一整流电路如图19.3所示。(1)试求负载电阻R1和R12上整流电 压的平均值Uω和U。2,并标出极性;(2)试求二极管D1、D2、D3中的平均电流l1、lD、 lD3以及各管所承受的最高反向电压。 【解】(1)Ua=0.45×(90+10)=45V D U=0.9×10=9V R Uo1和Ua2的极性如图19.3所示 90VD 220V C10V Ip2=lD3=2100 =0.045A=45mA 各管所承受的最高反向电压为 图193例题19.5的图 UpgM=√2×100=14V D3RM =2√2×10=28.3V 【例题196】图194为稳压管稳压电路。当稳压管的电流lz所示的变化范围为 5~40mA时,问R1的变化范围为多少? 【解】(1)当Lz=lm=5mA时,负载电流最大,R1阻值最小 U。-U116 R 10001A=100mA+ h1m=lR-12m=100-5=95mA|6c R‖ 所以 RL 639 L max 图19.4例题196的图 (2)当l=lzm=40mA时,负载电流最小,阻值最大。 ILmin =Ig-lzmax =100-40= 60mA RL =1009 ILmin 0.06 由上面的分析和计算可知,当稳压管电流变化范围为5~40mA时,RL的变化范围 【例題197】稳压管稳压电路中负载R1=6009,要求输出直流电压U1=6V,桥 式整流,电容滤波后的电压为18ⅴ。(1)画出此桥式整流、电容滤波、稳压管稳压电路 图:(2)若稳压管稳定电流lz=10mA,求限流电阻的值:(3)求整流元件的整流电流l

第十九章 直流稳压电源 191 变压器副边电压有效值 16.7V 1.2 20 1.2 o 2 = = = U U 变压器副边电流有效值 I 2 = 1.11I o = 1.11× 0.6 = 0.67A 选变压器副边电流有效值 I2 = 0.7A，电压有效值 U2 = 17V。 【例题 19.5】 有一整流电路如图 19.3 所示。（1）试求负载电阻 RL1 和 RL2 上整流电 压的平均值 Uo1和 Uo2，并标出极性；（2）试求二极管 D1、D2、D3中的平均电流 ID1、ID2、 ID3 以及各管所承受的最高反向电压。 【解】 （1） Uo1 和 Uo2 的极性如图 19.3 所示。 (2) 2 100 0.9 10 9V 0.45 (90 10) 45V o2 o1 = × = = × + = U U 0.045A 45mA 1 9 4.5mA 10 45 D2 D3 D1 = = × = = = = I I I D1 D2 D3 RL1 RL2 U o1 220V U o2 10kΩ 100Ω 90V 10V 10V + - + - 各管所承受的最高反向电压为 图 19.3 例题 19.5 的图 U = 2 × = 2 2 10 28.3V 100 141V D2RM D3RM D1RM U =U = × = 【例题 19.6】 图 19.4 为稳压管稳压电路。当稳压管的电流 IZ 所示的变化范围为 5~40mA 时，问 RL的变化范围为多少？ 【解】（1）当 IZ = IZ min= 5mA 时，负载电流最大，RL阻值最小。 RI U o UL ZI RL LI + 16V UZ 6V 100 5 95mA 0.1A 100mA 100 16 6 L max R Z min o L R = − = − = = = − = − = I I I R U U I 所以 图 19.4 例题 19.6 的图 L = = = 63Ω 0.095 6 max L min I U R L （2）当 IZ=IZ max=40mA 时，负载电流最小，阻值最大。 = = = Ω = − = − = 100 0.06 6 100 40 60mA L min L max L min R Z max I U R I I I L 由上面的分析和计算可知，当稳压管电流变化范围为 5~40mA 时，RL的变化范围 为 63~100Ω 。 【例题 19.7】 稳压管稳压电路中负载 RL=600Ω ，要求输出直流电压 UL= 6V，桥 式整流，电容滤波后的电压为 18V。（1）画出此桥式整流、电容滤波、稳压管稳压电路 图；（2）若稳压管稳定电流 IZ=10mA，求限流电阻的值；（3）求整流元件的整流电流 ID

192 电工学试题精选与答题技巧 及最高反向电压UDwM各为多少 解】(1)桥式整流、电容滤波、稳压管稳压电路如图19.5所示。 本D本D 本D2 D D 图195例题197的图 (2)因为 =0.0lA=10mA 而 Iz=10mA 所以 R、18-612 =06k9 (3)整流元件的整流电流1D=1g=10mA,取 18 UoaM=√2=√2×10≈21.V 【例题19.8】单管串联式稳压电路如图196所示。变压器副边电压U2=10V, R=1kg,U=07V(假设不随发射极电流变化)。稳压管内阻r2Mz ≤2092,电压 Uz=87V,滤波电容足够大。试计算电网电压U1变化±10%时,LL的变化范围及相对变 化率 U D2心 图196例题198的图 【解】当滤波电容足够大时,U。=1.2U2=12×10=12V 当U1变化±10%时,U2、U也变化±10%, △U。=(±0.1)×12=±1.2V △U (±1.2)=±0.024V r+RR 1000 又因为 UL=Uz-UBE=8.7-0.7=8v △U1≈△U=±0.024V

192 电工学试题精选与答题技巧 及最高反向电压 UDRM 各为多少？ 【解】 （1）桥式整流、电容滤波、稳压管稳压电路如图 19.5 所示。 U D1 D2 D3 D4 UL RL DZ I D RI R ZI LI 18V 图 19.5 例题 19.7 的图 （2）因为 0.01A 10mA 600 6 L L L = = = = R U I 而 I Z =10mA 所以 （3）整流元件的整流电流 ， 取 1 I = I = = = Ω + − = 0.6k 20 18 6 12 Z L I I R 10mA 2 D R 21.2V 1.2 18 2 2 V 1.2 18 DRM = = × ≈ = U U U 【例题 19.8】 单管串联式稳压电路如图 19.6 所示。 变压器副边电压 U2 = 10V， R =1kΩ ,UBE=0.7V（假设不随发射极电流变化）。稳压管内阻 ≤ 20Ω ，电压 Z r = Z Z I U ∆ ∆ UZ = 8.7V，滤波电容足够大。试计算电网电压 U1变化 ±10% 时,UL的变化范围及相对变 化率。 U 1 ⋅ U 2 ⋅ U o U L RL DZ R T C 图 19.6 例题 19.8 的图 【解】当滤波电容足够大时， Uo 当 U1 变化 ±10% 时, U2、Uo 也变化 ± 10 % ， = 1.2U2 = 1.2×10 = 12V ( 1.2) 0.024V 1000 20 ( 0.1) 12 1.2V o Z Z Z Z o o ≈ ∆ = ± = ± + = ∆ ∆ = ± × = ± U R r r R r U U U 又因为 0.024V 8.7 0.7 8V L Z L Z BE ∆ ≈ ∆ = ± = − = − = U U U U U

第十九章直流稳压电源 193 所以 U1+△U1=8+0.024=8.024 U=U1-△U1=8-0.024=7976V U1的变化范围是7976-8024V。U因U1变化所产生的相对变化率为 △U1±0024 =±0.003=±0.3% U 8 应当注意,因为忽略了3U能E,所以U1/U1同实际值存在很大误差。 例题199】电路如图197所示。已知Uz=6V,R1=2k9,R2=1kg R2=2k9,U1=30V T的电流放大系数B=50。试求:(1)电压输出范围:(2)当U=15V、R1=1509时调整 管T的管耗和运算放大器的输出电流。 【解】(1)求电压输出范围。 电位计R1调到最上端 omin=Uz=6V 电位计R1调到最下端 R1+R2 omux 6=18V 故U的输出范围为6~18V (2)求T的管耗和运算放大器的输出电流。 由于R1比R1、R2、R3都小得多 lc≈l。 0.1A=100mA T的管耗为 RL Pc= UcEIC=(30-15)×0.1=1.5W R2 运算放大器的输出电流为 图197例题19.9的图 B 【例题1910】串联型晶体管稳压电路如图19.8所示。(1)若使输出电压数值增加, 则取样电阻1kΩ上的滑动头应向上移动,还是向下移动?(2)求输出电压的可调范围 设UpE2=0.6V。 0.6kc 10.6kQ2

第十九章 直流稳压电源 193 所以 8 0.024 7.976V 8 0.024 8.024V Lmin L L Lmax L L = − ∆ = − = = + ∆ = + = U U U U U U UL的变化范围是 7.976~8.024V。 UL因 U1 变化所产生的相对变化率为 0.003 0.3% 8 0.024 L L = ± = ± ± = ∆ U U 应当注意，因为忽略了 3 ∆ UBE ，所以∆ L / 同实际值存在很大误差。 【 例题 19.9】 电 路如 图 19.7 所示。 已知 UZ=6V， R1=2k Ω , R2=1k , R Ω 3=2kΩ ,U1=30V, U UL T 的电流放大系数β=50。试求：(1) 电压输出范围；(2) 当 Uo=15V、 RL=150Ω时,调整 管 T 的管耗和运算放大器的输出电流。 【解】 （1）求电压输出范围。 电位计 R1 调到最上端 Uomin =UZ = 6V 电位计 R1 调到最下端 故 Uo 的输出范围为 6~18V。 6 18V 1 2 1 Z 2 1 2 omax × = + = + = U R R R U （2）求 T 的管耗和运算放大器的输出电流。 由于 RL比 R1 、R2 、R3 都小得多， 故 T 的管耗为 运算放大器的输出电流为 I 100 ∞ Ui U o R1 R2 R3 UZ Uf DZ o I RL T 0.1A 100mA 150 15 L o C ≈ o ≈ = = = R U I I PC =UCE IC = (30 −15) × 0.1 =1.5W I = = = 2mA 图 19.7 例题 19.9 的图 50 C B β 【例题 19.10】 串联型晶体管稳压电路如图19.8所示。（1）若使输出电压数值增加， 则取样电阻 1kΩ 上的滑动头应向上移动，还是向下移动？（2）求输出电压的可调范围， 设 UBE2=0.6V。 R1 R2 UZ U o T1 T2 ' R ' U 0.6kΩ 0.6kΩ 1kΩ 6V DZ