单相整流电路

《模拟电子技术基础》沈任元吴勇主编—机械工业出版社、高等职业技术教育机电类专业规划教材第一章半导体二级管及其应用授课教师:李彩云学校：上饶职业技术学院下翻课时数：两节课教学目的：1、掌握半波整流和桥式整流电路结构、工作原理、负载电压和电流的计算，以及整流二极管的电流和最大反向电压分析与计算。2、理解单相半波整流电路和单相桥式整流电路的特点及应用。3、理解电压平均值的概念，了解平均值的求法。4、能熟练绘制单相半波及桥式整流电路图。下翻上翻教学重点：1、整流电路结构与工作原理2、负载电压和电流的计算及整流二极管电流和最大反向电压的分析。教学难点：整流电路工作原理（提示：以动画方式来突破教学中抽象且不易表述清楚的难点知识，直观地体现出电路中电流的工作情况。）下翻上翻复习提问新课引入新课内容巩固训练主目录下翻上翻课堂小结一、复习提问1.问:二极管的组成结构与典型特性是?参考回答：二极管由一个PN结、两根电极（阴极和阳极）和外壳组成。其典型特性就是PN结的特性：即单向导电性。2.整流二极管的结构特点是？参考回答：结面积较大，允许通过的电流较大，一般为面接触型或平面型结构。返回主目录下翻上翻二、新课引入返回主目录下翻上翻思考：如果在交流电源和负载之间接一个开关，当交流电源的正半周到来时，把开关合上，让电源电压送到负载，当交流电源的负半周到来时，把开关断开，让负载得不到电源电压，从而使负载得到单向脉动直流电压，实现整流的目的。想一想：能否用手动开关来实现这个任务？分析：从理论上是行得通的，但实际上交流电流的频率相对手的动作频率大得多，不可能用手来控制开关达到整流目的，例如：我国的工频电流为50HZ，即每秒钟变化50次，要求开关每秒准确通断100次，这显然不是人工能实现的！我们只能利用电子器件来完成这个功能，二极管的“单向导电性”决定了它可以充当这个“自动开关”，实现整流的目的。三、新课内容1.单相半波整流电路2.单相桥式整流电路返回主目录子目录下翻上翻(一)、单相半波整流电路1、工作原理其中TR为整流变压器；V为整流二极管。为分析方便，把二极管当成理想器件，即正向导通电阻为零、导通压降为零；反向截止电阻无穷大、漏电流为零。)sin(222tUu交流电经变压器降压后，在次级线圈上得到的电压u2仍然为交流电压，其波形如右图所示：tO23u222U+uｏ–RL~220VVTRu2（其中U2为u2的有效值）其数学表达式为：下翻上翻返回子目录A、当u2为正半周时，V正偏导通，电路中形成电流，电流方向见图中箭头所示：B、当u2为负半周时，V反偏截止，电路中电流为零，则负载上无压降，u2全部反加在整流二级管上。即：uV=-u2uV的波形见右图：tO23u222UuOuVtO2322U+uV–RL~220V+uO–VTRu2tO2322UtO23iV=iO下翻上翻u2全部加在负载上。即：uV=0uO=u2负载电压uO和负载电流iO波形如右图所示：下翻上翻2、负载RL上的直流电压和电流的计算①、负载上的平均电压UL负载上的电压为不连续的脉冲电压，其大小可以用平均值UL来表示，即：在一个周期（T=2π/ω）内进行平均，用实验和高等数学的方法都可证明：UL≈0.45U2tO23uO22UUL其中U2为变压器二次电压有效值。②、负载上的平均电流ILRURUIL2LLL45.0tO23uV22U2RM2UU下翻上翻3、整流二极管的选择①、二极管的平均电流IF：②、二极管的最大反向峰值电压URM：选整流二极管时考虑的是两个参数，即正向导通时流过二极管的平均电流IF以及反向截止时加在二极管两端的最大反向峰值电压URM，实际选用器件时对应参数必须要大于计算值，且要有一定的裕量。RUIIL2LF45.0由下面uV的波形图可得：4、单相半波整流的特点与应用电路简单、使用器件少、但是对电源的利用率低、输出电压脉动大。因此只能用于小功率以及对输出电压波形和整流要求不高设备。知识扩展思考：半波整流只利用了电源的一半，试想一想：能否可用另一个半波整流电路把电源的另一半周也进行整流，并且整流后的输出电流以同样的方向送给负载利用，这样不就完全利用了整个电源电压，而且负载上得到的是连续的直流脉冲电压。分析：上述想法完全是可以做到的，只需要有一个输出端具有中心抽头的整流变压器，在上下两组次级线圈上各接一个半波整流电路，分别对电源的正负半周进行导通。电路图见下页：下翻上翻显然这种电路优点是对电源的利用率高，两个半波整流电路轮流导通向负载送电，即：但这个电路的缺点也是明显的，变压器次级线圈匝数多、体积大；而且V1导通、V2截止时，u2a和u2b叠加后反加在V2上，即：因此对整流二极管的反向耐压要求提高。2RM22UU下翻上翻其中V1所组成的半波整流电路把电源正半周电压送给负载，电流方向如图红色箭头所示：V2所组成的半波整流电路把电源负半周电压送给负载，电流方向如图绿色箭头所示：u2aRLu2b~220VaＶ1Ｖ2-UL+bTRUL≈0.9U2返回子目录(二)、单相桥式整流下翻上翻其中四个整流二级管V1~V4接成电桥形式，所以称为桥式整流电路。这种电路还有另一种常用的而且非常直观的画法。如下图所示：RLV4V3V2V1u2u1TRRLV4V3V2V1u2u1TRAB返回子目录ioRLV4V3V2V1+uou2u1ABioRLV4V3V2V1u2u1+uoAB1、工作原理下翻上翻①、u2为正半周时，A点电压大于B点电压，V1和V3正偏导通，V2和V4反偏截止，电流通路为：A→V1→RL→V3→B②、u2为负半周时，B点电压大于A点电压，V2和V4正偏导通，V1和V4反偏截止，电流通路为：B→V2→RL→V4→A电流方向和回路见下图中红色线所示：电流方向和回路见下图中绿色线所示：A．电路分析tOtOtOtO23232233uOu2uＶiO④③②①Ｂ.波形22U22UU2下翻上翻其中图①为变压器次级线圈上的交流正弦电压波形；图②为负载上得到的连续脉冲直流电压波形，红色波形为V1和V3导通产生；绿色为V2和V4导通产生。图③为负载上电流波形，同电压波形一样。图④为整流二极管的电压波形，绿色线为V1和V3的电压波形，红色线为V2和V4的电压波形。显然整流二极管导通时其两端电压理想情况为零；截止时其反向电压峰值为。（注：对二极管的反向电压的电路分析见后面页面）22U2.负载RL是直流电压和电流的计算下翻上翻①、负载上的平均电压UL在单相桥式整流电路中，交流电在一个周期内的两个半波都有同方向的电流流过负载，因此在同样的U2时，该电路输出的电流和电压均比半波大一倍，输出电压为：UL≈0.9U2②、负载上的平均电流ILRURUIL2LLL9.02RM2UU下翻上翻3、整流二极管的选择①、二极管的平均电流IF：②、二极管的最大反向峰值电压URM：RUIIL2LF45.021在桥式整流电路中，由于每只二极管只有半周是导通的，而负载是正负半都导通的，所以流过每只二极管的平均电流只有负载电流的一半，即：设V1和V3导通，V2和V4截止，则V1和V3相当于短路线，V2和V4承受反向电压的示意图见右图所示：显然：RLV4V2u2u14.桥式整流电路的简化画法+uoRLio~+u2把桥式整流电路中的四只二极管封装在一起称为整流桥堆，如右图所示：~~下翻上翻桥堆中引出四个接线脚，两个为交流接线脚，接整流变压器的二次端，两个为直流接线脚，接负载的正负极。与整流桥堆相对应，桥式整流电路也可以画成右边的简化图形式：5、单相桥式整流的特点与应用：桥式整流电路输出电压脉动小，每只整流二极管所承受的最大反向电压与半波整流的一样。由于每半周内变压器的二次绕组都有电流流过，变压器的利用效率高。正因为桥式整流电路具有上述优点，所以在仪器仪表、通信、控制装置等设备中应用最为广泛。下翻上翻返回子目录返回主目录项目类别输出电压平均值UO流过二极管电流平均值IV整流二极管最高反压URM半波整流0.45U2IO全波整流0.9U20.5IO桥式整流0.9U20.5IO22U222U22U四、课堂小结下翻上翻返回主目录五、巩固训练课堂训练题:返回主目录1、对桥式整流电路：表达式UL≈0.9U2中的UL指:A、负载电压平均值B、负载电压有效值C、负载电压瞬时值D、负载电压最大值回答正确，你真棒！回答错误，再想一想！回答错误，再想一想！回答错误，再想一想！上一题下一题查看答案√下翻上翻2、在桥式整流电路中有四个整流二极管,每一个二极管流过的平均电流IF与负载平均电流IL相比较，大小关系阐述正确的选项是：B、IF是IL的二分之一A、IF是IL的四分之一C、IF和IL一样大D、IF是IL的两倍回答正确，你真棒！回答错误，再想一想！回答错误，再想一想！回答错误，再想一想！上一题下一题查看答案√下翻上翻3、在单相桥式整流电路中,若四个整流二极管中有一个二极管焊接时接反了,则通电后会出现的现象是:B、变压器次级线圈短路A、电路变成半波整流C、电路不工作,负载上无输出电压D、负载短路回答正确，你真棒！回答错误，再想一想！回答错误，再想一想！回答错误，再想一想！上一题下一题查看答案√下翻上翻分析提示如图所示：假设V4接反，当u2为正半周时，电流方向必然如图所示：RLV4V3V2V1u2u1TRAB课后思考题一般使用直流电源的用电器,电源的正负极性都不能接反,试设计一个简单电路,使用电器的电源既使接反了也能正常工作.课后作业题课本17面:第7和第8两题下翻上翻返回主目录本课结束返回首页