模电答案第十章

第10章 直流电源

自测题

一. 判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果填入括号内。

(1)直流电源是一种将正弦信号转换为直流信号的波形变换电路。( × )

(2)直流电源是一种能量转换电路，它将交流能量转换为直流能量。( √ )

(3)在变压器副边电压和负载电阻相同的情况下，桥式整流电路的输出电流是半波整流电路输出电流的2倍。( √ ) ；因此，它们的整流管的平均电流比值为2:1。( × )

(4)若U 2为电源变压器副边电压的有效值，则半波整流电容滤波电路和全波整流电容

2。( √ )

(5)当输入电压U I 和负载电流I L 变化时，稳压电路的输出电压是绝对不变的。( × )

(6)一般情况下，开关型稳压电路比线性稳压电路效率高。( √ )

二、在图10.3.l (a)中，已知变压器副边电压有效值U 2为10V , R L C ≥网电压的周期) 。测得输出电压平均值U O (AV ) 可能的数值为

A . 14V B . 12V C . 9V D . 4.5V

选择合适答案填入空内。

(1)正常情况U O (AV ) ≈( B ) ；

(2)电容虚焊时U O (AV ) ≈( C ) ；

(3)负载电阻开路时U O (AV ) ≈( A ) ；

(4)一只整流管和滤波电容同时开路，U O (AV ) ≈( D ) 。

三、填空：在图T10.3所示电路中, 调整管为( T 1 ) ，采样电路由(R 1、R 2、R 3) 组成， 基准电压电路由( R 、D Z ) 组成，比较放大电路由( T 2、R c )组成，保护电路由( R 0、T 3 )组成；输出电压最小值的表达式为( 3T (T 为电2R 1+R 2+R 3(U Z +U BE 2) ) ，最大值的表达式 R 3

( R 1+R 2+R 3(U Z +U BE 2) ) 。 R 2+R 3

图T10.3 图T10.4

四、在图T10.4所示稳压电路中，已知稳压管的稳定电U Z 为6V ，最小稳定电流I Zmin 为5mA ，最大稳定电流I Zmax 为40mA ；输入电压U i 为15V ，波动范围为±10%；限流电阻R 为200Ω。(1)电路是否能空载？为什么？(2)作为稳压电路的指标，负载电流I L 的范围为多少？

解：(1)由于空载时稳压管流过的最大电流：

I DZ max =I R max =

所以电路不能空载。 U Im ax -U Z =52.5mA >I Z max =40mA R

U Im in -U Z -I L max ，负载电流的最大值 R

U -U Z -I DZ min =32.5mA I L max =Im in

R

U -U Z -I L min ，负载电流的最小值 根据 I DZ max =Im ax

R

U -U Z -I DZ max =12.5mA I L min =Im ax

R (2)根据 I DZ min =

所以，负载电流的范围为12 .5 ~32 .5mA 。

五、在图10.5.24 所示电路中，已知输出电压的最大值U omax 为25V , R l =240Ω；Wll7的输出端和调整端间的电压U R =1.25V ，允许加在输入端和输出端的电压3 ~40V 。试求解：(1)输出电压的最小值U omin ； (2) R2的取值； (3)若U I 的波动范围为±10 % ,为保证输出电压的最大值U omax 为25V , U I 至少应取多少伏？为保证Wll7 安全工作，U I 的最大值为多少伏？

解：(1)输出电压的最小值U omin = 1.25V

(2)因为U o max =(1+R 2) ⨯1.25V =25V , R l =240Ω R 1

所以，R 2 =4.56k Ω。

(3)输入电压的取值范围为：

U Im in ≈

六、电路如图T10.6所示。合理连线，构成5V 直流电源。

U O max +U 12min U +U 12max ≈37.5V 。 ≈31.1V ；U Im ax ≈O min 1.10.9

图T10.6

解：1接4，2接6；5接7、9；3接8、11、13；10接12。如解图T10.6所示。

解图T10.6

习题

10.1判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。

(1)整流电路可将正弦电压变为脉动的直流电压。( √ )

(2)电容滤波电路适用于小负载电流，而电感滤波电路适用于大负载电流。( √ )

(3)在单相桥式整流电容滤波电路中，若有一只整流管断开，输出电压平均值变为原来的一半。( × )

10.2判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。

(1)对于理想的稳压电路，∆U O /∆U I =0，R O =0。( √ )

(2)线性直流电源中的调整管工作在放大状态，开关型直流电源中的调整管工作在开关状态。( √ )

(3)因为串联型稳压电路中引入了深度负反馈，因此也可能产生自激振荡。( × )

(4)在稳压管稳压电路中，稳压管的最大稳定电流必须大于最大负载电流。( × ) ；而且，其最大稳定电流与最小稳定电流之差应大于负载电流的变化范围。( √ )

10.3选择合适答案填入空内。

(1)整流的目的是( A ) 。

A. 将交流变为直流 B. 将高频变为低频 C. 将正弦波变为方波

(2) 在单相桥式整流电路中，若有一只整流管接反，则( C )

A. 输出电压约为2U D B. 变为半波整流 C. 整流管将因电流过大而烧毁

(3)直流稳压电源中滤波电路的作用是( C )

A. 将交流变为直流 B. 将高频变为低频 C. 将交、直流混合量中的交流成分滤掉

(4)滤波电路应选用( B ) 。

A. 高通滤波电路 B. 低通滤波电路 C. 带通滤波电路

10.4选择合适答案填入空内。

(1)若要组成输出电压可调、最大输出电流为3A 的直流稳压电源，则应采用( D ) 。

A. 电容滤波稳压管稳压电路 B. 电感滤波稳压管稳压电路

C. 电容滤波串联型稳压电路 D. 电感滤波串联型稳压电路

(2) 串联型稳压电路中的放大环节所放大的对象是( C ) 。

A. 基准电压 B. 取样电压 C. 基准电压与取样电压之差

(3)开关型直流电源比线性直流电源效率高的原因是( A ) 。

A. 调整管工作在开关状态 B. 输出端有LC 滤波电路 C. 可以不用电源变压器

(4)在脉宽调制式串联型开关稳压电路中，为使输出电压增大，对调整管基极控制信号的要求是( A ) 。

A. 周期不变，占空比增大 B. 频率增大，占空比不变

C. 在一个周期内，高电平不变，周期增大

10.5在图10.2.5(a)所示电路中，已知输出电压平均值U O (AV ) =15V ，负载电流平均值I L (AV ) =100mA 。

(1)变压器副边电压有效值U 2≈?

(2)设电网电压波动范围为±10%。在选择二极管的参数时，其最大整流平均电流I F 和最高反向电压U R 的下限值约为多少？

解：(1)输出电压平均值U O (AV ) ≈0.9U 2，因此变压器副边电压有效值： U 2≈U O (AV )

0.9≈16.7V

(2)考虑到电网电压波动范围为±10 % ，整流二极管的参数为

I F >1.1⨯I L (AV )

2=55mA ；

U R >2≈26V

10.6 电路如图P10.6 所示，变压器副边电压有效值为2U 2 。

(1)画出u 2 、u D1 和u o 的波形；

(2)求出输出电压平均值U O (AV ) 和输出电流平均值I L (AV ) 的表达式；

(3)二极管的平均电流I D (AV ) 和所承受的最大反向电压U Rmax 的表达式。

图P10.6 解图P10.6

解：(1)全波整流电路，波形如解图P10.6 所示。

(2)输出电压平均值U O (AV ) 和输出电流平均值I L (AV ) 为

U O (AV ) ≈0.9U 2 ； I L (AV ) ≈0.9U 2 R L

(3)二极管的平均电流I D (AV ) 和所承受的最大反向电压U R 为

I D (AV ) ≈0.45U 2 ；

U R =2 R L

10.7电路如图P10.7所示，变压器副边电压有效值U 21=50V ，U 22=20V 。 试问：(1)输出电压平均值U O 1(AV ) 和U O 2(AV ) 各为多少？

(2)各二极管承受的最大反向电压为多少？

解：(1)两路输出电压分别为：

U O 1≈0.45(U 21+U 22) =31.5V

U O 2≈0.9U 22=18V

(2) Dl 的最大反向电压：

U R U 21+U 22) ≈99V 图P10.7

D 2、D 3的最大反向电压：

U R >22≈57V

10.8电路如图10.8所示，(1)分别标出u o 1和u o 2对地的极性；(2)u o 1、u o 2分别是半波整流还是全波整流？(3)U 21=U 22=20V 时，U O 1(AV ) 和U O 2(AV ) 各为多少？(4)

V ，U 22=22V 时，画出u o 1、u o 2的波形；并求出U O 1(AV ) 和U O 2(AV ) 各当U 21=18

为多少？

图10.8 解图P10.8

解：(1)均为上“+”、下“-”。

(2)均为全波整流。

(3)U O 1(AV ) 和U O 2(AV ) 为：U O 1(AV ) =-U O 2(AV ) ≈0.9U 21=18V

(4)u o 1、u o 2的波形如解图P 10.8 所示。它们的平均值为

U O 1(AV ) =-U O 2(AV ) ≈0.45U 21+0.45U 22=18V

10.9 分别判断图P10.9所示各电路能否作为滤波电路，简述理由。

图P10.9

解：图(a)、(b)所示电路可用于滤波；

图(c)所示电路不能用于滤波。因为电感对直流分量的电抗很小、对交流分量的电抗很大，所以在滤波电路中应将电感串联在整流电路的输出和负载之间。因为电容对直流分量的电抗很大、对交流分量的电抗很小，所以在滤波电路中应将电容并联在整流电路的输出或负载上。

10.10 试在图Pl0.10 所示电路中，标出各电容两端电压的极性和数值，并分析负载电阻上能够获得几倍压的输出。

(a) (b)

图P 10.10

解：在图(a)所示电路中，C l 上电压极性为上“+ ”下“-”，数值为一倍压；C 2上电压极性为右“+ ”左“-”，数值为二倍压；C 3上电压极性为上“+ ”下“-”，数值为三倍压。负载电阻上为三倍压。

在图(b)所示电路中，C 1上电压极性为上“-”下“+ " ，数值为一倍压；C 2上电压极性为上“+ ”下“-”，数值为一倍压；C 3 、C 4 上电压极性均为右“+ ”左“-”，数值均为二倍压。负载电阻上为四倍压。

10 .11 电路如图T10.4所示，已知稳压管的稳定电压为6V ，最小稳定电流为5mA ，允许耗散功率为240mW ，动态电阻小于15Ω。试问：

(1)当输入电压为20 ~24V 、R L 为200 ~600Ω时，限流电阻R 的选取范围是多少？

(2)若R =390Ω，则电路的稳压系数S r 为多少？

解：(1)因为I Z max =P ZM /U Z =40mA , I L =U Z /R L =10~30mA ,

所以R 的取值范围为：

R max =U Im in -U Z U -U Z =400Ω ；R min =Im ax =360Ω I Z +I L max I Z max +I L min

r Z U I ⋅≈0.154 R U Z (2)稳压系数为：S r ≈

10.12电路如图P10.12所示，已知稳压管的稳定电压为6V ，最小稳定电流为5mA ，允许耗散功率为240mW ，输入电压为20~24V ，R 1=360Ω。试问：

(1)为保证空载时稳压管能安全工作，R 2应选多大？

(2)当R 2按上面原则选定后，负载电阻允许的变化范围是多少？

解：R l 中的电流和稳压管中的最大电流为：

I R 1=U I -U Z ≈39~5mA 0； R 1

P ZM 图P10.12 =40mA U Z I Z max =

(1) 为保证空载时稳压管能够安全工作：R 2=U Z =600Ω I R 1max -I Z max

(2) 负载电流的最大值：I L max =I R 1min -I R 2-I Z min =24mA

(3) 负载电阻的变化范围：R L min =

10.13电路如图T10.3所示，稳压管的稳定电压U Z =4.3V ，晶体管的U BE =0.7V ，R 1=R 2=R 3=300Ω，R o =5Ω。试估算：

(1)输出电压的可调范围；

(2)调整管发射极允许的最大电流；

(3)若U I =25V ，波动范围为±10 % ，则调整管的最大功耗为多少。

解：(1)基准电压U R =U Z +U BE =5V ，输出电压的可调范围：

U O =U Z =250Ω，R L max =∞ I L max R 1+R 2+R 3R +R 2+R 3⋅U Z ~1⋅U Z =7.5V ~15V ； R 2+R 3R 3

(2)调整管发射极最大电流： I E max =U BE /R o ≈140mA ；

(3)调整管的最大管压降和最大功耗分别为：

U CE max =U Im ax -U O min =20V

P W T max ≈I E max ⋅U CE max =2.8

10.14电路如图P10.14所示，已知稳压管的稳定电压U Z =6V ，晶体管的U BE =0.7V ，R 1=R 2=R 3=300Ω，U I =24V 。判断出现下列现象时，分别因为电路出现什么故障（即哪个元件开路或短路）。

图P10.14

(1)U O ≈24V ； (2)U O ≈23. 3V ； (3)U O ≈12V 且不可调；

(4) U O ≈6V 且不可调； (5)U O 可调范围变为6~12V。

解：(1)T l 的c 、e 短路； (2)R c 短路或T 1集电结击穿 (3) R 2短路；

(4) T 2的b 、c 短路； (5)R 1 短路。

10.15直流稳压电源如图P10.15所示。(1)说明电路的整流电路、滤波电路、调整管、基准电压电路、比较放大电路、取样电路等部分各由哪些元件组成。(2)标出集成运放的同相输入端和反相输入端。(3)写出输出电压的表达式。

图P 10.15

解：(1)整流电路：D l ~D4 ； 滤波电路：C l ； 调整管：T l 、T 2 ； 基准电压电路：R ’、D ’Z 、R 、D Z ; 比较放大电路：A ； 取样电路：R 1 、R 2 、R 3 。

(2)为了使电路引入负反馈，集成运放的输入端上为“-”下为“+”。

(3)输出电压的表达式为：R 1+R 2+R 3R +R 2+R 3⋅U Z ≤U O ≤1⋅U Z R 2+R 3R 3

' ' 10.16电路如图P10.16所示，设I I ≈I O =1.5A ，晶体管T 的U BE ≈U D ，

R 1=1Ω，R 2=2Ω，I D >>I B 。求解负载电流I L 与I O ' 的关系式。

图P10.16

' 解：因为U BE ≈U D ，I E R 1≈I D R 2≈I I ' R 2≈I O R 2，I C ≈I E ，所以 I C ≈R 2' R ' I O ， I L ≈(1+2) ⋅I O =4.5A 。 R 1R 1

10.17在图P10.17所示电路中，R 1=240Ω，R 2=3k Ω；Wll7 输入端和输出端电压允许范围为3~40V ,输出端和调整端之间的电压U R 为1.25V 。试求解：

(1)输出电压的调节范围；(2)输入电压允许的范围。

图P10.17

解：(1)输出电压的调节范围：U O ≈(1+R 2) U REF =1.25~16.9V R 1

(2)输入电压取值范围：U Im in =U O max +U 12min ≈20V

U Im ax =U O min +U 12max ≈41.25V

10.18 试分别求出图P10.18所示各电路输出电压的表达式。

11

(a)

(b) (c)

图P10.18

解：在图(a)所示电路中，W7812 的输出为U REF =12V ，由于流过R 1、R 2的电流近似相等，即I =U REF ，所以基准电压： R 1+R 2

R 2⋅U REF 。 R 1+R 2 U R =U N 1=U O -IR 2=U O -

而U P =R 4下+R 5R 2U O =U N =U O -U REF ， R 3+R 4+R 5R 1+R 2

R 2R 3+R 4+R 5U REF R 1+R 2R 3+R 4上即U O =

或R 2R 3+R 4+R 5R 2R 3+R 4+R 5U REF ≤U O ≤U REF R 1+R 2R 3+R 4R 1+R 2R 3

在图(b)中，输出电压的表达式： U O =U Z +U REF =(U Z +1.25) V

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在图(c)中，输出电压的表达式：U O =U REF -

'R 2⋅U Z =U REF ~(U REF -U Z ) R 2

10.19两个恒流源电路分别如图P10.19(a)、(b)所示。(1)求解各电路负载电流的表达式；(2)设输入电压为20V ，晶体管饱和压降为3V ，b-e 间电压数值BE =0.7V ，W7805 输入端和输出端间的电压最小值为3V ，稳压管的稳定电压U Z =5V ，R l =R =50Ω。分别求出两电路负载电阻的最大值。

(a) (b)

图P10.19

' 解：(1)设图10.19 (b)中W7805 的输出电压为U O 。图示两个电路输出电流的表

' U O U Z -U EB 达式分别为：(a) I O =， (b) I O = R R 1

(2)两个电路输出电压的最大值、输出电流和负载电阻的最大值分别为 (a) U O max =U I -(U Z -U EB ) -U CES =12.7V ；

I O =86mA ； R L max =

(b) U O max =U I -U 12=17V ； U O max ≈148Ω I O

I O =100mA ； R L m a x =

U O m a x ≈170Ω I O

10.20在图10.6.5所示电路中，若需要输出电压有一定的调节范围，则应如何改进电路，请画出电路来。

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解：改进电路如解图10.20所示。值得注意的是通常开关型稳压电源输出电压的可调范围很小，故R 2的取值较R l 、R 3要小。

解图10.20

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