1、電工電子學1101 直流穩壓電源圖10.1.1為直流穩壓電源的原理框圖。交流電源電壓經整流變壓器變換為整流所需要的電壓，通過整流電路變換為單向脈動的直流電壓，再由濾波電路濾除其中的交流分量，最后經穩壓電路得到穩定的直流電壓。 圖10.1.1 直流穩壓電源的原理框圖210.1.1 單相橋式整流電路將交流電轉換為直流電的過程稱為整流。利用二極管的單向導電性，可用來組成整流電路。整流電路按所接交流電源的相數可分為單相整流電路和三相整流電路。單相整流電路又可分為半波、全波、橋式和倍壓整流等幾種電路形式。 （a）電路 （b）波形 圖10.1.2 單相橋式整流電路3單相橋式整流電路如圖10.1.2（a）所

2、示。變壓器將電網交流電壓 變換成整流電路所需要的交流電壓 ，設 ，四只整流二極管D1D4聯結成電橋的形式，故稱為橋式整流電路， 是負載電阻。在U2的正半周（a點為正，b點為負），二極管D1、D3處于正向偏置而導通，D2、D4處于反向偏置而截止，電流的通路為 ，忽略二極管的正向壓降，負載上的壓降為 。2utUusin222LRbDDa3L1R2ouu 410.1.2 濾波電路整流電路的輸出電壓雖是方向不變的直流電壓，但仍有脈動成分，即交流成分，為了減小輸出電壓的脈動，必須在整流電路的輸出端加上濾波電路。（a）電路 （b）波形 圖10.1.3 單相橋式整流濾波電路510.1.3 穩壓電路整流濾波電

3、路輸出電壓會隨交流電源電壓的波動、負載的變化而變化，要得到穩定的輸出電壓還需加上穩壓電路。穩壓電路通常可分為并聯穩壓、串聯穩壓、集成穩壓電路。圖10.1.4 單相橋式整流、濾波、穩壓電路6u由穩壓管構成的穩壓電路是最簡單的一種并聯穩壓電路，其輸出電壓不可調，如圖10.1.4所示。經整流濾波所得到的直流電壓 ，再經過限流電阻 R和穩壓管 構成的穩壓電路接到負載 上。IUZDLR7隨著半導體技術的發展，集成穩壓器得到迅速發展。將功能較為完善的穩壓電路制作在一塊芯片上就構成了集成穩壓器。它具有體積小，重量輕，使用方便，可靠性高，價格低等優點，得到了廣泛的應用。集成穩壓器的種類較多，下面僅介紹使用較多

4、的三端集成穩壓器。 圖10.1.5 三端固定式集成穩壓器外形圖8 三端集成穩壓器因有輸入端，輸出端和公共端三個引出端而得名。如圖10.1.5所示。它有正電壓輸出的W7800和負電壓輸出的W7900兩大系列。輸出電壓有5V、6V、8V、9V、12V、15V、18V、24V等不同電壓規格，型號的后二位數值表示輸出電壓值，如W7815的輸出電壓為15V，W7909的輸出電壓為-9V。除了固定輸出的集成穩壓器外，還有輸出電壓可調的三端可調穩壓器。穩壓器使用時輸入端和輸出端各接有電容器 和 ，用來減小輸入輸出電壓的脈動和改善負載的瞬態響應。 一般在0.11F之間，如0.33F； 可用1F。如圖10.1.

5、6所示。9 （a） （b） 圖10.1.6 三端固定式集成穩壓器的接法10集成穩壓器的主要參數有：（1）輸出電壓 即集成穩壓器的穩定輸出電壓。（2）電壓調整率 又稱穩壓系數，用輸出電壓的相對變化量與對應的輸入電壓的相對變化量之比來表示，即（3）最小電壓差 為維持穩壓所需要的 與 之差的最小值。（4）最大輸入電壓 保證穩壓器正常工作的最大輸入電壓。（5）最大輸出電流 oUUSminoI)(UU IMUOMI11輸出固定正電壓和輸出固定負電壓的穩壓電路如圖10.1.7和圖10.1.8所示，實際應用時要注意電容的極性。 圖10.1.7 輸出固定正電壓的電路12圖10.1.8 輸出固定負電壓的電路同時

6、輸出正、負電壓的電路如圖10.1.9所示。 圖10.1.9 同時輸出正、負電壓的電路13當所需的輸出電壓高于集成穩壓器固定輸出電壓時，可采用圖10.1.10所示電路來提高輸出電壓。可見，電阻 R兩端電壓為穩壓器的固定輸出電壓，穩壓電路的輸出電壓為 圖10.1.10 提高輸出電壓的電路ZoUUU1410.2 晶閘管和可控整流電路 整流二極管整流電路的輸出電壓平均值Uo與輸入交流電壓有效值U2的比值固定不變。若想調節輸出直流電壓，只能通過改變變壓器副邊電壓u2來實現，是不可控整流電路。如果在電源和電路確定的前提下，任意調節直流輸出電壓，則需采用由晶閘管組成的可控整流電路。15u 晶閘管是晶體閘流管

7、的簡稱，也稱可控硅(SCR)，是一種大功率半導體器件。它具有容量大、電壓高、損耗小、控制方便等特點，被廣泛地應用于可控整流、逆變、交流調壓和開關等方面。它的出現使半導體器件從弱電領域進入了強電領域，因此，又稱電力電子器件。本節主要介紹目前應用最多的可控整流與交流調壓電路的原理及應用。1610.2.1 晶閘管 晶閘管的種類很多，除普通型晶閘管外，還有雙向型、逆導型、可關斷型和快速型等特種晶閘管。這里僅介紹普通型晶閘管的工作原理和特性。1. 基本結構晶閘管是在晶體管基礎上發展起來的大功率半導體器件。它由硅材料做成，是一種四層三端器件。如圖10.2.1(a)所示。四層半導體PNPN形成三個PN結J1

8、、J2和J3，最外層的P層和N層引出兩個電極，分別為陽極A和陰極K，中間的P層引出控制極（門極）G。晶閘管的電路符號如圖10.2.1(b)所示。172. 工作原理晶閘管是一個PNPN四層結構半導體器件，為了說明其工作原理，可以將其視為由一個PNP型晶體管T1和一個NPN型晶體管T2聯接而成。等效模型如圖10.2.2所示。18晶閘管的陽極與陰極之間電壓用UAK表示，控制極與陰極之間電壓用UGK表示。下面分幾種情況進行分析。 （1）晶閘管加反向電壓當UAK 0時，從圖10.2.1（a）晶閘管結構圖可知，T1的發射結J1和T2的發射結J3均處于反偏置，無論UGK為何值，晶閘管均不導通，處于反向阻斷狀

9、態。19 （2）晶閘管加正向電壓 當UAK 0時，若G、K之間開路，則控制極電流IG=0，因此IB2=0，T2不能導通，晶閘管處于截止狀態，即正向阻斷狀態；若UGK0，則T2的發射結J3處于反偏置，使晶閘管處于正向阻斷狀態；若UGK0且為某一適當的數值，則滿足T1和T2的發射結正偏置，集電結反偏置，這時T1和T2均導通，UGK產生控制極電流IG，為T2提供基極電流IB2，IB2經T2放大后形成集電極電流IC2，IC2=2IB2，IC2就是T1的基極電流IB1，IB1經T1放大后形成較大的集電極電流IC1，故IC1=1IB1=12IB2，IC1又流入T2的基極再一次放大，形成正反饋，這樣循環下去

10、，使兩個晶體管迅速進入飽和狀態，晶閘管導通。203. 伏安特性晶閘管的導通和阻斷是由陽極和陰極之間的電壓UAK、陽極電流IA及控制極電流IG控制的，IA與UAK之間的關系IA= f (UAK)即為晶閘管的伏安特性。如圖10.2.3所示。21 （1）正向特性當UAK0時，晶閘管承受正向電壓，若控制極不加電壓，即IG=0，則晶閘管處于正向阻斷狀態，只有很小的正向漏電流，對應正向特性的OA段。當UAK增大到UBO時， J2結被擊穿，漏電流突然增大，曲線由A點跳到B點，晶閘管轉入導通狀態，UBO稱為正向轉折電壓。這種導通是由正向擊穿造成的，容易造成晶閘管的損壞，實際使用時應避免。而當控制極加正向電壓時

11、，轉折電壓減小，控制極電流越大，轉折電壓越低，如圖9.2.3所示。（2）反向特性 晶閘管的反向特性與二極管類似。當UAK 0時，晶閘管承受反向電壓，處于阻斷狀態，只流過很小的反向漏電流，當反向電壓UAK數值增大到UBR時，晶閘管反向擊穿，反向電流劇增，UBR稱為反向擊穿電壓。224. 主要參數 為了合理地選擇和正確地使用晶閘管，有必要了解晶閘管主要參數的意義。 （1）正向平均電流IF 在規定溫度和標準散熱條件下，晶閘管可以連續通過的工頻正弦半波電流在一個周期內的平均值。 （2）維持電流IH 控制極斷開后，維持晶閘管通態所需最小電流。 23（3）正向重復峰值電壓UFRM 在晶閘管控制極開路和正向

12、阻斷情況下，可以重復加在晶閘管上的正向峰值電壓。UFRM為UBO的80%。 （4）反向重復峰值電壓URRM 在晶閘管控制極開路時，可以重復加在晶閘管上的反向峰值電壓。URRM為UBR的80%。24 10.2.2 可控整流電路在橋式整流電路中，若整流管由晶閘管組成即構成可控整流電路。如果整流管全部采用晶閘管，則組成單相橋式全控整流電路，如圖10.2.4所示。若只采用兩只晶閘管，另外兩只用整流二極管，則組成圖10.2.5所示的是單相橋式半控整流電路。圖10.2.4 單相橋式全控整流電路 圖10.2.5 單相橋式半控整流電路 + uo - RL io T1 T2 T3 T4 + u2 - a b + uo - RL io T1 T2 D1 D2 + uo - a b 25 在圖10.2.4所示電路中，當變壓器副邊電壓u2為正半周時，晶閘管T1、T4承受正向電壓。若在t= 時給T1和T4加一觸發脈沖uG，則T1和T4導通，電流通路為：aT1RLT4b，這時T2、T3均承受反向電壓而截止。當u2過零時，T1、T4自行關斷。 同理，在u2負半周，T1、T4承受反向電壓而截止，晶閘管T2、T3承受正向電壓。若在t=+ 時給T2和T3加觸發脈沖uG，則T2和T3導通，電流通路為：bT2RLT3a 。當u2過零時，T1、T4自行關斷。26可控整流電流的性能