第10章 直流电源
10.1教学基本要求
10.1.1 基本要求
（1）掌握单相桥式整流电路的工作原理和主要参数计算，了解单相半波整流电路的工作原理、主要参数计算及二极管的选择 （2）掌握电容滤波电路的工作原理和主要参数计算，滤波电容的选择原则，了解电感滤波电路及其它形式的滤波电路的特点及各种滤波器的性能比较
（3）理解硅稳压管稳压电路的工作原理，稳压系数和输出电阻的估算，稳压电路中限流电阻R的选择 (4)掌握串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算，掌握三端固定式输出集成稳压器及其应用,了解三端可调输出集成稳压器及其应用
(5)了解开关稳压电路的工作原理及集成开关稳压器及其应用
10.1.2 重点难点及考点
（1）本章重点
单相桥式整流电路的工作原理和主要参数计算，电容滤波电路的工作原理和主要参数计算，串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算，三端固定式输出集成稳压器及其应用。
（2）本章难点
电容滤波电路的工作原理和主要参数计算，串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算。
（3）本章主要考点
单相桥式整流电路的工作原理，输出直流电压与输入交流电压有效值间的关系，二极管的选择。电容滤波电路的主要参数计算，滤波电容的选择。串联型直流稳压电路的组成、工作原理及参数计算。三端固定式输出集成稳压器及其应用。
1.2典型题型精解
10.2 单相桥式整流电路如图10.2.1所示，若输出直流电压UO=9V，输出直流电流IO＝1A，试求：
(1) 变压器二次电压有效值U2；
(2) 整流二极管最大反向峰值电压URM；
应力应变测试(3) 流过二极管正向平均电流ID。
图10.2.1 题10.2图
分析方法：单相桥式整流电路的输出电压的平均值(输出直流电压)，二极管最大反向峰值电压，二极管正向平均电流，这里的U2是变压器二次电压有效值。
解：(1) 变压器二次电压有效值U2=Uo/0.9=10V
(2) 整流二极管最大反向峰值电压URM
(3) 流过二极管正向平均电流ID=0.5Io=0.5A
10.5 在如图10.2.2所示电路中，已知变压器二次电压有效值U2＝10V，试问：
(1)当电路正常工作时，求UA、UB和UO；
(2)如果VD1开路，求UO；
(3)如果测得UO分别为下列数字，可能出了什么故障？
A．UO=9V ； B. UO=14V； C. UO=4.5V
图10.2.2 题10.5图
分析方法：整流电容滤波电路的主要参数如表所示
整流电容滤波电路的主要参数
电路 | 变压器二次电压有效值 | 无负载时的UO | 有负载时的UO | 二极管的最大反向峰值电压URM | 二极管的正向平均电流 |
半波整流电容滤波 | U2 | | U2 | | IO |
桥式整流电容滤波 | U2 | | 1.2 U2 | | 0.5 IO |
| | | | | |
解：(1) ,满足条件，所以
(2) 如果VD1开路，电路为半波整流滤波电路，
(3)A．UO=9V，,所以电容C开路
B. UO=14V，，RL开路
C. UO=4.5V，，C开路，至少有一个二极管开路。
10.7 在如图10.2.3所示稳压电路中，已知：稳压管的最小稳定电流IZmin＝5mA，最大耗散功率PZM＝300mW；RL的变化范围是500～2k；其余参数如图中所标注，UI的波动范围是10％。求解限流电阻R的取值范围。
图10.2.3 题10.7图
分析方法：R的选择必须满足两个条件：
(1)流过稳压管的最小电流应大于稳压管的最小稳定电流IZmin；
(2)流过稳压管的最大电流应小于稳压管的最大稳定电流IZmax。
设电网电压最高时的整流滤波输出电压为UImax，最低时为UImin；负载电流的最大值ILmax，最小值ILmin，稳压电阻的计算如下。1. 当电网电压最小，负载电流最大时，流过稳压管的电流IZ最小，此时IZ不应小于IZmin，即
得
2. 当电网电压最大，负载电流最小时，流过稳压管的电流IZ最大，此时IZ不应大于IZmax，
即
得
解：1．求Rmax
2．求Rmin
限流电阻R的取值范围 460Ω<R<548Ω
10.9 在如图10.2.4所示串联型稳压电源中，已知稳压管VDZ的稳定电压UZ＝5.3V，晶体管的UBE=0.7V。
(1)当Rp的滑动端在最下端时UO＝15V，求解Rp的值；
磁化杯(2)当Rp的滑动端在最上端时求解UO的值。
图10.2.4 题10.9图
由于是由三极管组成的比较放大电路，应考虑UBE的影响。
解：根据
(1)
(2)
10.12稳压电路如题图10.2.5所示，稳压管VDZ的稳压值UZ=6V。
(1)该电路能否稳压?为什么?若不能稳压，应怎样改正(不增减电路元器件)?
(2)正常稳压时，求Uo的变化范围是多少?
(3)电路中的VT2和R3起什么作用?
图10.2.5 题10.12图
分析方法：串联稳压电路是靠引入深度电压负反馈来稳定输出电压的。
解：(1)由于串联稳压电路是电压串联负反馈电路，为了实现负反馈，取样网络应接到运算放大器的反相输入端，基准电压应接到运算放大器的同相输入端，所以，运算放大器A的上端为反向输入端（-），下端为同向输入端（+）。
(2)根据
=7.3V
=21.65V
输出电压Uo的变化范围是7.3V～21.65V。
(3)电路中的VT2和R3起限流型保护电路，R3对输出电流IO进行检测，其压降UR=IOR3，VT2集电极与发射极之间的电压UBE2=UR，在正常情况下，UR较小，不足以使VT2导通，因而VT2管截止，保护电路对稳压电路没有影响。当负载电流IO超过某一临界值IOM后，UR增大，使VT2导通，将调整管VT1的基极电流分流掉一部分，从而限制了VT1电流的增长，保护了调整管。
10.14 如图10.2.6所示为输出＋l5V的直流稳压电源。
(1)检查电路中的错误并加以改正；
(2)若电路改正后，所加U2＝18V，测得A点电位过低，约18V，说明原因并加以排除。
图10.2.6 题10.14图
分析方法：先看变压器次级输出电压有效值是否合适，再看整流二极管接的对否，然后看滤波电容的极性对否，最后看集成稳压电源接法是否正确。
解：(1)有三处错误：（a）变压器次级输出电压有效值太低，应增加次级绕组的圈数，使输出有效值大于17V。（b欧姆接触）二极管VD2极性接错，应将阳极和阴极互换。（c）电解电容C1极性接错，应将负极端接地。
(2)当U2＝18V，测得A点电位约18V，说明是单相半波整流滤波电路，有可能是二极管VD3，或VD4开路。
10.3 习题及解答
10.1 整流电路如图10.3.1所示，若直流电压表V1读数是30V，负载电阻RL为80Ω，试问：
(1)直流电流表A的读数为多少?
(2)交流电压表V2的读数是多少?
图10.3.1 题10.1图
解：(1)直流电流表A的读数
(2)交流电压表V2的读数
10.3 整流电路如图10.3.2所示，变压器次级中心抽头接地，U21＝U22＝100V， RL1＝100Ω，RL2＝100Ω。
(1)标出直流输出电压uo1、uo2的实际正负极性；电子标签生产设备
(2)计算U苹果削皮机01和U02的值；
(3)计算流过二极管VDl正向平均电流ID1；
(4)求出二极管VDl最大反向峰值电压URM1。
图10.3.2 题10.3图
解：（1）在u21和u22的正半周期，二极管VD1和VD3导通，VD2和VD4截止，负载电阻上的电流方向由上到下，在R空速管L1和RL2上产生的直流输出电压uo1和uo2的实际正负极性为上正下负，在u21和u22的负半周期，二极管VD2和VD4导通，VD1和VD3截止，直流输出电压uo1和uo2的实际正负极性仍为上正下负。
(2) U01=0.9×100=90V;U02=-90V
(3)由于两组二极管是轮流导通的，流过二极管VDl正向平均电流ID1=；
(4)二极管VDl最大反向峰值电压URM1
10.4 在如图10.3.3所示电路中，已知变压器二次电压有效值U2＝20V，电网电压波动范围为10％，电容C的容量满足RLC＝(3～5) (T＝20ms)，负载电阻RL＝40。试求：
(1)VD1～VD4的正相平均电流ID和最高反向峰值电压URM至少应选取多大？
(2)电容C的取值范围。
图10.3.3 题10.4图
解：（1）二极管的正相平均电流ID=
二极管VDl最大反向峰值电压URM
(2) 电容C的取值范围
根据RLC＝(3～5) C=(3～5) =(3～5) =750～1250uF
10.6稳压电源如图10.3.4所示，稳压管稳压值UZ=12V．试问
(1)输出电压UO的大小?
(2)电容器C的极性如何?
(3)如R＝0Ω，将产生怎样的后果?
图10.3.4 题10.6图
解：(1) 输出电压等于稳压管的稳定电压UO＝12V。
(2) C的极性为上“十”下“—”。
(3) 如果限流电阻R＝0，整流桥的输出电压直接加到稳压管两端，使流过稳压管的电流超过极限参数而首先可能烧坏，当稳压管烧坏造成短路时，二极管电流过大也会被烧坏。
10.8 在如图10.3.5所示电路中，已知：稳压管的稳定电压UZ＝6V，最小稳定电流IZmin＝5mA，最大稳定电流IZmax＝50mA；负载电阻的变化范围是150～1.2k；限流电阻R＝180。求解为保证电路正常工作所允许的UI的变化范围。
图10.3.5 题10.8图
解：＝40mA
，
UI的变化范围 14.1V<UI<15.9V
10.10 串联型稳压电路如图10.3.6所示,已知稳压管VDZ的稳压值UZ＝6V，R1＝200Ω，Rp=100Ω，R2＝200Ω，负载RL=20Ω
(1)标出运算放大器A的同相输入端和反相输入端；
(2)试求输出电压Uo的调整范围。
图10.3.6 题10.10图
解：(1)由于串联稳压电路是电压串联负反馈电路，为了实现负反馈，取样网络因接到运算放大器的反相输入端，基准电压应接到运算放大器的同相输入端，所以，运算放大器A的上端为反向输入端（-），下端为同向输入端（+）
(2)根据
=10V
=15V
输出电压Uo的调整范围为10V～15V。
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