《電子技術(shù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答：第5章 直流穩(wěn)壓電源》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《電子技術(shù)學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答：第5章 直流穩(wěn)壓電源（14頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、113第5章 直流穩(wěn)壓電源第5章 直流穩(wěn)壓電源5.1 如果要求某一單相橋式整流電路的輸出直流電壓Uo為36V，直流電流Io為1.5A，試選用合適的二極管。分析 二極管中流過的電流平均值ID和二極管承受的最高反向電壓UDRM是選用二極管的主要技術(shù)參數(shù)。解 流過整流二極管的平均電流為：（A）變壓器副邊電壓有效值為：（V）整流二極管承受的最高反向電壓為：（V）因此，可選用4只型號為2CZ11A的整流二極管，其最大整流電流為1 A，最高反向工作電壓為100V。5.2 設(shè)一半波整流電路和一橋式整流電路的輸出電壓平均值和所帶負(fù)載大小完全相同，均不加濾波，試問兩個(gè)整流電路中整流二極管的電流平均值和最高反向電

2、壓是否相同？分析 整流二極管的電流平均值直接與輸出電流平均值有關(guān)，而最高反向電壓直接與整流變壓器副邊電壓有關(guān)。解 （1）半波整流電路流過整流二極管的平均電流為，橋式整流電路流過整流二極管的平均電流為，由于兩個(gè)整流電路的輸出電壓平均值和所帶負(fù)載大小完全相同，故它們的輸出電流平均值大小也相同，所以，兩個(gè)整流電路中整流二極管的電流平均值不同。（2）兩個(gè)整流電路中整流二極管的最高反向電壓相同，均為整流變壓器副邊電壓有效值的倍，即。5.3 欲得到輸出直流電壓V，直流電流mA的電源，問應(yīng)采用哪種整流電路？畫出電路圖，并計(jì)算電源變壓器的容量（計(jì)算U2和I2），選定相應(yīng)的整流二極管（計(jì)算二極管的平均電流ID和

3、承受的最高反向電壓URM）。分析 在各種單相整流電路中，半波整流電路的輸出電壓相對較低，且脈動大；兩管全波整流電路則需要變壓器的副邊繞組具有中心抽頭，且兩個(gè)整流二極管承受的最高反向電壓相對較大，所以這兩種電路應(yīng)用較少。橋式整流電路的優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，電壓脈動較小，整流二極管所承受的最高反向電壓較低，同時(shí)因整流變壓器在正負(fù)半周內(nèi)都有電流供給負(fù)載，整流變壓器得到了充分的利用，效率較高，因此單相橋式整流電路在半導(dǎo)體整流電路的應(yīng)用最為廣泛。解 應(yīng)采用橋式整流電路，如圖5.4所示。圖5.4 單相橋式整流電路變壓器副邊電流有效值為：（mA）變壓器副邊電壓有效值為：（V）變壓器的容量為：（VA）流過整流二極

4、管的平均電流為：（mA）整流二極管承受的最高反向電壓為：（V）5.4 在如圖5.5所示的電路中，已知k，直流電壓表V2的讀數(shù)為110V，二極管的正向壓降忽略不計(jì)，求：（1）直流電流表A的讀數(shù)。（2）整流電流的最大值。（3）交流電壓表V1的讀數(shù)。圖5.5 習(xí)題5.4的圖分析 直流電壓表V2的讀數(shù)即為輸出直流電壓Uo，直流電流表A的讀數(shù)即為輸出直流電流Io，交流電壓表V1的讀數(shù)即為變壓器副邊電壓有效值U2，而整流電流的最大值可由其與輸出直流電流Io的關(guān)系求出。解 （1）直流電壓表V2的讀數(shù)即為輸出直流電壓Uo，直流電流表A的讀數(shù)即為輸出直流電流Io，所以：（mA）（2）因?yàn)檎麟娏鞯钠骄担摧敵?/p>

5、直流電流Io）為：所以，整流電流的最大值為：（mA）（3）交流電壓表V1的讀數(shù)即為變壓器副邊電壓有效值，為：（V）5.5 如圖5.6所示電路為單相全波整流電路。已知V，。（1）求負(fù)載電阻RL上的電壓平均值Uo與電流平均值Io，并在圖中標(biāo)出uo、io的實(shí)際方向。（2）如果VD2脫焊，Uo、Io各為多少？（3）如果VD2接反，會出現(xiàn)什么情況？（4）如果在輸出端并接一濾波電解電容，試將它按正確極性畫在電路圖上，此時(shí)輸出電壓Uo約為多少？分析 當(dāng)u2極性為上正下負(fù)時(shí)，二極管VD1因承受反向電壓而截止，VD2因承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)有電流由下而上流過負(fù)載，在負(fù)載兩端產(chǎn)生的輸出電壓極性為上負(fù)下正；當(dāng)u2

6、極性為上負(fù)下正時(shí)，二極管VD2因承受反向電壓而截止，VD1因承受正向電壓而導(dǎo)通，此時(shí)也有電流由下而上流過負(fù)載，在負(fù)載兩端產(chǎn)生的輸出電壓極性也是上負(fù)下正。解 （1）由于是單相全波整流，所以負(fù)載電阻RL上的電壓平均值Uo與電流平均值Io各為：（V）（mA）uo、io的實(shí)際方向如圖5.7所示。（2）如果VD2脫焊，則只有當(dāng)u2極性為上負(fù)下正時(shí)，VD1因承受正向電壓而導(dǎo)通，u2極性為上正下負(fù)時(shí)，二極管VD1因承受反向電壓而截止，所以VD2脫焊時(shí)由VD1構(gòu)成半波整流電路， Uo、Io各為：（V）（mA）（3）如果VD2接反，則當(dāng)u2極性為上正下負(fù)時(shí)電路不通，VD1和VD2均因承受反向電壓而截止，u2極性

7、為上負(fù)下正時(shí)VD1和VD2均因承受正向電壓而導(dǎo)通，由變壓器兩個(gè)副繞組以及VD1和VD2構(gòu)成的回路中會有很大的電流通過，會燒壞變壓器和VD1、VD2。（4）如果在輸出端并接一濾波電解電容，其極性應(yīng)為上負(fù)下正，如圖5.7所示，此時(shí)輸出電壓Uo約為：（V） 圖5.6 習(xí)題5.5的圖 圖5.7 習(xí)題5.5解答用圖5.6 在如圖5.8所示電路中，變壓器副邊電壓最大值U2M大于電池電壓UGB，試畫出uo及io的波形。分析 本題電路是單相橋式整流電路，不過負(fù)載不是電阻，而是理想直流電壓源和電阻串聯(lián)的組合，分析依據(jù)仍然是看哪個(gè)二極管承受正向電壓，決定其是否導(dǎo)通。解 當(dāng)u2的極性為上正下負(fù)且時(shí)，二極管VD1、V

8、D3因承受正向電壓而導(dǎo)通，VD2、VD4因承受反向電壓而截止，忽略二極管的正向壓降，則輸出電壓uo等于變壓器副邊電壓u2，即，輸出電流。當(dāng)u2的極性為上正下負(fù)且，以及u2的極性為上負(fù)下正時(shí)，4個(gè)二極管均因承受反向電壓而截止，忽略二極管的反向電流，則輸出電流，輸出電壓。根據(jù)以上分析，可畫出u2、uo及io的波形，如圖5.9所示。 圖5.8 習(xí)題5.6的圖 圖5.9 習(xí)題5.6解答用圖5.7 在如圖5.10所示橋式整流電容濾波電路中，V，F(xiàn)，試問：（1）正常時(shí)Uo為多大？（2）如果測得Uo為：V；V；V；V。電路分別處于何種狀態(tài)？（3）如果電路中有一個(gè)二極管出現(xiàn)下列情況：開路；短路；接反。電路分別

9、處于何種狀態(tài)？是否會給電路帶來什么危害？圖5.10 習(xí)題5.7的圖分析 單相橋式整流電容濾波電路正常工作時(shí)，負(fù)載電阻RL開路時(shí)，濾波電容C開路時(shí)。單相半波整流電容濾波電路正常工作時(shí)，負(fù)載電阻RL開路時(shí)，濾波電容C開路時(shí)。解 （1）正常時(shí)Uo的值為：（V）（2），這時(shí)電路中的濾波電容開路；，這時(shí)電路中的負(fù)載電阻RL開路；，這時(shí)電路中有13個(gè)二極管和濾波電容同時(shí)開路，成為半波整流電路；，這時(shí)電路處于正常工作狀態(tài)。（3）當(dāng)有一個(gè)二極管開路時(shí)，電路成為半波整流電容濾波電路。當(dāng)有一個(gè)二極管短路或有一個(gè)二極管接反時(shí)，則會出現(xiàn)短路現(xiàn)象，會燒壞整流變壓器和某些二極管。5.8 電容濾波和電感濾波電路的特性有什么

10、區(qū)別？各適用于什么場合？解 電容濾波電路成本低，輸出電壓平均值較高，但輸出電壓在負(fù)載變化時(shí)波動較大，二極管導(dǎo)通時(shí)間短，電流峰值大，容易損壞二極管，適用于負(fù)載電流較小且負(fù)載變化不大的場合。電感濾波電路輸出電壓較低，峰值電流很小，輸出特性較平坦，負(fù)載改變時(shí)，對輸出電壓的影響也較小，但制作復(fù)雜、體積大、笨重，制作成本高，存在電磁干擾，適用于負(fù)載電壓較低、電流較大以及負(fù)載變化較大的場合。5.9 單相橋式整流、電容濾波電路，已知交流電源頻率Hz，要求輸出直流電壓為V，輸出直流電流為mA，試選擇二極管及濾波電容。分析 選擇二極管需計(jì)算二極管的平均電流ID和承受的最高反向電壓URM，選擇濾波電容需計(jì)算電容C

11、的值及其耐壓值。解 流過整流二極管的平均電流為：（mA）變壓器副邊電壓有效值為：（V）整流二極管承受的最高反向電壓為：（V）負(fù)載電阻RL為：（）?。海╯）則電容C的值為：（F）其耐壓應(yīng)大于變壓器副邊電壓u2的最大值V。5.10 根據(jù)穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)，試分析這兩種電路各適用于什么場合？解 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)簡單，但受穩(wěn)壓管最大穩(wěn)定電流的限制，負(fù)載電流不能太大，輸出電壓不可調(diào)且穩(wěn)定性不夠理想，適用于要求不高且輸出功率較小的場合。串聯(lián)型穩(wěn)壓電路采用電壓負(fù)反饋來使輸出電壓得到穩(wěn)定，輸出電壓穩(wěn)定性高且連續(xù)可調(diào)，脈動較小，調(diào)整方便，適用于要求較高且輸出功率較大的場合。5.11 如圖5.

12、11所示橋式整流電路，設(shè)V，試分別畫出下列情況下輸出電壓uAB的波形。（1）S1、S2、S3打開，S4閉合。（2）S1、S2閉合，S3、S4打開。（3）S1、S4閉合，S2、S3打開。（4）S1、S2、S4閉合，S3打開。（5）S1、S2、S3、S4全部閉合。圖5.11 習(xí)題5.11的圖分析 在各種不同的情況下，電路的結(jié)構(gòu)和完成的功能不同。需仔細(xì)分析不同情況下的電路結(jié)構(gòu)，才能了解電路所完成的功能，從而畫出輸出電壓uAB的波形。解 （1）S1、S2、S3打開而S4閉合時(shí)電路為半波整流電路，且只有在u2的極性為上負(fù)下正即時(shí)，才有電流由A至B流過負(fù)載電阻RL，輸出電壓uAB的波形如圖5.12（a）所

13、示。（2）S1、S2閉合而S3、S4打開時(shí)電路為橋式整流電容濾波電路，由于負(fù)載電阻RL開路，所以輸出電壓uAB的波形如圖5.12（b）所示。（3）S1、S4閉合而S2、S3打開時(shí)電路為橋式整流電路，輸出電壓uAB的波形如圖5.12（c）所示。（4）S1、S2、S4閉合，S3打開時(shí)電路為橋式整流電容濾波電路，輸出電壓uAB的波形如圖5.12（d）所示。（5）S1、S2、S3、S4全部閉合時(shí)u2經(jīng)橋式整流、電容濾波、穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓后輸出，輸出電壓uAB的波形如圖5.12（e）所示。 （a） （b） （c） （d）（e）圖5.12 習(xí)題5.11解答用圖5.12 電路如圖5.13所示，已知V，k，電位器

14、k，問：（1）輸出電壓Uo的最大值、最小值各為多少？（2）要求輸出電壓可在6V到12V之間調(diào)節(jié)，問R1、R2、RP之間應(yīng)滿足什么條件？分析 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的輸出電壓為，式中，時(shí)輸出電壓Uo最大，時(shí)輸出電壓Uo最小。解 （1）輸出電壓Uo的最大值和最小值分別為：（V）（V）（2）要求輸出電壓可在6V到12V之間調(diào)節(jié)，即有：聯(lián)立以上兩式求解，得：圖5.13 習(xí)題5.12的圖5.13 試設(shè)計(jì)一臺直流穩(wěn)壓電源，其輸入為220 V、50 Hz交流電源，輸出直流電壓為+12 V，最大輸出電流為500mA，試采用橋式整流電路和三端集成穩(wěn)壓器構(gòu)成，并加有電容濾波電路（設(shè)三端穩(wěn)壓器的壓差為5V），要求：（1）畫

15、出電路圖。（2）確定電源變壓器的變比，整流二極管、濾波電容器的參數(shù)，三端穩(wěn)壓器的型號。分析 單相橋式整流電容濾波電路輸出電壓平均值，每個(gè)二極管承受的最高反向電壓，通過每個(gè)二極管的電流平均值。解 （1）由于采用橋式整流、電容濾波和三端集成穩(wěn)壓器來構(gòu)成該臺直流穩(wěn)壓電源，所以電路圖如圖5.14所示，圖中電容F，F(xiàn)。圖5.14 習(xí)題5.13解答用圖（2）由于輸出直流電壓為+12 V，所以三端集成穩(wěn)壓器選用W7812型。由于三端穩(wěn)壓器的壓差為5V，所以橋式整流并經(jīng)電容濾波的電壓為：（V）變壓器副邊電壓有效值為：（V）變壓器的變比為：（V）流過整流二極管的平均電流為：（mA）整流二極管承受的最高反向電壓為

16、：（V）負(fù)載電阻RL為：（）?。海╯）則電容C的值為：（F）取F，連接如圖5.14中所示。其耐壓應(yīng)大于變壓器副邊電壓u2的最大值V。5.14 如圖5.15所示電路是由W78穩(wěn)壓器組成的穩(wěn)壓電路，為種高輸入電壓畫法，試分析其工作原理。圖5.15 習(xí)題5.14的圖分析 三端集成穩(wěn)壓器的輸入電壓應(yīng)等于輸出電壓Uo加上穩(wěn)壓器的壓差，若輸入電壓超過這個(gè)值，就要在輸入端想辦法提高輸入電壓。解 如圖5.15所示電路中由電阻R、穩(wěn)壓管VDZ和晶體管組成了最簡單的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，它是在并聯(lián)型穩(wěn)壓電路的基礎(chǔ)上加上射極輸出器構(gòu)成的。由電路的構(gòu)成可知，較高的輸入電壓Ui經(jīng)過該串聯(lián)型穩(wěn)壓電路后，降壓變?yōu)檫m合集成穩(wěn)壓器的

17、工作的電壓，所以如圖5.15所示電路能提高輸入電壓。5.15 如圖5.16所示電路是W78穩(wěn)壓器外接功率管擴(kuò)大輸出電流的穩(wěn)壓電路，具有外接過流保護(hù)環(huán)節(jié)，用于保護(hù)功率管V1，試分析其工作原理。圖5.16 習(xí)題5.15的圖分析 如圖5.16所示電路中的功率管V1用于擴(kuò)大輸出電流，它的功率消耗非?？捎^，若不加以保護(hù)，勢必會損壞功率管。保護(hù)原理是，一旦發(fā)生過流，過流保護(hù)環(huán)節(jié)立即工作，使輸出電流下降到較低的數(shù)值。解 如圖5.16所示電路中的過流保護(hù)環(huán)節(jié)由晶體管V2和檢測電阻R2組成，并利用R2兩端的電壓來控制V1基極與發(fā)射極之間的電壓UBE1，從而控制V1的基極電流IB1，達(dá)到控制V1的集電極電流IC1

18、的目的。電路正常工作時(shí)，流過R2的電流較小，晶體管V2截止，保護(hù)電路不工作。當(dāng)發(fā)生過流時(shí)，流過R2的電流較大，晶體管V2導(dǎo)通并迅速達(dá)到飽和，使UBE1減小，IB1減小，IC1減小，達(dá)到了保護(hù)V1的目的。5.16 試說明開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)、組成以及各部分的作用。在下列各種情況下，應(yīng)分別采用線性穩(wěn)壓電路還是開關(guān)型穩(wěn)壓電路？（1）希望穩(wěn)壓電路的效率比較高。（2）希望輸出電壓的紋波和噪聲盡量小。（3）希望穩(wěn)壓電路的重量輕、體積小。（4）希望穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)盡量簡單，使用的元件少，調(diào)試方便。解 開關(guān)型穩(wěn)壓電路的特點(diǎn)是調(diào)整管工作在開關(guān)狀態(tài)，因而具有效率高、體積小、重量輕以及對電網(wǎng)電壓要求不高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛

19、用于計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、通信及空間技術(shù)等領(lǐng)域，主要缺點(diǎn)是控制電路比較復(fù)雜，輸出電壓中紋波和噪聲成分較大。串聯(lián)式開關(guān)型穩(wěn)壓電路主要由開關(guān)調(diào)整管、濾波電路、脈沖調(diào)制電路、比較放大器、基準(zhǔn)電源和采樣電路等部分組成?；鶞?zhǔn)電源產(chǎn)生一個(gè)基準(zhǔn)電壓，采樣電路將輸出電壓變化量的一部分送到比較放大電路，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，并將二者的差值放大后送至脈沖調(diào)制電路，使脈沖波形的占空比發(fā)生變化，此脈沖信號作為開關(guān)調(diào)整管的輸入信號，使調(diào)整管導(dǎo)通和截止時(shí)間的比例也隨之發(fā)生變化，從而使濾波以后輸出電壓的平均值基本保持不變。綜上所述，若希望穩(wěn)壓電路的重量輕、體積小、效率比較高時(shí)，應(yīng)采用開關(guān)型穩(wěn)壓電路；若希望穩(wěn)壓電路的結(jié)構(gòu)盡量簡單、使

20、用的元件少、調(diào)試方便、輸出電壓的紋波和噪聲盡量小時(shí)，應(yīng)采用線性穩(wěn)壓電路。5.4 習(xí)題與考研試題精選5-1 在如圖5.17所示整流電路中，已知變壓器副邊電壓有效值V。（1）標(biāo)出輸出電壓Uo1、Uo2的極性。（2）畫出輸出電壓Uo1、Uo2的波形。（3）求出輸出電壓Uo1、Uo2的大小。5-2 在如圖5.18所示整流電路中，電路參數(shù)如圖所示，試求：（1）負(fù)載電阻RL1和RL2上整流電壓的平均值，并標(biāo)出極性。（2）二極管VD1、VD2和VD3中的電流平均值以及各管承受的最高反向電壓。5-3 試設(shè)計(jì)一個(gè)橋式整流電容濾波電路，其輸入交流電源電壓V、頻率Hz，輸出直流電壓V，負(fù)載電阻。要求：（1）計(jì)算二極

21、管的電流平均值以及承受的最高反向電壓。（2）計(jì)算濾波電容器的容量及其耐壓值。（3）確定電源變壓器的變比及其容量。 圖5.17 習(xí)題5-1的圖 圖5.18 習(xí)題5-2的圖5-4 在如圖5.19所示電路中，已知V，V，k，k，試求：（1）S1打開S2閉合時(shí)的Ui和IZ。（2）S1和都S2閉合時(shí)的Ui和IZ。圖5.19 習(xí)題5-4的圖5-5 串聯(lián)型晶體管穩(wěn)壓電路如圖5.20所示，已知V，V，k，V1的最低管壓降V。試求：（1）輸出電壓Uo的范圍。（2）變壓器副邊的電壓有效值U2。圖5.20 習(xí)題5-5的圖5-6 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖5.21所示，已知V，V，k，k，k。試求：（1）輸出電壓Uo的范圍。

22、（2）V，時(shí)調(diào)整管V的管耗以及運(yùn)算放大器的輸出電流。圖5.21 習(xí)題5-6的圖5-7 在如圖5.22所示電路中，已知V，k，k，F(xiàn)，試求輸出電壓Uo的范圍。圖5.22 習(xí)題5-7的圖5-8 在如圖5.23所示電路中，已知，k，k，k，k，試求輸出電壓Uo的范圍。圖5.23 習(xí)題5-8的圖5-9 如圖5.24所示電路是由三端集成穩(wěn)壓器W7805組成的恒流源電路，已知W7805芯片2、3兩端之間的電壓為5V，3端電流mA，電阻，試求RL上的輸出電流Io和輸出電壓Uo。圖5.24 習(xí)題5-9的圖5-10 在如圖5.25所示電路中，已知穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)壓值V，穩(wěn)定電流mA，最大穩(wěn)定電流mA，變壓器副邊電壓有效值V，電網(wǎng)電壓波動10%，最大負(fù)載電流A，k，試求：（1）限流電阻R的取值范圍。（2）輸出電壓Uo的調(diào)整范圍。（3）三端穩(wěn)壓器的最大功耗。圖5.25 習(xí)題5-10的圖