整流滤波电路及相关知识.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流整流滤波电路及相关知识.精品文档.整流滤波电路及相关知识-汪（整理）无线电小组的同学们完成了整流滤波电路（图 1 ）的制作，经过测试，给半导体收音机供电，效果很不错。接着，老师对大家提出的问题进行了答疑，并与同学们一起展开了讨论。(有负载情况下讨论的) 学生：“整流”是利用二极管的单方向导电特性，把方向来回变化的交流电变换成单一方向的直流电，如果就用一只二极管，能不能构成整流电路呢？ 老师：用一只二极管可以组成最简单的整流电路，见图 2 。大家知道，我们日常所用的交流电，是由电力网供给的 220V 、 50Hz 的正弦波交流电，用 U1 表示

2、，为了适应负载需要的低电压，就要利用电源变压器 T 把 U1 变换成 U2 。在 U2 的正半周，变压器副边 A 端为正、 B 端为负，二极管 VD 承受正向电压而导通，负载 R L 两端得到了 U2 的正半周；当 U2 变为负半周时，变压器副边 A 端为负、 B 端为正，二极管 VD 承受反向电压而截止，负载 R L 上没有电流，电压也等于零。这种整流电路只利用了交流电波形的一半，另一半白白地“浪费”了，所以称它为“半波整流”。 学生：这么说负载两端的电压 U L 等于交流电压 U2 的一半了？ 老师：半波整流电路中 U L 和 U2 的关系需要给大家讲清楚。大家已经注意到，负载两端的电压

3、U L 不是平滑的直流电压，它的大小时时刻刻在变化着，我们管它叫“脉动直流电压”。用万用表的直流电压挡可以测出 U L 的大小，叫做脉动直流电压的平均值。根据理论分析，半波整流电路负载上脉动直流电压的平均值 U L ，在数值上等于变压器副边交流电压 U2 的 45 ，也就是 U L =0.45U2 。半波整流电路整流效率很低，输出电压脉动度很大，在电源电路中很少应用。 学生：今天制作的用 4 只二极管组成的整流电路，我们还是看不明白，您能讲讲它的工作原理吗？ 老师：好。大家看示教板（图 1 ）。当交流电压 U2 出现正半周时， A 端为正、 B 端为负，也就是 A 端为高电位， B 端为低电位

4、，电流总是从高电位点流向低电位点的，所以我们以 A 端出发，到 1 点时，有 VD 1 、 VD4 两条支路，由于 VD4 的阴极连着高电位的 A 端，所以 VD4 截止， VD1 导通，电流通过 VD1 到了 2 点，电流不可能由 VD2 的阴极流向阳极，所以 VD2 不通，若不考虑电容 C 的存在，则电流只能流向负载 R L ，经 R L 流到 4 点，并通过 VD3 流向 B 端。 学生：老师，在 4 点连接着 VD3 、 VD4 两个二极管的阳极，这两个二极管不是都能导通吗？ 老师：问题提得好。同学们一定要记住，分析电路要抓住电路中最高电位点和最低电位点，这样才能找出正确的电流流通路径

5、。这里， A 端电位最高， B 端电位最低，所以电流不可能由 4 点经过 VD4 流向高电位的 A 端， VD4 是处于截止状态的，正如同河水不可能从下游向上游流动一样。大家明白了吗？同学：明白啦！ 老师：现在你给大家分析一下 U2 负半周时电流的流通情况。 同学：交流电压 U2 为负半周时，应该是 B 端为最高电位点， A 端为最低电位点。电流从 B 端出发，在 3 点处 VD2 导通、 VD3 截止，电流通过 VD2 到了 2 点，因为 VD1 截止，电流只能流向负载 R L ，经过 R L 流到 4 点，在 4 点 VD3 截止、 VD4 导通，电流经过 VD4 流回最低电位点 A 端。

6、 老师：你分析得很正确。为了使大家看得更清楚，我们把处于导通状态的二极管近似看成接通的开关，把处于截止状态的二极管近似看成断开的开关，画出图来（图 3 ），电流在 U2 正半周和负半周的流通路径也就一目了然了。从电路图上大家可以看到， U2 的正半周和负半周期间都有电流流过负载，而且它们的方向都是从 C 端流向 D 端，这不就把方向交替变化的交流电更换成单一方向的直流电了吗！由于这种整流电路把交流电的正、负两个半周全部利用了起来，所以管它叫“全波整流电路”。1整流电路（利用二极管的单向导电性）全波整流电路的输出，与桥式整流电路的输出相同。输出平均电压为：（带负载没有滤波电容） 半波整流：UL=

7、0.45U2 全波整流：UL=0.9U2 桥式整流：UL=0.9U2 2滤波电路（输出平均电压） 电容滤波（桥式整流）： UL=1.2U2 电感滤波： UL=0.9U2同学：全波整流电路的输出电压 U2 是不是等于半波整流输出电压的一倍呢？ 老师：对。全波整流电路负载上脉动直流电压的平均值 U L ，在数值上等于交流电压 U2 的 90 ，就是 U L =0.9U2 ，比半波整流提高了一倍，电压的脉动度也大大减小了。 同学：为什么整流电路的输出端需要并联一个电容器呢？ 老师：大家知道，整流电路输出的是脉动直流电压，假如直接用它给半导体收音机供电，扬声器里放出的是“嗡、嗡”的交流声，把有用的电信

8、号全给淹没了。在整流电路输出端并联一个电容器 C （图 1 ），可以对脉动直流电压起到一种平滑作用，所以称它为“平滑滤波器”。 同学：您能给我们详细讲讲电容滤波电路的工作原理吗？ 老师：好的。我先问问你们，电容器在电路中的主要作用是什么呢？ 同学：充电和放电。 老师：对。平滑滤波也是利用电容器的充电作用和放电作用。需要注意的是，电容器两端的电压由低变高时，电容器进行充电；电容器两端的电压由高变低时，电容器进行放电。现在我们以半波整流电路（图 4a ）为例，说明电容滤波的工作原理。画出脉动直流电压 U L 的波形图（图 4 b ）。在 U2 正半周时，二极管 VD 导通，流过二极管的电流有一部分

9、流入负载 R L ，另一部分对电容器 C 充电，由于充电回路电阻很小，电容器两端的电压 Uc 差不多跟随 U2 同时到达最大值，此后 U2 以最大值向零值减小，出现了 U2 小于 Uc 的情况，二极管 VD 承受反向电压而截止，于是电容器 C 通过负载 R L 放电。一般 R L 取用的工作电流很小，所以电容器放电十分缓慢， Uc 的减小也十分缓慢。由于 U L =U C ，负载上的电压变化也就十分缓慢。在 U2 负半周期间， VD 依然截止，电容器的放电电流继续流过负载，因此输出电压不再是零。下一个周期到来， U2 又由零值向最大值上升，当 U2 大于 U C 时， VD 导通，电容器又被充

10、电到 U2 的最大值。如此周而复始，负载上的电压就会变得比较平滑，就像图上粗线条所示的波形一样。 同学：我的理解是，滤波电容器如同一个水库，在雨季水多时蓄满水，等到少雨干旱时节再向河渠中放水，保持河渠水流持续不断，您说这个比喻正确吗？ 老师：很好，你的想像力很丰富。这个比喻可以帮助初学者大体上认识电容滤波器的作用。 同学：那么滤波电容器的电容量是不是越大越好呢？：直流电源配用的滤波电容器都是电容量比较大的电解电容器。电容量越大，平滑滤波的效果越好。值得注意的是，电容器的充电电流都是流过二极管的，电容量越大，起始充电电流也越大，这个起始充电电流比流过二极管的正常工作电流要大许多倍，人们称它为“浪

11、涌电流”。如果浪涌电流超过二极管所能耐受的最大瞬时电流值，就可能烧坏二极管。同学：滤波电容器的电容量选多大比较合适呢？老师：滤波电容器电容量的大小主要根据负载电流大小来选择，可以通过计算求得合适的电容量。如果负载电流不大，可以按照这样的范围（见附表）来选择，请大家记下来。 同学：从波形图（图 4 ）来看，加上滤波电容器，负载上的直流电压好像提高了。 老师：是啊！靠着电容器的平滑作用，使电压波动大大减小了，相应地脉动直流电压的平均值也就显著提高了。 同学：怎么估算整流滤波电路的输出电压呢？ 老师：对半波整流电路来说，接入了滤波电容器后，空载时输出直流电压 U L 与交流电压 U2 近似相等（ U

12、 L U2 ）；对全波整流电路，接上滤波电容器后，空载时 U L 可以上升到等于 U2 的 1.2 倍左右（ U L 1.2U2 ）。由此可见，电容滤波电路不仅使输出电压变得平滑，还提高了输出电压呢。补充知识：输入（交流）用有效值或最大值表示； 输出（交直流）用平均值表示；整流管正向电流用平均值；整流管反向电压用最大值, 这里U2为变压器次级电压的有效值为5V，例如我们日常生活中的市电220V，50Hz就是有效值。交流电流表与电压表指示的数值，是反映交变量的【C 】 A 最大值 B 平均值 C 有效值名 称VL(空载)VL(带载)二极管反向最大电压每管平均电流半波整流电容滤波IL全波整流电容滤

13、波1.2V2*0.5IL桥式整流电容滤波1.2V2*0.5IL桥式整流电感滤波0.9V20.5IL最大值：交流电是振荡电流，其电流大部分服从正弦变化，该正弦函数最大值即为该交流电流最大值；有效值：与该交流电具有相同热功率的直流电的数值称为该交流电流有效值；交流电的有效值是根据电流的热效应来规定的，如果让交流电和直流电通过同样阻值的电阻，如果它们在同一时间内产生的热量相等，这一交流电电流的有效值就与这个直流电的电流数值相等由此可知，交流电流的有效值等于电流瞬时值的平方在一周期内平均值的平方根，因此有效值又称为均根值有效值是反映电压的做功能力，对纯阻性的负载做功产生的热量与一个直流电源相同。瞬时值

14、是电压随时间时时变化的数值，它是一个及时量，和时间是一一对应。最大值，是在一段规定的时间内的电压最大的瞬时值那个点，有效值一般用热功率来计算。表示的是在单位时间内，该交流电所生成的热量，相当于多少V直流电生成的热量，例如：家用交流电压最大值为311V 而它所生成的热量相当于220V直流电生成的热量，所以人们常说其为220V实际上是有效值平均值：指在一个周期内交流电的绝对值的平均值无论电流是否服从正弦变化，电流平均值都可用计算一段时间内总热功率的公式给出。最大值：Umax，Imax 最小值：Umin，Imin有效值：Urms，Irms峰值：Up，Ip交流电压的有效值，最大值，平均值它们之间的换算

15、关系是：最大值与最小值绝对值相等,一般不予区分,实时值就是瞬时值,正弦波形中可能的任何一点,求它得把正弦波的三要素即最大值/初相位/角频率代入到正弦函数公式中可求出某一时刻的数值了.半桥与全桥整流都有如下4种状态，半桥的结构简单，全桥的带载能力强：1：如果没有滤波:全桥状态输出有效电压约等于输入电压减去1.4伏特（两只二极管压降），半桥为输入电压的一半减0.7伏特（一只二极管的压降）输出为脉动直流。2：如果用电感滤波，那么也约等于输入电压的一半减0.7伏特（全桥状态约等于输入电压减1.4伏特），输出为较平滑纯直流电压，带载能力较强，成本较高。3：如果有滤波电容，那么等于输入电压的峰值，也就是输入电压的根2倍即，也就是输入电压的1.414倍（同样全桥减1.4，半桥减0.7），也是输出较平滑纯直流电压，但纯度较好，成本较低。4：如果有电容、电感组合滤波，那么同样输出为输入电压的1.414倍（同样全桥减1.4，半桥减0.7管压降），但是兼具2、3项的优点，输出电流更纯净，同时带载能力更强。 稳压电路 稳压管稳压电路：UO=UZ 串联式稳压电路： （1）电路结构及工作原理（四个组成部分、稳压过程） （2）输出电压调节范围集成稳压器 三端固定式集成稳压器（W7800、W7900）及其使用 三端可调式集成稳压器开关式稳压器