单相桥式整流电路
-
2023年3月16日发(作者：学困生辅导记录)word格式-可编辑-感谢下载支持
[复习提问]：
1．晶体二极管的特性是什么？
2．二极管单向导电的条件是什么？
[新课导入]
直接导入
[新授内容]：
9.1.1单相整流电路
一、什么叫整流：
把交流电转换成脉动的直流电的过程。
分类：交流电源的相数：单相、多相
负载上所得整流波形：半波、全波整流
二、各整流电路介绍
（一）单相半波整流电路
1．简述电路的组成
电路由电源变压器T、整流二极管V、负载电阻R
L
组成
2．工作原理
当u
2
为正半周（a端为正、b端为负）时，二极管V正偏导通，电流自A
端经二极管V、自上而下的流过负载R
L
到B端，因为二极管正向压降很小，
可认为负载两端电压u
L
与u
2
几乎相等，即v
L
=v
2
。
当u
2
为负半周（a端为负、b端为正）时，二极管V形式截止，电流i=0，
则负载RL上的电流为0，负载上的电压v
L
=0。
可见，在交流电工作的全周期内，负载上只有自上而下的单方向电流，
实现了整流。v2、vL、iL等相应的波形，可看出它们的大小是波动的，但方
向不变。
这种方向不变的电压和电流，称为脉动直流电（它的波形平滑，通常称
为含有交流成分或纹波成分）
利用二极管的单向导电性，使电源电压的半个周期有电流通过负载，故
称为半波整流电路。
3．相关简单计算公式：
（1）U
L
=0.45U
2
表明：半波整流电路负载上得到的直流电压还不到变压器次级电压有效
值的一半。
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（2）整流二极管的选择：
根据I
F
和U
RM
计算值，查阅有关半导体手册选用合适的二极管型号使其额定
额接近或大于计算值。
4．缺点：
仅利用了电源电压U
2
的半个波，故有电源利用率低且输出电压脉动大的缺点。
（二）单相全波整流电路（变压器中心抽头式）
1．简述电路的组成。
2．工作原理：
在电源U
2
的整个周期内，两个二极管V
1
和V
2
轮流导通，分别把U
2a
和
U
2b
的正半波引向负载，使RL上得到单一方向的全波脉动电压。
3．相关公式；
(1)U
L
=0.9U
2
(2)整流二极管的选择：
4．缺点：
输出电流高一倍，变压器的次级必须两组，选择二极管的性能要求高一
倍，这是不可避免的缺点。
（三）单相桥式整流电路（简称桥式整流电路）
1．简述电路的组成T
它是由四只接成桥式的整流二极管
V1~V4和电源变压器T组成，R
L
是负
载电阻。
应强调指出这种电路的另一种画法。R
L
2．工作原理：
ν
2
为正半周时，A点电位最高，V1管的阳极接于A点，V
4
管的阴极接
于A点，故V
1
管导通，V
4
管截止，则有νc≈ν
A
，很显然，V2处于截止状
L
LR
U
I2
9.0
2
2
22
2
1
UUU
IIII
RMRM
LVVF
LL
L
LR
U
R
U
I2
45.0
2
2UUU
III
RMRM
LVF
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态，其承受的反向电压为ν
AB
，V
3
的阴极接在B点，所以构成回路A－V
1
管
－R
L
－V
3
管－B，V
3
管是导通的。（V
1
、V
3
管导通）。
归纳以上的分析可知，二极管的导通与截止状态，实际上还取决于它两
端所承受的电压。整流管的阳极在导通时应承受高电位，阴极应承受低电位，
对于截止管子正好相反。
注：分析时，V
1
管一旦导通，νc≈ν
A
，这是很关键的，而A点电位最
高，则V
2
管的状态很容易确定下来。
ν
2
为负半周时，B端电压高于A端（即B端为正，A端为负），二极管
V
2
、V
4
导通，V1和V3截止。
这样，在ν
2
的整个周期内，都有方向不变的电流通过RL，且i
1
和i
2
叠
加形成i
l
。这种电路中ν
2
、i
1
、i
2
、i
L
和ν
L
的波形对应关系如图1.2.5所示。
从波形图中可看出，通过负载RL的电流i
L
是全波脉动直流，R
L
两端电压是
全波脉动直流电压ν
L
。所以这种整流电路属于全波整流类型，称为桥式单相
全波整流电路。
两对管子轮流导通，所以整个电源的全波都利用了，故属于全波整流类
型。
3．相关计算公式：
（1）U
L
、I
L
请同学得出：（全波整流电路，同变压器中心抽头式）
U
L
=0.9U
2
（2）整流二极管的选择
4.优点：
整流二极管的数目多一倍，但二极管承受的反向峰值电压低了一半，而
且变压器无需中心抽头，且有集成的硅桥堆，故使用很普遍。
5.桥式整流电路的简化画法图：
T
V
1
~V
4
R
L
6.例：有一直流负载，需要直流电压互感器V
L
=60V，直流电流I
L
=4A。若采
用桥式整流电路，求电源变压器次级电压V
2
并选择整流二极管。
2
2
2
1
UUU
III
RMRM
LVF
L
LR
U
I2
9.0
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解题思路：V
L
=0.9V
2
[小结]：
1．单相半波整流电路的工作原理及简单计算。
2．单相全波整流电路的工作原理及简单计算。
3．单相半波、单相全波整流电路中二极管的选择。
4．桥式整流电路的工作原理、二极管的选择。
[作业]：
补充：电子线路书P书331-8、1-10、1-11
2
2
2
1
UUU
III
RMRM
LVF
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[复习提问]
1．什么叫整流、整流电路？
2．单相半波整流电路V
L
和V
2
的关系，以及I
V
和I
L
的关系V
RM
等于多少，
该电路的缺点是什么？
3．单相全波桥式电路的二极管的最大反向截止电压是多少？
[新课导入]
滤波电路作用：
整流电路仅能把交流变成脉动直流，从上述波形中看出：U
L
中有很大的
交流纹波。若用这样的直流来给电子电路供电是不行的。譬如用其代替电池
作晶体管收音机电源，就会有很大的交流声，讨厌的嗡嗡声，使得人们无法
收听广播节目。必须设法消除这些纹波，使之输出纯净（或较为纯净）的直
流，滤波电路就担负着这一使命。故需在整流电路和负载之间接入滤波电路。
即给负载供电前先过滤。
[新授内容]：
9.1.2滤波电路
一、电容滤波
（一）电路：
实质是一个与整流电路负载电阻并联的电容器。[投影电路及滤波后的半
波整流电路。
（二）半波整流电容滤波电路
1．工作原理：
电容元件上的电压不能突变，对负载电阻放电从而减小脉动程度。
[分析注意]1.分时期分析电路
2.二极管的导通与截止时段
[分散讲解]
①0~t
1
段
V
C
=0，且V
C
就是二极管阴极的电位。故二
极管导通，经过二极管的电流分成两路。一路流
向电容器（即对电容器充电，电容器上的电压升高）一路流向R
L
。
因二极管的导通电阻r很小，故充电时间常数τrc=τc很小，则充电时
间很快。故到t
1
时刻，T/4时，电容上的电压过到最大值V
2m
=
2
2V，二极管
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导通。
②过t
1
后，二极管正极电位将低于V
2m
，而电容上的电压不能突变，即是说二
极管处于反偏，故二极管截止。故只剩下电容和电阻组成的闭合电路。管子
虽然截止，但电容已充有电荷，有电压，它将通过负载放电。此时负载上得
到的是U
C
。即U
L
=U
C
。随着放电U
C
将下降。如果C足够大，电压下降就较
慢，放电一直可持续到下次充电。
U
2
为负半周时，管子反偏。不久，U
2
将会上升，而U
C
因放电也下降，
一但U
2
＞U
C
则会使V导通，则对C充电，然后再放电，如此循环往复。
③滤波作用也可以从能量角度来描述：
充电时，由交流电把能量存入电容；放电时，电容再把所储电能交给负
载。很显然电容越大，储存的能量越多。放电电阻越大，或说负载电阻越大，
放电电流越小，于是放电越慢，电压波动就越小，滤波效果就越好。
输出直流电压U
L（AV）=U
2
（三）桥式整流电容滤波电路
它与半波整流电路滤波电路相比，由于电容的充放电过程缩短，为电源电压
的半个周期重复一次，因此输出电压的波形更为平滑，输出的直流电压幅度
也更高些。
输出电压U
L（AV）=1.2U
2
（四）电容滤波对整流电路的影响
1．二极管导电时就变短了，但电流幅度大了，且电流（流经二极管的电流）
也不再是半个正弦而成了尖脉冲，因电流幅度大了，时间却短了，故平均值
并没变。
I
V
=I
L
，全波和桥式电路仍然是：I
V
=1/2I
L
2．输出电压升高了。
由于管子截止时电容器放电继续输出电压，所以它的平均值就升高了。
单相桥式和全波整流电路，输出：
（1）电流较大时，输出电压可用下列计算：U
L
=1.2U
2
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（2）电流较小时，U
L
=2U
2
，（近似为U
2
的峰值）
（3）单相半波整流电路在一个周期中仅充电一次，放电时间比全波、桥式电
路长得多，输出电压会更低一点。通常可以用下式计算：U
L
=U
2
3．二极管承受的反向峰值电压：
（1）在半波整流电路中，有了滤波电容，加到二极管的反向峰值电压可达
2
22V，对管子要求高了一倍。
（2）对于桥式和全波整流电路，其反向峰压有无滤波电容都一样。
注意：各种复式滤波电路有一个共同点：在整流器输出端都有一只电容，它
的作用不仅仅是滤波，还有重要的用途，得用电容电压，不能突变的特点，
以保持输出电压不会发生很快的变化。
（五）总结电容滤波的特点：
1．电容大，输出电流小时，滤波效果好。
2．二极管电流变成尖脉冲对管子不利。
3．使输出直流随输出电流变得稳定
由于结构简单、价钱便宜在小电流整流器中得到广泛的应用。（不适用于负载
电流大的场合）
二、电感滤波器：
I
L
电感阻止电流的增加。
I
L
电感阻止电流的减小。
电感量越大，滤波效果越好。
缺点：电感量大，其体积和重量都很大且比较重成本高，因此适合于负载较
大的场合。
三、复式滤波器：
同时采用电容、电感元件，可以取得更加理想的效果。
[自学]提示：各自的工作原理；各自的优缺点和适用场合。
[小结]：
本次课主要讲授了电容滤波的工作原理，对电路的影响，以及电容滤波
的特点，这是本次课的重点，请大家掌握，另外，还请大家掌握电感滤波的
原理和复式滤波的原理及分类。
[作业]
P124页9-3、9-2、1-15
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[复习提问]
1．什么是直流稳压电源？
直流稳压电源：是一种当电网电压变化时，或者负载发生变化时，输出
电压能基本保持不变的直流电源。
[导入新课]
我们已学过很多电路，不管是分立元件电路，还是集成运入及其应用电
路，都必须由直流电源供电，可见直流电源在电子电路中是一个必不可少的
组成部分，怎样把电网提供的50HZ交流电路换成所需的直流电呢？这就是我
们下面要讲的：
[新授内容]
§9.2稳压电路
一、组成：
一般直流电源由变压、整流、滤波、稳压四部分组成。
二、作用：
变压器将电网提供的交流电降压；整流是将交流电转换成脉动的直流电；
滤波是将脉动的直流电转换成较平滑的直流电；由于当电网电压波动或负载
变化，输出电压会产生相应的变化，因此经整流滤波后还需加稳压电路，稳
压是将较平滑的直流电变成稳定的直流电。
三、分类：
稳压电源中的稳压电路按电压调整元件与负载连接方式不同分为：
1、并联型稳压电路
调整元件与负载并联。
2、串联型稳压电路：
调整元件与负载串联。
四、硅稳压管稳压电路
变压器起变压作用，VD1~VD4构成的整流电路，将交流电转换成脉动的直流电；
电容起滤波作用，将脉动的直流电转换成平滑的直流电；电阻和硅稳压管组
成稳压电路，将较平滑的直流电转换成稳定的直流电。因此当电网电压波动
或负载变化，它始终输出稳定的直流电。
五、串联型晶体管稳压电源
1、简单串联晶体管稳压电源：
V1为调整管，V2为硅稳压管，它稳定V1管的基极电压VB，作为稳压电
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路的基准电压；R1是V2的限流电阻，也是晶体管V1的偏置电阻；R2是V1
管的发射极电阻。
工作原理：（稳压原理）
电网电压变动或负载电阻变化：
OCEBBE
VVIVV
0
因负载电流不再流过稳压管，而是通过调整管V1，所以这种串联型稳压电路
与并联型稳压电路相比，可以供给较大的负载电流。
串联型晶体管稳压电源，直接利用输出电压微小的变化量△V0去控制调整管
的V
BE
，从而改变调整管的管压降V
CE
，来稳定电源地输出电压，但由于△V
0
的
数值不大，稳压效果不好。
在电路中加入一级直流放大器，先把微小的输出电压变化量△V
0
放大，然后
用A
V
△V
0
去控制调整管的发射极电压V
BE
，使调整管的管压降有明显的变化，
就可使稳压效果大为改善。
2、带有放大环节的串联型晶体管稳压电源
①电路组成：
引入该电路的原因：
简单的串联型晶体管稳压电源，是直接利用输出电压微小变化量△V
0
去
控制调整管的发射结电压V
BE
，从而改变调整管的管压降V
CE
来稳定电源的输出
电压的，但往往由于V
O
的数值不大，稳压效果不好。
故可以在电路中加入一级直流放大器，先把微小的输出变化量V
O
放大，
然后用A
V
。V
O
去控制调整管的发射极电压V
BE
，使调整管的管压降有明显的变
化，就可以使稳压效果大为改善。
②电路环节：
（1）V
1
：调整管。V
O
=V
I
-V
CE1
（2）V
3
、R
3
：供给V
2
的发射极基准电压
（3）V
2
：比较放大管（放大管）
（4）R
1
、R
P
、R
2
：采样电路（分压器）、
（5）R
4
：（V
2
的集电极电阻、V
1
的基极偏置电阻）
③、稳压过程：
OCEBCB
VVVVVV
11220
④V
O
的调节范围：
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O
P
P
ZBEB
V
RRR
RR
VVV
21
2
22
)(
2
2
21
0ZBE
P
PVV
RR
RRR
V
当
PPP
RRR
,0
，VO
达最小值：)(
2
2
21
minZBE
P
P
o
VV
RR
RRR
V
当
0,
PPP
RRR
，VO
达最大值：)(
2
2
21
maxZBE
P
o
VV
R
RRR
V
例：设图中的稳压管为2CW14，V
Z
=7V。采样电阻：R
1
=1K，R
P
=200，R
2
=680，试
估算输出电压的调节范围。
解：VVV
RR
RRR
V
ZBE
P
P
o
5.16)77.0(
200680
6802001000
)(
2
2
21
min
VVV
R
RRR
V
ZBE
P
o
3.21)77.0(
68.0
68.02.01
)(
2
2
21
max
故输出电压的调节范围：16.5～21.3
（四）、电路的构成：
采样电路：R
1
、R
P
、R
2
作用：实质上是一个分压器，是取出一部分输出电压的变化量加到V
2
管
的基极，与V
2
的发射极基准电压相比较，它们的电压差到引起V
2
的
VBE2
变化，
过V
2
的放大后，送到调整管的基极，控制调整管制工作。
比较放大电路：（比较放大：V
2
管。）；调整元件：V
1
管
它与负载相串联，输出电压V
0
=V
5
-V
CE1
，通过V
CE1
的变化来调整V
O
。基准
电压：稳压管V
3
和它的限流电阻R
3
组成供给比较放大管V
2
的发射极基准电压，
电源变压器降压后的交流电压V
i
变成单向脉动电压V
1
。
[课堂小结]
串联型稳压电源
[布置作业]：
补充：
1．试画出串联、并联型稳压电路并述其稳压原理。
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2．并联型稳压电路中的R=0时，该电路是否能稳压；电阻R的作用是什么？
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[复习提问]
1．带有放大环节的串联型晶体管稳压电源的稳压过程。
2．并联型、串联型稳压电路的组成部分。
[新课导入]
随着半导体器件制造工艺的发展，在20世纪60年代开始出现了集成电
路。前面介绍的稳压电路是由分立元件构成，集成稳压器是利用半导体工艺
制成的集成器件，其特点是体积小、稳定性高、性能指标好等，已逐步取代
了由分立元件组成的稳压电路。
[新授内容]
9.2.2集成稳压器简介
集成稳压器：用集成电路的形式制造的稳压电路。
分类：多端式、三端式
固定式、可调式。
正稳压器、负稳压器。
一、三端固定式集成稳压器：
1．三个管脚：输入端、输出端、公共端
2．型号：
稳压器直接输出的是固定电压，分正电压输出CW78××（××：输出电压值）；
负电压输出（CW79××）系列。
其它：CW7805（1.5A）CW78M00(0.5A)CW78L00(0.1A)
CW78T00(3A)CW78H00(5A)
3．CW7800型管脚：（1）输入端、（2）输出端、（3）公共端
CW7900型管脚：（1）公共端、（2）输出端、（3）输入端。
4．应用电路：
左边为整流滤波环节，三端式稳压器与Ci、Co组成稳压环节。整流滤波
的输出电压作为稳压器的输入电压，稳压器的输出电压供给负载，稳压器的
输入、输出端接有电容Ci、Co。Ci为输入电容，其作用是防止干扰，若滤波
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电容C的容量与Ci接近时，Ci可省略；Co为输出电容，其作用是消除可能
产生的振荡。
5．扩展电路：
（1）扩流电路（2）输出电压可调电路（3）电压极性变换电路。
二、三端可调式集成稳压器：
1．管脚：调整端、脚接输入、脚接输出
2．型号：CW317（正）、CW337（负）
3．CW317：（1）调整端（2）脚接输入（3）脚接输出
CW337：（1）调整端（2）脚接输出（3）脚接输入
4．输出电压为：
)1(25.1
1
R
R
URP
o
§9.3晶闸管可控整流电路
9．3．1单相可控整流电路
晶闸管可控整流电路通常由主电路和控制电路（触发电路）两部分组成。
主电路：将交流电转换成可变的直流电；控制电路：为晶闸管导通提供
触发脉冲。
一、单相半波可控整流电路
1．组成：晶闸管和电阻组成主电路；控制极的触发脉冲由控制电路提供。
2．工作原理：设u2为正半周，可控硅V管承受正抽电压。如果这时没加触
发电压，则可控硅处于正向阻断状态，负截电压为0。
当wt=a时，控制极加有触发电压，可控硅具备了导通条件而导能，由于可控
硅正向压降很小，电源电压几乎全部加到负载上。在wt=a~∏期间，尽管触发
电压在可控硅导通后即已消失，但可控硅仍旧保持导通。因此在这个时期内，
负载电压基本上与次级电压保持相等。
当wt=∏时，交流电压为0，可控硅自行关断。
在进入负半周后，可控硅承受反向电压，呈反向阻断状态，负载电压为0。
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在第二个周期里，电路将重现第一周期的变化。这样不断重复，负载就得到
单向脉动电压。可以看出，在电角度0~a期间，可控硅正向阻断；在a~∏期
间，可控硅导通。显然，控制角越大，导通角越小，它们的和为定值。
3．输出电压平均值
I
d
=U
d
/R
d
[课堂小结]
1．三端固定式集成稳压器
2．三端可调式集成稳压器
3．单相半波可控整流电路
[布置作业]
P书124页：4
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[复习提问]
1．三端式集成稳压电路的分类。
2．三端固定式、可调式的组成部分。
3．单相半波可控整流电路的工作原理。
[新课导入]
前面我们学习了单相半波整流电路，下面我们学习单相半控桥式整流电
路。
[新授内容]
单相可控整流电路
二、单相半控桥式整流电路
1．组成：
将单相桥式整流电路中的两个二极管换成晶闸管，即构成单相半控桥式
整流电路。其中晶闸管VT1、VT2的阴极连在一起接成共阴极连接，只有随
正向阳极电压的管子才能触发导通，触发脉冲同时送给管子的门极；整流二
极管的阳极连在一起接成共阳极。
2．工作原理
桥式整流输出电压对可控硅来说是正向电压，因此只要触发电压到来，
V5管即可导通。如忽略它对的正向压降，则负载电压将与对应部分基本相等。
当输入电压经过零值时，可控硅V5自行关断，在输入电压的第二个半周
中，电路将重现第一个半周的情况。图所示为上述过程工作波形图。由图可
见，此电路也是通过调整触发信号出现的时间来改变可控硅的控制角a和导
通角θ，从而实现控制输出的直流电压平均值之目的。
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3．输出电压平均值为
2
1
9.0
2
COS
UU
d
4．输出电流平均值
I
d
=U
d
/R
d
9．3．2单相交流调压电路
前面研究了晶闸管可控整流电路，主要作为可调直流电机调速等。此外
还有调压电路。晶闸管交流开关电路可用两只普通晶闸管反向并联组成，也
可用一只双向晶闸管代替两只所向并联晶闸管，以简化电路。目前用双向晶
闸管组成的交流开关电路和交流调压电路广泛应用于交流电机调速、家用风
扇调速、台灯调光和温控等方面。
1．电路组成：双向晶闸管、双向二极管、负载电阻。
2．工作原理：
当电源电压处于正半周时，电源通过R向C充电，电容C上的电压是上
正下负。当这个电压增高到双向二极管的转折电压（即导通电压）时，双向
二极管突然导通，使双向可控硅的控制极g和主电极a1间得到一个正向触发
脉冲，可控硅导通。而后，在交流电源电压过零的瞬间，双向可控硅自动阻
断；当交流电源电压处于负半周时，电源电压对电容C反向充电，C上电压
的极性为下正上负，当这个电压值充到等于双向二极管的转折电压时，双向
二极管突然反向导通，使双向可控硅得到一个反向触发信号，双向可控硅也
导通。在此电路中，调节R的阻值，可以改变RC的时间常数，因而改变脉
冲出现时刻，也就改变了可控硅导通角，达到调节灯光之目的。
输出电压波形如图所示，调节电阻RP的值，可改变电容C充电速度，
从而改变双向二极管导通的时间，使触发脉冲移相，达到改变控制角，调节
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输出电压的目的。电路输出的波形为非正弦量。
3．交流电压有效值
2sin
2
1
2
UU
[课堂小结]
1．单相半控桥式整流电路的工作原理。
2．改变双向可控硅导通角的触发电路。
[布置作业]
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