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第 6章 整流电路和直流稳压电源
6.2 滤波电路
6.3 简单稳压电路
6.1 单相桥式整流电路
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第 6章 整流电路和直流稳压电源
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
u4 uou3u2u1
交流电源 负载
变压 整流 滤波 稳压
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6.1 单相桥式整流电路
整流电路的作用,
将交流电压转变为脉动的直流电压。
常见的整流电路:
半波、全波和桥式整流
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。
整流原理:
利用二极管的单向导电性
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t ?
uD
O
6.1.1 单相半波整流电路
2,工作原理
u2 正半周,Ua>Ub,
二极管 D导通;
3,工作波形
u2 负半周,Ua< Ub,
二极管 D 截止 。
1,电路结构
–
+ +
–
aTr D
uou2
b
RL
io 动画
u2
?tO
uo
O
t ?
2U2
2U2
2U2?
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4,参数计算
(1) 整流电压平均值 Uo
(2) 整流电流平均值 Io
LL R
U
R
UI 245.0o
o ??
(3) 流过二极管电流平均值 ID
oD II ?
(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM
2D R M 2 UU ?
)t d(t s i nUπ π ??2ο 221 ?? 2U0,4 5?oU
–
+ +
–
aTr D
uou2
b
RL
io uo
O
t ?
2U2
t ?
uD
O
2U2?
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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, URM ?
22U
–
+ +
–
aTr D
uou2
b
RL
io uo
O
t ?
2U2
t ?
uD
O
2U2?
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6.1.2 单相桥式整流电路
2,工作原理
u2 正半周,Ua>Ub,
二极管 D1,D3 导通,
D2,D4 截止 。
3,工作波形
uD2
uD4
1,电路结构
?
- uo
uD ?t
?t
RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
?
-
动画
u2
t ?
2U2
2U2
2U2?
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6.1.2 单相桥式整流电路
2,工作原理
u2 负半周,Ua<Ub,
二极管 D2,D4 导通,
D1,D3截止 。
?3,工作波形
uD2
uD4
1,电路结构
?
- uo
uD ?t
?t
RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
?
-
动画
u2
t ?
2U2
2U2
2U2? uD1
uD3
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RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
uD2
uD4
uo
uD ?t
?t
2U2
2U2? uD1
uD3
4,参数计算
(1) 整流电压平均值 Uo
(2) 整流电流平均值 Io
)t d(t s i nUπ π ??2ο 21 ?? 2U0.9?oU
LL R
U
R
UI 29.0o
o ??
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RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
– uD2
uD4
uo
uD ?t
?t
2U2
2U2? uD1
uD3
4,参数计算
(3) 流过每管电流平均值 ID
(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM
2oD
II ?
2D R M 2 UU ?
(5) 整流二极管的选择, 同半波整流
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例 2,试分析图示桥式整流电路中的二极管 D
2 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+_~ u2
+
_ 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=u2;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。
t?
uo
u
π 2π 3π 4π
t?
π 2π 3π 4π
o
o
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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。
uo+_~ u2
+
_ RL
D2
D4
D1
D3
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6.2 滤波电路
小功率直流稳压电源的组成
u4u3u2u1
交流电源 负载
变压 整流 滤波 稳压
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6.2.1 电容滤波器
1,电路结构
2,工作原理
u2 >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 2<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 。
= uC
3,工作波形
二极管承受的最高反向电压为 。222 UU D R M ?
动画
RL
u2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
+
C
ic
i
uo
2U2
2U2
u2
?tO
?tO
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4,电容滤波电路的特点
(1) 二极管的导通角减小。
uo
2U2
2U2
u2
?t
O
?tO
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25)(3L
TCRτ ???一般取 (T — 电源电压的周期 )
(2) 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。
近似估算取,Uo = 1,2 U2 ( 桥式、全波)
Uo = 1,0 U 2( 半波)
当负载 RL 开路时,UO?
22U
为了得到比较平直的输出电压
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(3) 外特性曲线
有电容 滤波1.4U2
无电容滤波
0.9U2
Uo
o IO
结论 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。
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6.3 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
u4 uou3u2u1
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6.3 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。
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6.3.1 稳压管稳压电路
2,工作原理
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
RL?(IO?)? IR ?
设 Uo'一定,负载 RL变化
UO 基本不变 ? IR (IRR) 基本不变
? UO (UZ ) ?? IZ?
?
1,电路
+
–
Uo' RL+C
IO
UO
+
–
+
–
u2
IR R
DZ
Iz
限流电阻
稳压电路
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6.3.1 稳压管稳压电路
2,工作原理
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
Uo'?? UZ ?
设负载 RL一定,Uo'变化
UO 基本不变 ? IRR ?
? IZ ? ? IR ?
?
1,电路
+
–
Uo' RL+C
IO
UO
+
–
+
–
u
IR R
DZ
Iz
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ZMo m i n
O
'
o m a x II
R
UU ???
3,参数的选择
(1) UZ = UO
(2) Uo' = (2 ~ 3) UO
(3)
R
II
UU
o m i nZM
Oo ?
?
?' m a x
o m a xZ
Oo
II
UU
?
?? ' m in
为保证稳压管安全工作
Zo m a x
Oo II
R
UU ???' m i n
为保证稳压管正常工作
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。
+
–
Uo' RL+C
IO
UO
+
–
+
–
u
IR R
DZ
Iz
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一、基本概念
电流、电压、电动势、电位、参考点、电功率、电
能、实际方向,参考方向(正方向),电压源、电
流源
第一章 总结
二、基本定律
1,欧姆定律(无源电路、有源电路)
2,基尔霍夫定律( KCL,KVL)
三、分析方法
1、支路电流法(列 KCL,KVL方程)
2、节点电压法(支路多、节点少)
3,叠加原理
4、等效电源定理( 戴维南,诺顿)
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例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
US
R0
+
_
R3
a
b
I3
a
b
注意:“等效”是指对端口外等效
即 用等效电源替代原来的二端网络后,待求
支路的电压、电流不变。
有源二端网络 等效电源
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解,(1) 断开待求支路求等效电源的 源电压 US
例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
a
b
A
RR
UUI 5.0
22
24
21
21 ?
?
??
?
??
R2
U1
I
U2+–
R1
+
–
a
b
+
U0
–
US = U0= U2 + I R2 = 2 +0.5 ? 2 = 3V
或,US = U0 = U1 – I R1 = 4 –0.5 ? 2 = 3V
I
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解,(2) 求等效电源的内阻 R0
除去所有电源 (理想电压源短路,理想电流源开路)
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
a
b
R2R1
a
b
R0
从 a,b两端 看进去,R1 和 R2 并联
求内阻 R0时,关键要弄清从 a,b两端 看进去时
各电阻之间的串并联关系。
??
?
?? 1
21
21
0 RR
RRR,所以
例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
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解,(3) 画出等效电路求电流 I3
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
a
b
A
RR
UI S 75.0
31
3
30
3 ?????
例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
US
R0
+
_
R3
a
b
I3
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,,???? 36 21 RR一、电路如图所示,已知
求:( 1)用戴维南定理求 ;
3I( 2) A点电位;
( 3)恒压源
SU
和恒流源
SI
的功率,判断它们是电源还是负载,并说明原因。
。,,,AIVURR SS 3912 43 ??????
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3
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,,,,???????? 1236 4321 RRRR
一、已知
求:( 1)用戴维南定理求 ;
3I。,AIVU SS 39 ??
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3 解:
R3
Us0
A
R0 + -
I3
???????? 3136 36// 4210 RRRR
VRI
RR
RUU
SSS 31336
69
4
21
1
0 ?????????
A
RR
UI S 6.0
23
3
30
0
3 ?????
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一、已知
求:( 2) A点电位;
。,AIVU SS 39 ??
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3
,,,,???????? 1236 4321 RRRR
4I
解:
VRIRIU A 8.416.326.04433 ???????
AIII S 6.336.034 ?????
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,,???? 36 21 RR一、电路如图所示,已知
求,( 3)恒压源
SU
和恒流源
SI的功率,判断它们是电源还
是负载,并说明原因。
。,,,AIVURR SS 3912 43 ??????
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3
4I
2I
1I
3
1
312 IR
UIII A ????
A4.16.06 8.4 ???
WUIP SU S 6.1294.12 ????
WRIIUIP SISI SS 8.1016.3344 ??????
解:
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二,电路如右图所示,已知
求,( 1) 用戴维南定理求
( 2) A点电位;
( 3) 恒流源 的功率, 判断它是电源还是负载 。
,1105 AIVUR SS ????,,
SI;I
IS
R
R
R
Us+- I
A
解:
?? 50R
VU S 150 ?
AI 5.1?
VU A 5.2??
WP SI 5.2?
第 6章 整流电路和直流稳压电源
6.2 滤波电路
6.3 简单稳压电路
6.1 单相桥式整流电路
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第 6章 整流电路和直流稳压电源
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
u4 uou3u2u1
交流电源 负载
变压 整流 滤波 稳压
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6.1 单相桥式整流电路
整流电路的作用,
将交流电压转变为脉动的直流电压。
常见的整流电路:
半波、全波和桥式整流
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。
整流原理:
利用二极管的单向导电性
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t ?
uD
O
6.1.1 单相半波整流电路
2,工作原理
u2 正半周,Ua>Ub,
二极管 D导通;
3,工作波形
u2 负半周,Ua< Ub,
二极管 D 截止 。
1,电路结构
–
+ +
–
aTr D
uou2
b
RL
io 动画
u2
?tO
uo
O
t ?
2U2
2U2
2U2?
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4,参数计算
(1) 整流电压平均值 Uo
(2) 整流电流平均值 Io
LL R
U
R
UI 245.0o
o ??
(3) 流过二极管电流平均值 ID
oD II ?
(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM
2D R M 2 UU ?
)t d(t s i nUπ π ??2ο 221 ?? 2U0,4 5?oU
–
+ +
–
aTr D
uou2
b
RL
io uo
O
t ?
2U2
t ?
uD
O
2U2?
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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, URM ?
22U
–
+ +
–
aTr D
uou2
b
RL
io uo
O
t ?
2U2
t ?
uD
O
2U2?
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6.1.2 单相桥式整流电路
2,工作原理
u2 正半周,Ua>Ub,
二极管 D1,D3 导通,
D2,D4 截止 。
3,工作波形
uD2
uD4
1,电路结构
?
- uo
uD ?t
?t
RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
?
-
动画
u2
t ?
2U2
2U2
2U2?
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6.1.2 单相桥式整流电路
2,工作原理
u2 负半周,Ua<Ub,
二极管 D2,D4 导通,
D1,D3截止 。
?3,工作波形
uD2
uD4
1,电路结构
?
- uo
uD ?t
?t
RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
?
-
动画
u2
t ?
2U2
2U2
2U2? uD1
uD3
下一页返回 上一页
RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
uD2
uD4
uo
uD ?t
?t
2U2
2U2? uD1
uD3
4,参数计算
(1) 整流电压平均值 Uo
(2) 整流电流平均值 Io
)t d(t s i nUπ π ??2ο 21 ?? 2U0.9?oU
LL R
U
R
UI 29.0o
o ??
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RLu2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
– uD2
uD4
uo
uD ?t
?t
2U2
2U2? uD1
uD3
4,参数计算
(3) 流过每管电流平均值 ID
(4) 每管承受的最高反向电压 UDRM
2oD
II ?
2D R M 2 UU ?
(5) 整流二极管的选择, 同半波整流
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例 2,试分析图示桥式整流电路中的二极管 D
2 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+_~ u2
+
_ 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=u2;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。
t?
uo
u
π 2π 3π 4π
t?
π 2π 3π 4π
o
o
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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。
uo+_~ u2
+
_ RL
D2
D4
D1
D3
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6.2 滤波电路
小功率直流稳压电源的组成
u4u3u2u1
交流电源 负载
变压 整流 滤波 稳压
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6.2.1 电容滤波器
1,电路结构
2,工作原理
u2 >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 2<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 。
= uC
3,工作波形
二极管承受的最高反向电压为 。222 UU D R M ?
动画
RL
u2
io
uo
1
23
4a
b
+
–
+
–
+
C
ic
i
uo
2U2
2U2
u2
?tO
?tO
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4,电容滤波电路的特点
(1) 二极管的导通角减小。
uo
2U2
2U2
u2
?t
O
?tO
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25)(3L
TCRτ ???一般取 (T — 电源电压的周期 )
(2) 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。
近似估算取,Uo = 1,2 U2 ( 桥式、全波)
Uo = 1,0 U 2( 半波)
当负载 RL 开路时,UO?
22U
为了得到比较平直的输出电压
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(3) 外特性曲线
有电容 滤波1.4U2
无电容滤波
0.9U2
Uo
o IO
结论 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。
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6.3 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
u4 uou3u2u1
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6.3 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。
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6.3.1 稳压管稳压电路
2,工作原理
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
RL?(IO?)? IR ?
设 Uo'一定,负载 RL变化
UO 基本不变 ? IR (IRR) 基本不变
? UO (UZ ) ?? IZ?
?
1,电路
+
–
Uo' RL+C
IO
UO
+
–
+
–
u2
IR R
DZ
Iz
限流电阻
稳压电路
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6.3.1 稳压管稳压电路
2,工作原理
UO = UZ IR = IO + IZ U
I
UZ
Uo'?? UZ ?
设负载 RL一定,Uo'变化
UO 基本不变 ? IRR ?
? IZ ? ? IR ?
?
1,电路
+
–
Uo' RL+C
IO
UO
+
–
+
–
u
IR R
DZ
Iz
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ZMo m i n
O
'
o m a x II
R
UU ???
3,参数的选择
(1) UZ = UO
(2) Uo' = (2 ~ 3) UO
(3)
R
II
UU
o m i nZM
Oo ?
?
?' m a x
o m a xZ
Oo
II
UU
?
?? ' m in
为保证稳压管安全工作
Zo m a x
Oo II
R
UU ???' m i n
为保证稳压管正常工作
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。
+
–
Uo' RL+C
IO
UO
+
–
+
–
u
IR R
DZ
Iz
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一、基本概念
电流、电压、电动势、电位、参考点、电功率、电
能、实际方向,参考方向(正方向),电压源、电
流源
第一章 总结
二、基本定律
1,欧姆定律(无源电路、有源电路)
2,基尔霍夫定律( KCL,KVL)
三、分析方法
1、支路电流法(列 KCL,KVL方程)
2、节点电压法(支路多、节点少)
3,叠加原理
4、等效电源定理( 戴维南,诺顿)
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例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
US
R0
+
_
R3
a
b
I3
a
b
注意:“等效”是指对端口外等效
即 用等效电源替代原来的二端网络后,待求
支路的电压、电流不变。
有源二端网络 等效电源
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解,(1) 断开待求支路求等效电源的 源电压 US
例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
a
b
A
RR
UUI 5.0
22
24
21
21 ?
?
??
?
??
R2
U1
I
U2+–
R1
+
–
a
b
+
U0
–
US = U0= U2 + I R2 = 2 +0.5 ? 2 = 3V
或,US = U0 = U1 – I R1 = 4 –0.5 ? 2 = 3V
I
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解,(2) 求等效电源的内阻 R0
除去所有电源 (理想电压源短路,理想电流源开路)
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
a
b
R2R1
a
b
R0
从 a,b两端 看进去,R1 和 R2 并联
求内阻 R0时,关键要弄清从 a,b两端 看进去时
各电阻之间的串并联关系。
??
?
?? 1
21
21
0 RR
RRR,所以
例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
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解,(3) 画出等效电路求电流 I3
U1
I1
U2
I2 R2 I3
R3
+
–
R1
+
–
a
b
A
RR
UI S 75.0
31
3
30
3 ?????
例 1,电路如图,已知 U1=4V,U2=2V,R1=R2=2?,
R3=3 ?,试用戴维南定理求电流 I3。
US
R0
+
_
R3
a
b
I3
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,,???? 36 21 RR一、电路如图所示,已知
求:( 1)用戴维南定理求 ;
3I( 2) A点电位;
( 3)恒压源
SU
和恒流源
SI
的功率,判断它们是电源还是负载,并说明原因。
。,,,AIVURR SS 3912 43 ??????
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3
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,,,,???????? 1236 4321 RRRR
一、已知
求:( 1)用戴维南定理求 ;
3I。,AIVU SS 39 ??
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3 解:
R3
Us0
A
R0 + -
I3
???????? 3136 36// 4210 RRRR
VRI
RR
RUU
SSS 31336
69
4
21
1
0 ?????????
A
RR
UI S 6.0
23
3
30
0
3 ?????
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一、已知
求:( 2) A点电位;
。,AIVU SS 39 ??
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3
,,,,???????? 1236 4321 RRRR
4I
解:
VRIRIU A 8.416.326.04433 ???????
AIII S 6.336.034 ?????
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,,???? 36 21 RR一、电路如图所示,已知
求,( 3)恒压源
SU
和恒流源
SI的功率,判断它们是电源还
是负载,并说明原因。
。,,,AIVURR SS 3912 43 ??????
IS
R3
Us
R1
A
R2
R4+
-
I3
4I
2I
1I
3
1
312 IR
UIII A ????
A4.16.06 8.4 ???
WUIP SU S 6.1294.12 ????
WRIIUIP SISI SS 8.1016.3344 ??????
解:
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二,电路如右图所示,已知
求,( 1) 用戴维南定理求
( 2) A点电位;
( 3) 恒流源 的功率, 判断它是电源还是负载 。
,1105 AIVUR SS ????,,
SI;I
IS
R
R
R
Us+- I
A
解:
?? 50R
VU S 150 ?
AI 5.1?
VU A 5.2??
WP SI 5.2?