第11章 直流稳压电源 11.1 整流电路 11.2 滤波器 11.3 直流稳压电源 11.4 晶闸管及整流电路

第11章 直流稳压电源 本章要求： 1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算; 第11章 直流稳压电源 本章要求： 1. 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及 参数的计算; 2. 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作 原理; 3. 了解集成稳压电路的性能及应用。

第11章 直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成 功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。 交流电源 负载 变压 整流 滤波 稳压 第11章　直流稳压电源 小功率直流稳压电源的组成 交流电源 负载 变压 整流 滤波 稳压 u1 u2 u3 u4 uo 功能：把交流电压变成稳定的大小合适 的直流电压。

11.1 整流电路 整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理： 利用二极管的单向导电性 常见的整流电路： 11.1 整流电路 整流电路的作用: 将交流电压转变为脉动的直流电压。 整流原理： 利用二极管的单向导电性 常见的整流电路： 半波、全波、桥式和倍压整流；单相和三相整流等。 分析时可把二极管当作理想元件处理： 二极管的正向导通电阻为零，反向电阻为无穷大。

11.1.1 单相半波整流电路 1. 电路结构 3. 工作波形 – + a Tr D uo u b RL io u uo 2. 工作原理 11.1.1 单相半波整流电路 1. 电路结构 3. 工作波形 – + a Tr D uo u b RL io u t O uo O 2. 工作原理 u 正半周，Va>Vb， 二极管D导通； uD O u 负半周，Va< Vb， 二极管D 截止 。

4. 参数计算 (1) 整流电压平均值 Uo (2) 整流电流平均值 Io (3) 流过每管电流平均值 ID (4) 每管承受的最高反向电压 UDRM (5) 变压器副边电流有效值 I

5. 整流二极管的选择 平均电流 ID 与最高反向电压 UDRM 是选择整流二极管的主要依据。 选管时应满足： IOM ID ， URWM  UDRM

－ － 11.1.2 单相桥式整流电路   1. 电路结构 3. 工作波形 io u a + u uo RL – uo b 11.1.2 单相桥式整流电路 1. 电路结构 3. 工作波形 RL u io uo 1 2 3 4 a b + – u   － uo uD t － 2. 工作原理 u 正半周，Va>Vb，二极管 D1、 D3 导通， D2、 D4 截止 。 uD2uD4

例1：单相桥式整流电路，已知交流电网电压为 220 V，负载电阻 RL = 50，负载电压Uo=100V， 试求变压器的变比和容量，并选择二极管。 可选用二极管2CZ11C，其最大整流电流为1A，反向工作峰值电压为300V。 变压器副边电压 U  122 V 变压器副边电流有效值 I = 1.11 Io= 2  1.11 = 2. 2 A 变压器容量 S = U I = 122  2.2 = 207. 8 V A

例2： 试分析图示桥式整流电路中的二极管D2 或D4 断开时负载电压的波形。如果D2 或D4 接反，后果如何？如果D2 或D4因击穿或烧坏而短路，后果又如何？ uo u π 2π 3π 4π t w o uo + _ ~ u RL D2 D4 D1 D3 解：当D2或D4断开后 电路为单相半波整流电路。正半周时，D1和D3导通，负载中有电流过，负载电压uo=u；负半周时，D1和D3截止，负载中无电流通过，负载两端无电压， uo =0。

则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。 uo + _ ~ u RL D2 D4 D1 D3 如果D2或D4接反 则正半周时，二极管D1、D4或D2、D3导通，电流经D1、D4或D2、D3而造成电源短路，电流很大，因此变压器及D1、D4或D2、D3将被烧坏。 如果D2或D4因击穿烧坏而短路 则正半周时，情况与D2或D4接反类似，电源及D1或D3也将因电流过大而烧坏。

11.1.3 三相桥式整流电路 共阳极组 共阴极组 1. 电路 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – 11.1.3 三相桥式整流电路 共阳极组 共阴极组 1. 电路 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o 三相变压器原绕组接成三角形，副绕组接成星形 2. 工作原理 在每一瞬间 共阴极组中阳极电位最高的二极管导通； 共阳极组中阴极电位最低的二极管导通。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t1 ~ t2 期间 共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中b点电位最低，D4 导通。 负载两端的电压为线电压uab。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t2 ~ t3 期间 共阴极组中a点电位最高，D1 导通； 共阳极组中c点电位最低，D6 导通。 负载两端的电压为线电压uaC。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t3 ~ t4 期间 共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中c点电位最低，D6 导通。 负载两端的电压为线电压ubC。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io C b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 在 t4 ~ t5 期间 共阴极组中b点电位最高，D3 导通； 共阳极组中a点电位最低，D2 导通。 负载两端的电压为线电压uba。

o o 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io c b a u + – o u ua ub 2. 工作原理 变压器副边电压 D1 RL uo D6 D3 D5 D4 D2 io c b a u + – o u o ua ub uC 2  t1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 t9 uo o 负载电压 结论： 在一个周期中，每个二极管只有三分之一的时间导通（导通角为120°）。 负载两端的电压为线电压。

3. 参数计算 (1) 整流电压平均值 Uo (2) 整流电流平均值 Io (3) 流过每管电流平均值 ID (4) 每管承受的最高反向电压 UDRM

11.2 滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。 11.2 滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流，其中既有直流成份又有交流成份。 滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压(或通过电感中的电流)不能突变的特性, 滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。 方法：将电容与负载RL并联(或将电感与负载RL串联)。

u >uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。 11.2.1 电容滤波器 1. 电路结构 3. 工作波形 动画 uo u t O – + a D uo u b RL io ic i + C = uC 2. 工作原理 u >uC时，二极管导通，电源在给负载RL供电的同时也给电容充电， uC 增加，uo= uC 。 u <uC时，二极管截止，电容通过负载RL 放电，uC按指数规律下降， uo= uC 。 二极管承受的最高反向电压为 。

4. 电容滤波电路的特点 (1) 输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间 常数RLC有关。 RLC 越大  电容器放电越慢  输出电压的平均值Uo 越大，波形越平滑。 为了得到比较平直的输出电压 (T — 电源电压的周期) 近似估算取： Uo = 1. 2 U ( 桥式、全波） Uo = 1. 0 U （半波） 当负载RL 开路时，UO 

采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。 结论 (2) 外特性曲线 采用电容滤波时，输出电压受负载变化影响较大，即带负载能力较差。 因此电容滤波适合于要求输出电压较高、负载电流较小且负载变化较小的场合。 Uo o IO 1.4U 有电容滤波 无电容滤波 0.45U (3) 流过二极管的瞬时电流很大 RLC 越大ＵO 越高，IO 越大整流二极管导通时间越短 iD 的峰值电流越大。 iD t uo O 选管时一般取： IOM =2 ID

有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。 例： u RL uo + – ~ C 解：1. 选择整流二极管 流过二极管的电流 变压器副边电压的有效值 二极管承受的最高反向电压 可选用二极管2CP11 IOM =100mA UDRM =50V

例： 有一单相桥式整流滤波电路，已知交流电源频率 f=50Hz，负载电阻 RL = 200，要求直流输出电压Uo=30V，选择整流二极管及滤波电容器。 + – ~ C 解：2. 选择滤波电容器 取 RLC = 5  T/2 已知RL = 50 可选用C=250F，耐压为50V的极性电容器

11.2.2 电感电容滤波器 ~ L 1. 电路结构 + u C uo RL – 2. 滤波原理 11.2.2 电感电容滤波器 1. 电路结构 L u RL uo + – ~ C 2. 滤波原理 当流过电感的电流发生变化时，线圈中产生自感电势阻碍电流的变化,使负载电流和电压的脉动减小。 对直流分量: XL=0 ，L相当于短路,电压大部分降在RL上。对谐波分量: f 越高,XL越大,电压大部分降在L上。因此,在负载上得到比较平滑的直流电压。 LC滤波适合于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合，用于高频时更为合适。

11.2.3  形滤波器 ~ ~  形 LC 滤波器 滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。 + u uo – 11.2.3  形滤波器  形 LC 滤波器 L u RL uo + – ~ C2 C1 滤波效果比LC滤波器更好，但二极管的冲击电流较大。 R u RL uo + – ~ C2 C1  形 RC 滤波器 比 形 LC 滤波器的体积小、成本低。 R 愈大，C2愈大，滤波效果愈好。但R 大将使直流压降增加，主要适用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。

交直流收扩两用机电源 –24V 交流 直流 24V ～220V N2 2CZ12A×4 D1 C2 0.047F D4 N3 N1 FU2 2000F/50V + C1 –24V FU1 1A 直流 24V 交流 ～220V 交直流收扩两用机电源

11.3 直流稳压电源 稳压电路（稳压器）是为电路或负载提供稳定的输出电压的一种电子设备。 稳压电路的输出电压大小基本上与电网电压、负载及环境温度的变化无关。理想的稳压器是输出阻抗为零的恒压源。实际上，它是内阻很小的电压源。其内阻越小，稳压性能越好。 稳压电路是整个电子系统的一个组成部分，也可以是一个独立的电子部件。

11.3.1 稳压管稳压电路 限流调压 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I 11.3.1 稳压管稳压电路 限流调压 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I UZ 稳压电路 UO = UZ IR = IO + IZ 设UI一定，负载RL变化 RL(IO) IR   UO (UZ )   IZ UO 基本不变 IR (IRR) 基本不变 

11.3.1 稳压管稳压电路 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I UZ 11.3.1 稳压管稳压电路 1. 电路 + – UI RL C IO UO u IR R DZ Iz 2. 工作原理 U I UZ UO = UZ IR = IO + IZ 设负载RL一定， UI 变化  IR  UI UZ   IZ  UO 基本不变 IRR  

3. 参数的选择 (1) UZ = UO (2) IZM= (1.5 ~ 3) ICM (3) UI = (2 ~ 3) UO 适用于输出电压固定、输出电流不大、且负载变动不大的场合。 (4) 为保证稳压 管安全工作 为保证稳压 管正常工作

11.3.2 恒压源 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。 UZ RF R2 R1 + – RL R DZ +U UO RF R2 11.3.2 恒压源 由稳压管稳压电路和运算放大器可组成恒压源。 UZ RF R2 R1 + –   RL R DZ +U UO RF R2 R1 +  –  RL R DZ UZ +U 反相输入恒压源 同相输入恒压源 改变 RF 即可调节恒压源的输出电压。

11.3.3 串联型稳压电路 1. 电路结构 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。 Ui T R2 UZ RL 11.3.3 串联型稳压电路 1. 电路结构 串联型稳压电路由基准电压、比较放大、取样电路和调整元件四部分组成。 Ui T R2 UZ RL UO  + – R3 UB DZ Uf R1 调整元件 比较放大 基准电压 取样电路

当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，有如下稳压过程： 2. 稳压过程 UI T R2 UZ RL UO  + – R3 UB DZ Uf R1 由电路图可知 当由于电源电压或负载电阻的变化使输出电压UO 升高时，有如下稳压过程： UO Uf  UB  IC  UCE  UO 由于引入的是串联电压负反馈，故称串联型稳压电路。

3. 输出电压及调节范围 Ui T R2 UZ RL UO  + – R3 UB DZ Uf R1 输出电压

11.3.4 集成稳压电源 单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 11.3.4 集成稳压电源 单片集成稳压电源，具有体积小,可靠性高,使用灵活,价格低廉等优点。 最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端,故称之为三端集成稳压器。 1. 分类 输出正电压 78XX 输出负电压 79XX 输出固定电压 输出可调电压 三端稳压器 XX两位数字为输出电压值 （1. 25 ~ 37 V 连续可调）

1 — 公共端 3—输入端 2 —输出端 1—输入端 3 —公共端 2 —输出端 2. 外形及引脚功能 塑料封装 1 — 公共端 3—输入端 2 —输出端 79xx 1—输入端 3 —公共端 2 —输出端 78xx W7800系列稳压器外形 W7900系列稳压器外形

3. 性能特点（7800、7900系列） 输出电流超过 1. 5 A（加散热器） 不需要外接元件 内部有过热保护 内部有过流保护 调整管设有安全工作区保护 输出电压容差为 4% 输出电压额定值有: 5V、6V、 9V、12V 、 15V、 18V、 24V等 。

4. 主要参数 (1) 电压调整率SU(稳压系数) 反映当负载电流和环境温度不变时，电网电压波 动对稳压电路的影响。 0.005~0.02% (2) 电流调整率SI 反映当输入电压和环境温度不变时，输出电流变化时输出电压保持稳定的能力，即稳压电路的带负载能力。 0.1~1.0%

(3) 输出电压 UO (4) 最大输出电流 IOM (5) 最小输入、输出电压差 (Ui -UO ) min (6) 最大输入电压 UiM (7) 最大功耗 PM

5. 三端固定输出集成稳压器的应用 (1) 输出为固定电压的电路 输出为固定正电压时的接法如图所示。 CO W7805 Ci Ui + _ UO 1 2 3 输入与输出之间的电压不得低于3V！ 0.1~1F 1F 为了瞬时增减负载电流 时，不致引起输出电压 有较大的波动。即用来 改善负载的瞬态响应。 用来抵消输入端接线 较长时的电感效应， 防止产生自激振荡。 即用以改善波形。

(2)同时输出正、负电压的电路 2 3 220V + C W7815 Ci +15V 1 W7915 CO – 15V 24V 1F

当 IO较小时，UR较小，T截止 ，IC=0。 （3）提高输出电压的电路 CO W78XX Ci UI + _ UO 1 2 3 UXX UZ R DZ UXX: 为W78XX固定输出电压 UO= UXX + UZ （4）提高输出电流的电路 IO= I2 + IC CO W78XX Ci UI + _ UO 1 2 3 R UR IC I2 IO T + – 当 IO较小时，UR较小，T截止 ，IC=0。 当 IO > IOM时，UR较大，T导通 ，IO=IOM + IC R 可由功率管 T的UBE和稳压器的IOM确定, 即R  UBE /IOM 。

6. 三端可调输出集成稳压器的应用 CO CW117 Ci Ui + _ UO 3 2 1 Adj R1 R2 240 1µF 0.1µF 流过调整端电流 <100 µA，在要求不高的场合它在R2上的压降可以忽略 2、1两端电压为 1.25V — 基准电压

11.4 晶闸管及整流电路 晶闸管 （Silicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 11.4 晶闸管及整流电路 晶闸管 （Silicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。 优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。

晶闸管 （Silicon Controlled Rectifier） 晶闸管是在晶体管基础上发展起来的一种大功 率半导体器件。它的出现使半导体器件由弱电领域 扩展到强电领域。 晶闸管也像半导体二极管那样具有单向导电性，但它的导通时间是可控的，主要用于整流、逆变、 调压及开关等方面。 优点： 体积小、重量轻、效率高、动作迅速、维修简单、操作方便、寿命长、 容量大（正向平均电流达千安、正向耐压达数千伏）。

11.4.1 晶闸管的工作原理 1. 基本结构 三 个 PN 结 P1 N1 G P2 N2 阳极 A 11.4.1 晶闸管的工作原理 1. 基本结构 阳极 A 晶闸管是具有三个PN结的四层结构, 其外形、结构及符号如图。 三 个 PN 结 P1 P2 N1 N2 四 层 半 导 体 K G A (b) 符号 (a) 外形 G G 控制极 K 阴极 (c) 结构 晶闸管的外形、结构及符号

晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合 K G A P N A G K + K A T2 T1 _ P2 N1 N2 IG IA P1 IK G 晶闸管相当于PNP和NPN型两个晶体管的组合

2. 工作原理 + _ 形成正反馈过程 A T1 T2 EA R G EG 在极短时间内使两个三极管均饱和导通，此过程称触发导通。 K EA > 0、EG > 0

2. 工作原理 + _ 形成正反馈过程 A R T1 G EA T2 EG 晶闸管导通后，去掉EG ， 依靠正反馈，仍可维持导通状态。 K EA > 0、EG > 0

晶闸管导通的条件： 1. 晶闸管阳极电路(阳极与阴极之间)施加正向电压。 2. 晶闸管控制电路(控制极与阴极之间)加正向电压或正向脉冲(正向触发电压)。 晶闸管导通后，控制极便失去作用。 依靠正反馈，晶闸管仍可维持导通状态。 晶闸管关断的条件： 1. 必须使可控硅阳极电流减小,直到正反馈效应不能维持。 2. 将阳极电源断开或者在晶闸管的阳极和阴极间加反相电压。

3. 伏安特性 I IF _ + 维持电流 IH o 反向转折电压 _ + 正向转折电压 U 正向平均电流 3. 伏安特性 o U I IF + _ 正向平均电流 维持电流 IG2 > IG1 > IG0 IG2 IG1 IG0 IH UBR URRM UFRM UBO U 反向转折电压 + _ 正向转折电压 反向特性 正向特性

4. 主要参数 UFRM: 正向重复峰值电压（晶闸管耐压值） 晶闸管控制极开路且正向阻断情况下,允许重复加在晶闸管两端的正向峰值电压。 一般取UFRM = 80% UB0 。 普通晶闸管 UFRM 为100V — 3000V 反向重复峰值电压 控制极开路时,允许重复作用在晶闸管元 件上的反向峰值电压。 一般取 URRM = 80% UBR 普通晶闸管 URRM为100V—3000V URRM：

IF t 正向平均电流 IF： 环境温度为40C及标准散热条件下，晶闸管处于全导通时可以连续通过的工频正弦半波电流的平均值。 如果正弦半波电流的最大值为Im, 则 t  2 IF 普通晶闸管IF为1A — 1000A。

UF: 通态平均电压（管压降） IH: 维持电流 在规定的环境和控制极断路时，晶闸管维持导 通状态所必须的最小电流。 在规定的条件下，通过正弦半波平均电流时， 晶闸管阳、阴极间的电压平均值。 一般为1V左右。 UG、IG：控制极触发电压和电流 室温下，阳极电压为直流6V时，使晶闸管完 全导通所必须的最小控制极直流电压、电流 。 一般UG为1到5V，IG为几十到几百毫安。

P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 晶闸管型号及其含义 K P 晶闸管 普通型 导通时平均电压组别 共九级, 用字母A~I表示0.4~1.2V 额定电压,用百位或千位数表示取UFRM或URRM较小者 额定正向平均电流(IF) （晶闸管类型） P--普通晶闸管 K--快速晶闸管 S --双向晶闸管 如KP5-7表示额定正向平均电流为5A,额定电压为700V。

控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通， 11.4.2 可控整流电路 一. 单相半波可控整流 1. 电阻性负载  u uo RL + – uT T io (1) 电路 u > 0 时： 若ug = 0，晶闸管不导通， 控制极加触发信号，晶闸管承受正向电压导 通， u < 0 时: 晶闸管承受反向电压不导通, uo = 0, uT = u ，故称可控整流。

(2) 工作原理  t t1  2  t u > 0时: 加触发信号，晶闸管承受正向电压导通 O  2 t1  t O u > 0时: 加触发信号，晶闸管承受正向电压导通 u < 0 时: 可控硅承受反向电压不导通 即：晶闸管反向阻断

 (3)工作波形 2  t t2 t1  t  t 导通角 t   控制角 接电阻负载时 O 2 t1 t2  t O  t O t O 导通角   控制角 接电阻负载时 单相半波可控整流电路电压、电流波形

(4)整流输出电压及电流的平均值 由公式可知： 改变控制角，可改变输出电压Uo。

2. 电感性负载与续流二极管 (1)电路 T + uT uo u  R –  ⃝ L eL 在电感性负载中 ,当晶闸管刚触发导通时，电感元件上产生阻碍电流变化的感应电势(极性如图)，电流不能跃变，将由零逐渐上升(见波形)。 当电压u过零后，由于电感反电动势的存在，晶闸管在一段时间内仍 维持导通，失去单向导电作用。

( 2) 工作波形(未加续流二极管)   t O 2 t1 t2  t O  t O t O  

3.电感性负载(加续流二极管)  u uo R + – uT T io (1) 电路 + – u> 0时： L T io D (1) 电路 + – u> 0时： D反向截止，不影响整流电路工作。 u < 0时： D正向导通,晶闸管承受反向电压关断,电感元件L释放能量形成的电流经D构成回路(续流),负载电压uo波形与电阻性负载相同(见波形图)。

(3)工作波形(加续流二极管)   t O 2  t O  t iL t O  

二. 单相半控桥式整流电路 + uo – io T1 T2 RL a  u b 1. 电路 2. 工作原理 (1)电压u 为正半周时 二. 单相半控桥式整流电路 io + – T1 T2 RL uo D1 D2 a  u b 1. 电路 2. 工作原理 (1)电压u 为正半周时 T1和D2承受正向 电压。 T1控制极加触发电压, 则T1和D2导 通，电流的通路为 T1、T2 晶闸管 D1、D2晶体管 a T1 RL D2 b 此时，T2和D1均承受反向电压而截止。

+ uo – io T1 T2 RL a  u b (2)电压u 为负半周时 T2和D1承受正向 电压。 T2控制极加触发电压, 则T2和D1导 通，电流的通路为 b T2 RL D1 a 此时，T1和D2均承受反向电压而截止。

3. 工作波形   t O 2  t O  t t O

4. 输出电压及电流的平均值

- u u0 两种常用可控整流电路 + T D2 D1 D4 RL D3 (1) 该电路只用一只晶闸管，且其上 无反向电压。 电路 特点 2. 晶闸管和负载上的电流相同。

- u uO + (2) T1 D1 R L T2 D2 1. 该电路接入电感性负载时，D1、D2 便起 电路 续流二极管作用。 特点 2. 由于T1的阳极和T2的阴极相连，两管控 制极必须加独立的触发信号。 三. 三相半波可控整流电路 动画

u u2a u2b u2c 三. 三相桥式半控整流电路 io u uo 1. 电路 T a b RL c o 2.工作原理 T1 D3 T2 三. 三相桥式半控整流电路 1. 电路 T T1 RL uo D3 T2 T3 D2 D1 io c b a u + – u2a 2  u2b u2c t1 t2 u o 2.工作原理 动画

11.4.3 晶闸管的保护 晶闸管承受过电压、过电流的能力很差，这是它的主要缺点。 晶闸管的热容量很小，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将PN结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只100A的晶闸管过电流为400A时，仅允许持续0.02秒，否则将因过热而损坏； 晶闸管耐受过电压的能力极差，电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。

一. 晶闸管的过流保护 1. 快速熔断器保护 电路中加快速熔断器。当电路发生过流故障时，它能在晶闸管过热损坏之前熔断，切断电流通路，以保证晶闸管的安全。 快速熔断器接入方式有三种，如下图所示。 ~ 接在输出端 接在输入端 与晶闸 管串联

2. 过流继电器保护 在输出端(直流侧)或输入端(交流侧)接入过电流继电器，当电路发生过流故障时，继电器动作，使电路自动切断。 3. 过流截止保护 在交流侧设置电流检测电路，利用过电流信号控制触发电路。当电路发生过流故障时，检测电路控制触发脉冲迅速后移或停止产生触发脉冲，从而使晶闸管导通角减小或立即关断。

~ 二. 晶闸管的过压保护 利用电容吸收过压。其实质就是将造成过电压 1. 阻容保护 的能量变成电场能量储存到电容中，然后释放到电 阻中消耗掉。 ~ R L R C C R C R 硒堆保护 (硒整流片) 晶闸管元件 的阻容保护 2. 硒堆保护

11.4.4 单结晶体管触发电路 一. 单结晶体管结构及工作原理 N 1.结构 P B2 第二基极 B2 发射极E 欧姆接触 接触电阻 E 11.4.4 单结晶体管触发电路 一. 单结晶体管结构及工作原理 1.结构 B2 第二基极 B1 N 欧姆接触 接触电阻 P 发射极E 第一基极 (b) 符号 B2 E B1 PN结 N型硅片 (a) 示意图 单结晶体管结构示意图及其表示符号

 2. 工作原理 由图可求得  – 分压比(0.5~ 0.9) A  UE <  UBB+UD = UP 时 _ RP  – 分压比(0.5~ 0.9) RB1 RB2 A UBB E UE + _ RP B2 B1  UE <  UBB+UD = UP 时 等效电路 PN结反偏，IE很小； UE  UP时  PN结正向导通, IE迅速增加。 UP – 峰点电压 UD – PN结正向导通压降 测量单结晶体管的实验电路

o 3 .单结晶体管的伏安特性 UE P UP 负阻区：UE>UP后， 大量空穴注入基区， 致使IE增加、UE反 而下降，出现负阻。 峰点电压 P 负阻区：UE>UP后， 大量空穴注入基区， 致使IE增加、UE反 而下降，出现负阻。 V UV 谷点电压 Ip IV 截止区 负阻区 饱和区 UP(峰点电压)： 单结管由截止变导通 所需发射极电压。 UV、IV(谷点电压、电流): 维持单结管导通的最小 电压、电流。

有关，外加电压UBB或分压比不同，则峰点电 压UP不同。 单结晶体管的特点 B2 E B1 1. UE < UP时单结管截止； UE > UP时单结管导通， UE < UV时恢复截止。 2.单结晶体管的峰点电压UP与 外加固定电压UBB及分压比 有关，外加电压UBB或分压比不同，则峰点电 压UP不同。 3. 不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都 不一样。谷点电压大约在2 ~ 5V之间。常选用 稍大一些， UV稍小的单结晶体管，以增大输 出脉冲幅度和移相范围。

二. 单结晶体管触发电路 + uc ug 1. 振荡电路 单结晶体管弛张 R2 R 振荡电路利用单结管 的负阻特性及RC电路 二. 单结晶体管触发电路 1. 振荡电路 ug R2 R1 R U uc E + C _ 50 100k 300 0. 47F 单结晶体管弛张 振荡电路利用单结管 的负阻特性及RC电路 的充放电特性组成频 率可调的振荡电路。 单结晶体管弛张振荡电路

+ uC uC ug ug 2. 振荡过程分析 设通电前uC=0。 接通电源U, 电容C经电阻R充电。电容电压uC逐渐升高。 R2 E + C _ 50 100k 300 0. 47F 当uC  UP时,单结管导通,电 容C放电,R1上得到一脉冲电压。 uC t Up Uv ug t Up-UD (a) (b) 电容放电至 uC  Uv时，单结管重新关断，使ug0。

uC t ug O up 注意：R值不能选的太小，否则单结管不能关断，电路亦不能振荡。 uv (c) 电压波形

三. 单结管触发的半控桥式整流电路 uL uC ug 1. 电路 u1 主电路 u  R R2 u2 uZ 触发电路 + RL R1 RP T1 D1 D2 T2 u2 – uC uL ug u  主电路 触发电路

2. 工作原理 (1)整流削波 U2M t O Z R u2 + – uo uZ t O U2M 整流 t O UZ 削 波

uc ug uL (2) 触发电路 UZ R2 t uZ Up Uv t UP-UD (3) 输出电压uL t t O R1 RP + R ug uZ t O Up Uv t (3) 输出电压uL UP-UD RL T1 D1 D2 T2 uL + O O t

问 题 讨 论 1. 单结管触发的可控整流电路中，主电路和触发 电路为什么接在同一个变压器上？ 目的：保证主电路和触发电路的电源电压同时过零(即两者同步)，使电容在每半个周期均从零开始充电，从而保证每半个周期的第一个触发脉冲出现的时刻相同(即角一样)以使输出平均电压不变。 2. 触发电路中，整流后为什么加稳压管？ 稳压管的作用：是将整流后的电压变成梯形(即削波)，使单结管两端电压稳定在稳压管的稳压值上，从而保证单结管产生的脉冲幅度和每半个周期产生 第一脉冲的时间，不受交流电源电压变化的影响。

uL 3. 一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？ 如何改变控制角？ 3. 一系列触发脉冲中，为什么只有第一个起作用？ 如何改变控制角？ 根据晶闸管的特性，它一旦触发导通，在阳极电压足够大的条件下，即使去掉触发信号，仍能维持导通状态。因此，每半个周期中只有第一个触发脉冲起作用。 改变充电时间常数即可改变控制角。 控制角变化的范围称为移相范围。 4. 电压的调节 R 电容充电速度变慢  uL

输出脉冲可以直接从电阻R1引出(如前图)，也可 通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间 允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲 T1 + U1 RE1 - C T2 RC1 RE2 R2 T3 T4 D1 D2 DZ R 单结晶体管触发电路 输出脉冲可以直接从电阻R1引出(如前图)，也可 通过脉冲变压器输出。由于晶闸管控制极与阴极间 允许的反向电压很小，为了防止反向击穿，在脉冲 变压器副边串联二极管D1, 可将反向电压隔开，而 并联D2，可将反向电压短路。

使用脉冲变压器的触发电器

~ 11.4.5 应用举例 1. 电瓶充电机电路 T + R1 R2 待 充 D R3 RP T1 电 瓶 DZ C R4 _ 11.4.5 应用举例 R1 ~ A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1 1. 电瓶充电机电路 该电瓶充电机电路使用元件较少，线路简单， 具有过充电保护、短路保护和电瓶短接保护。

~ 工作原理 R2 、RP、 C 、T1 、 R3 、 R4 构成了单结晶体管触发电路。 T + R1 R2 待 充 D R3 RP 电 A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1 当待充电电瓶接入电路后，触发电路获得所需电源电压开始工作。

当电瓶电压充到一定数值时，使得单结晶体管的峰点电压UP大于稳压管DZ的稳定电压，单结晶体管不能导通，触发电路不再产生触发脉冲，充电机停止充电。 R1 ~ A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1

~ 触发电路和可控整流电路的同步是由二极管D和电阻R1来完成的。 交流电压过零变负后，电容通过D和R1迅速放电。 RP向C充电。改变RP之值，可设定电瓶的初始充电 电流。 R1 ~ A V R2 R4 R3 RP D DZ T C + _ 待 充 电 瓶 T1

2. 双向晶闸管 相当于两个晶闸管反向并联，两者共用一个控制极。 特点： 符号： A1 A2 G 控制极 第一电极 第二电极 通过控制电压的控制可实现双向导通。

工作原理 UA1>UA2时，控制极相对于A2加正脉冲， 晶闸管正向导通，电流从A1流向A2。 UA2>UA1时，控制极相对于A2加负脉冲， 晶闸管反向导通，电流从A2流向A1。 A1 A2 G

交流调压电路  R C T u + _ 双向二极管： 只要在其两端加上一定数值的正或负电压即可使其导通。 双向二极管