第6章-直流稳压电源-习题解答

第六章习题参考答案

6-1 在图6-23中，已知直流电压表V 2的读数为90V ，负载电阻Ω100=L R ，二极 管的正向压降忽略不计。试求：①直流电流表A 的读数；②交流电压表V 1的读数；③变压器二次侧电流有效值。

图6-23 习题6-1图

解 1）直流电流表A 的读数 A 9.0100

90

2=

=

=L A R U I 2）交流电压表1V 的读数 V 20045

.090

45.021===

U U 3）变压器二次侧电流有效值 A 245

.0==A I

I

6-2 图6-24为变压器二次侧绕组有中心抽头的单相整流电路，二次侧电压有效值为U ，试分析：

1）标出负载电阻L R 上电压o u 和滤波电容C 的极性;

2）分别画出无滤波电容和有滤波电容两种情况下o u 的波形。整流电压平均值o U 与变压器二次侧电压有效值U 的数值关系如何？

3）有无滤波电容两种情况下,二极管上所承受的最高反向电压DRM U 各为多大? 4）如果二极管VD 2虚焊；极性接反；过载损坏造成短路，电路会出现什么问题? 5）如果变压器二次侧中心抽头虚焊；输出端短路两种情况下电路又会出现什么问题?

图6-24 习题6-2图

解 1）负载电阻L R 上电压o u 和滤波电容C 的极性如题6-2解图（a ）所示。 2）无滤波电容和有滤波电容两种情况下o u 的波形分别如题6-2解图（b ）和题6-2

图4－2 题4－2图

解图（c ）所示。

无滤波电容时

U U o 9.0= 有滤波电容时 U U o 2.1=

3）有无滤波电容两种情况下，二极管上所承受的最高反向电压皆为U U DRM 22=。 4）二极管V 2虚焊时相当于开路，电路变为单相半波整流电路，输出电压将降为原来的一半。极性接反和过载损坏造成短路时，在输入电压正半周，1V 、2V 通路导通，由于二极管正向电阻很小，产生很大电流，将造成电源、变压器和二极管烧毁。

5）变压器二次侧中心抽头虚焊时相当于断路，无论是u 的正半周还是u 的负半周都不会构成电流的通路，因此负载电阻没有电压输出。输出端短路时，由于二极管电阻很小，会产生很大电流，使电源、变压器和二极管烧毁。

6-3 图6-25电路中，已知Ωk 5=1L R ，Ωk 3.0=2L R ，其他参数已标在图中。试求： ①VD 1、VD 2、VD 3各组成何种整流电路?

②计算1o U 、2o U ，及流过三只二极管电流的平均值各是多大?

③选择三只二极管的型号。

解 1）1V 单相半波整流电路；2V 、3V 组成单相桥式整流电路。

2） V 45)1090(45.01-=+?-=o U

V 9109.02=?=o U

mA 95

45

1==V I mA 303

.09

32

===V V I I 图6-25 习题6-3图

3）1V 反向电压最大值

V 1411002=?=DRM U

2V 、3V 反向电压最大值

V 2.281022=?=DRM U

题6-2解图（b ）

题6-2解图（c ）

选择二极管型号时，考虑留有充分余量应选二极管的最大整流电流V oM I I 2≥，最 高反向工作电压DRM RM U U 2≥。

所以1V 选择2CZ12D ，2V 和3V 选择2CZ11A 。

6-4 在图6-2a 的单相桥式整流电路中，已知变压器二次侧电压有效值V 100=U ，

Ωk 1=L R ，试求o U 、o I ，并选择整流二极管型号。

解 输出电压 V 901009.09.0=?==U U o

输出电流平均值 mA 901

90

===

L o o R U I 流过整流二极管电流的平均值 mA 452

1

==

o DF I I 整流二极管承受最高反向电压 V 1411002=?=

DRM U

考虑留有充分余量 m A 902=≥V oM I I

V 2822=≥DRM RM U U

整流二极管型号可选择2CZ11C 。

6-5 某电阻性负载，要求直流电压60V ，电流20A ，现采用单相半波可控整流电路， 直接由220V 交流电网供电，试计算晶闸管的导通角、电流的有效值，并选用晶闸管。

解 单相半波可控整流电路输出电压

U U o 2

cos 145

.0α

+= 所以 21.01220

45.0120

145.02cos =-?=-=

U U o α 导通角

10278180180=-=-=αθ

Ω===

330

60

o o L I U R 电流有效值 A 7.582sin 21=-+=

π

απαπL

R U I 流过晶体管电流的平均值 A 102

1

==o DF I I

晶体管承受反向电压峰值 V 3102202=?=DRM U 考虑留有充分余量 A 202=≥DF F I I

V 6202=≥DRM RM U U

晶体管选择为KP20。

6-6 单相半波可控整流电路，负载电阻Ω10=L R ，直接由220V 交流电网供电，控 制角°60=α，试计算输出电压、电流的平均值，并选择晶体管。

解 V 25.742202

5

.0145.02cos 145.0=?+?=+=U U o α A 425.710

25

.74==

=L o o R U I 流过晶体管电流的平均值 A 7.32

1

==o DF I I

晶体管承受正反向电压峰值 V 3102202=?==RM FM U U 考虑留有充分余量 A 4.72=≥DF F I I

V 6202=≥RM DRM U U V 6202=≥FM DFM U U

晶体管可选择为KP10。

6-7有一电阻负载，它需可调直流电压V 60~0=o U ，电流A 10~0=o I ，现采用 单相半控桥式整流电路，试计算变压器二次侧电压，并选用整流元件。如果不用变压器，输入接220V 交流电网，试选用整流元件。

解 设晶闸管导通角 °180=θ(°0=α)时，180=o U V ，A 6=o I 。 交流电压有效值 V 67V 9

.060

9.0===

o U U 实际上还应考虑电网电压的波动，管压降以及导通角一般达不到°180(—般只是°

170~°160)等因素，交流电压要比计算值适当加大10％左右，实际选74=U V 。 晶闸管承受的最高正、反向电压和二极管承受的最高反向电压都为

V 0417441.12=?===U U U RM FM 考虑留有充分余量，通常根据下式选取晶闸管的FRM U 和RRM U

FM FRM U U 2≥ RM RRM U U 2≥

本题 V 082V 1042=?==RRM FRM U U

流过晶闸管和二极管的平均电流

A 5A 2

10

21===

o oT I I 考虑留有充分余量应选晶闸管的正向平均电流

A 102=≥oT F I I

根据以上计算选用晶闸管KP10两只，二极管2CZ11C 两只。

输入接220V 交流电网，此时晶闸管承受的最高正、反向电压和二极管承受的最高反

向电压都为

310V =V 220×41.1=

2==U U

U RM FM

620V V 3102=?==RRM FRM U U

所以可选用晶闸管KP10两只，二极管2CZ11G 两只。

6-8 试分析图6-26所示可控整流电路的工作情况，控制 角α的变化围，输出电压平均值的计算公式。

图6-26 习题6-8图

解 设电源变压器二次侧电压t U u ωsin 2=

（V ），波形题6－8解图 (a)所示。如果控

制极未加触发电压，晶闸管在电压u 的正、负半周均不导通。在输入交流电压u 的正半周某一时刻t 1(αω=t )给控制极加上触发脉冲，题6－8解图（b ）所示，晶闸管道通，忽略管压降，电压u 全部加在负载电阻L R 上，负载上电压电流波形如题6－8解图

（c ）所示。在电压u 的负半周时某一时刻t 2(απω+=2t )给控制极加上触发脉冲，如题6－8解图（b ）所示，晶闸管道通，电压u 全部加在负载电阻L R 上，负载上电压电流

波形题6－8解图（c ）所示。

控制角α的变化围为π~0；输出电压平均值

U t d t U U 2

cos 19

.0)(sin 21

0α

ωωπ

π

α

+==

? 6-9 已知交流电源电压为220V ，频率f ＝50Hz ，负载要求输出电压平均值为20V ，输出电流平均值为50mA ，试设计单相桥式整流电容滤波电路，求变压器的变比及容量，并选择整流、滤波元件。

解 U U o 2.1=

题6－8解图

变压器副边电压有效值 V 71V 2.120

2.1===o U U 流过二极管电流平均值 25mA 502

1

21=?==o DF

I I 二极管承受最高反向电压 V 42V 1722=?==

U U DRM

选用四只2CZ11A 二极管。

根据 2

)

5~3(≥T

C R L 0.02s =s 50

1=1=

f T 取 2

×5=T

C R L

所以 μF 12510502005.0253

=?=?

=

-L

R T C 选容量μF 125，耐压50V 的极性电容。

6-10 在图6-9中，滤波电容F μ100=C ，交流电源频率f ＝50HZ ，Ωk 1=L R ，要求输出电压平均值V 10=o U ，问：

1）变压器二次侧电压?=U

2）该电路工作过程中，若L R 增大，o U 是增大还是减小?二极管的导通角是增大还是减小?

解 1）变压器二次侧电压 V 3.82

.110

2.1===

o U U 2）若L R 增大，电容放电时间常数L R C 变大，按指数规律放电减慢，导通角增大，输出电压平均值o U 增大。

6-11整 流 滤 波 电 路 如 图 6-27所 示，二 极 管 是 理 想 元 件，电 容 F 500C μ=，负 载 电 阻

Ω=k 5L R ， 开 关 S 1闭 合、S 2 断 开 时，直 流 电 压 表 )V (的 读 数 为 V 4.141，求：

1） 开 关 S 1 闭 合、S 2 断 开时， 直 流 电 流 表 )A (的 读 数 ; 2） 开 关 S 1 断 开、S 2 闭 合 时， 直 流 电 流 表 )A (的 读 数 。 (设 电 流 表 阻 为 零， 电 压 表 阻 为 无 穷 大 )。 3）两个开关均闭合

+

u 1u 2R

L

S 1S 2

?

u O

C

V

A

-

+-

+

-

+

图6-27 题6-11图

解 开 关 S 1闭 合、S 2 断 开 时，直 流 电 压 表 )V (的 读 数 应为

V 4.14122==U U o

则 V 1002=U

1）开 关 S 1 闭 合、S 2 断 开时， 直 流 电 流 表 )A (的 读 数 为0； 2） 开 关 S 1 断 开、S 2 闭 合 时， V 909.02==U U o

直 流 电 流 表 )A (的 读 数 为 mA 185

90

==I 。

3）两个开关均闭合时 V 1202.12==U U o 。

直 流 电 流 表 )A (的 读 数 为 mA 245

120

==

I 。 6-12 在图6-14所示的Π形RC 滤波电路中，已知变压器二次侧电压V 6=U ，负载电压V 6=L U ，负载电流m A 100=L I ，试计算滤波电阻R 。

解 经电容C 滤波后的输出电压 V 2.762.12.1=?=='U U o

则滤波电阻 k Ω121010062.73

=?-=-'=

-L L o I U U R 6-13 图6-28是二倍压整流电路，试标出输出电压o U 的极性，说明U U o 22=。

图6-28 习题6-13图

解 正半周期时，变压器二次侧电压通过1V 向电容1C 充电至U ；负半周期时，由变压器二次侧电压和电容1C 共同构成电源，通过由2V 和2C 组成带滤波的单相半波整流电路向负载供电，所以输出电压为U 22。

题6－13解图

6-14 某稳压电路如图6-29所示，试问： 1）输出电压L U 的大小及极性如何?

2）电容1C 、2C 的极性如何？它们耐压应选多高? 3）负载电阻L R 的最小值约为多少?

4）稳压管接反，后果如何?

解 1）输出电压L U 极性如题6-14解图所示，正半周大小为V 15，负半周为V 0。 2）电容1C 、2C 的极性如图所示，耐压选为V 30。

3）根据公式 2)

5~3(≥T

C R L 可知 C

T

R L 2)5~3(≥

4）稳压管接反后正向导通会产生很大电流，使电源、变压器和稳压管烧毁。

图6-29 习题6-14图

题6-14解图

6-15 由运算放大器组成的稳压电路，如图6-30所示，稳压管的稳定电压V 4=z U ，

Ωk 4=1R 。

1）证明 z F o U R

R R U ???

? ?

?+=11 2）如果要求V 12~5=o U ，计算电阻F R 。

3）如果z U 改由反相端输入，试画出电路图，并写出输出电压o U 的计算公式。

解

1）证明：根据虚短和虚断可知

F

o

R U U R U -=-

--1 Z U U =-

所以有 z F

o U R

R R U ???

?

?

?+=11 2） 1)1(

R U U R Z

o

F -= V 5=o U 时，k Ω44)145

(=?-=F R

V 12=o U 时，k Ω84)14

12

(=?-=F R

所以F R 在k Ω8~1之间。 图6-30习题6-15图

6-16 图6-31是串联型稳压电路，其中VS 为2CWl3，Ω50==31R R ，Ω40=L R ，

Ω560=2R ，晶体管都为PNP 型管。

1）求该电路输出电压L U 的调节围。

2）当交流电源电压升高时，说明o U 、L U 如何变化? 1B U 、1C U 、1E U 各点电位

是升高还是降低?

图6-31 习题6-16图

解 由该电路可知，当滑动变阻器触头在2R 最下方时有

L Z U R R R R U 3213

++=

当滑动变阻器触头2R 在最上方时有

L Z U R R R R R U 3

213

2+++=

所以

Z L Z U

R R R R U U R R R R R 3

3

2132321++<<+++

即L U 的变化围约为 V 132V 10<

各点电位变化情况如下：

6-17 图6-32是带保护的扩流电路，电阻2R 、3R 和晶体管V 2、V 3组成保护电路。

试分析其工作原理。

图6-32 习题6-17图

解 所谓扩流指输出电流L I 增加为 2I I I L +=

正常时，2V 和3V 截止，电阻1R 上产生压降使1V 导通。若L I 过流，使I 增加，限流电阻3R 上压降增大使2V 管导通，导致3V 管趋于饱和，1V 管的1BE U 降低，2V 的基极电流增大，限制了功率管1V 的电流1C I ，从而保护功率管不致因过流而损坏。

6-18 图6-33是一固定和可调输出的稳压电路。其中，Ωk 3.3==31R R ，

Ωk 1.5=2R 。

①计算固定输出电压的大小。 ②计算可调输出电压的围。

L U o 1B BE U 1B I 1C I 1U 3B I C 2

CE U L

U 1E U 不变I

2

图6-33习题6-18图

解 1）固定输出时触点接B ，此时有

23U U L =

2）当滑动变阻器触头在2R 最下方时有

L U R R R R U 3213

23++=

当滑动变阻器触头在2R 最上方时有

L U R R R R R U 3

213

223+++=

L U 的变化围为

233

3

212332321U R R R R U U R R R R R L ++<<+++

6-19 图6-34是输出电压为输出电压可调的直流稳压电路，设4321R R R R +=+，

试写出L U 与L

U '的关系式。

图6-34 习题6-19图

解 L

U '为运算放大器反相输入端电压 232323433012.01.911

.0U U U R R R U U L

≈=+=

='-

同相输入端电压为 L U R R R U 2

121

+=+

由虚短可知 -+=U U 所以有 234

33212

U R R R U U R R R U L +==+=

-+

即 23232323011.010

11.0U U U R R U L ===