整流滤波电路桥式整流滤波电路Word下载.docx

1、 带电感滤波的全波整流电路如图Z0713 所示。滤波元件L串在整流输出与负载RL之间（电感滤波一般不与半波整流搭配）。其滤波原理可用电磁感应原理来解释。当电感中通过交变电流时，电感两端便产生出一反电势阻碍电流的变化：当电流增大时，反电势会阻碍电流的增大，并将一部分能量以磁场能量储存起来；当电流减小时，反电势会阻碍电流的减小，电感释放出储存的能量。这就大大减小了输出电流的变化，使其变得平滑，达到了滤波目的。当忽略L的直流电阻时，RL上的直流电压UL与不加滤波时负载上的电压相同，即UL =0.9U2 GS0718 电感滤波原理，也可以用电感对交、直流分量感抗不同，使直流顺利通过，使交流得受阻的原理

2、来解释。 与电容滤波相比，电感滤波有以下特点： 1电感滤波的外特性和脉动特性好。其外特性和脉动特性如图Z0714 所示。UL随L的增大下降不多，基本上是平坦的（下降是L的直流电阻引起的）；S随L的增大而减小。 2电感滤波电路整流二极管的导通角 =。 3电感滤波输出电压较电容滤波为低。故一般电感滤波适用于输出电压不高，输出电流较大及负载变化较大的场合。 四、电容滤波电路 滤波电路 整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。 一般直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示： 脉动系数（S）GS0712 例

3、如，全波整流输出电压uL可用付氏级数展开为： 其中基波最大值为0.6U2，直流分量（平均值）为0.9 U2，故脉动系数S0.67 。同理可求得半波整流输出电压的脉动系数为S1.57，可见其脉动系数是比较大的。一般电子设备所需直流电源的脉动系数小于0.01，故整流输出的电压必须采取一定的措施，一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电源的输出电压。这一措施就是滤波。 最基本的滤波元件是电感、电容。其滤波原理是：利用这些电抗元件在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用，使输出电压变得比较平滑；或从另一角度来看，电容、电感对

4、交、直流成分反映出来的阻抗不同，把它们合理地安排在电路中，即可达到降低交流成分而保留直流成分的目的，体现出滤波作用。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。其中无源滤波的主要形式有电容滤波，电感滤波和复式滤波（包括倒L型LC滤波，型LC滤波和型RC滤波等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波。 电容滤波 半波整流电容滤波电路如图Z0710所示。其滤波原理如下： 电容C并联于负载 RL的两端，uLuC。在没有并入电容C之前，整流二极管在u2的正半周导通，负半周截止，输出电压uL的波形如图中红线所示。并入电容之后，设在 t=0时接通电源，则当u2由零逐渐增大时，二极管D导通，除有一电流iL流向负

5、载以外还有一电流iC向电容C充电，充电电压uC的极性为上正下负。如忽略二极管的内阻，则uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 达到最大值以后开始下降，此时电容器上的电压uc也将由于放电而逐渐下降。当u2uc时，D因反偏而截止，于是C以一定的时间常数通过RL 按指数规律放电，uc下降。直到下一个正半周，当u2 uc时，D又导通。如此下去，使输出电压的波形如图中蓝线所示。显然比未并电容C前平滑多了。 全波或桥式整流电容滤波的原理与半波整波电容滤波基本相同，滤波波形如图Z0711 所示。 从以上分析可以看出： 1. 加了电容滤波之后，输出电压的直流成分提高了，而脉动成分降低了。这都是由于电容的储能

6、作用造成的。电容在二极管导通时充电（储能），截止时放电（将能量释放给负载），不但使输出电压的平均值增大，而且使其变得比较平滑了。 2电容的放电时间常数（RLC）愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动成分也愈少，即滤波效果愈好。故一般C取值较大，RL也要求较大。实际中常按下式来选取C的值： RLC（35T（半波） GS0714 RLC（35）T2（全波、桥式） GS0715 3电容滤波电路中整流二极管的导电时间缩短了，即导通角小于180。而且，放电时间常数越大，导通角越小。因此，整流二极管流过的是一个很大的冲击电流，对管子的寿命不利，选择二极管时，必须留有较大余量。 4. 电容滤波电路的外特性（指U

7、L与IL之间的关系）和脉动特性（指S与IL 之间的关系）比较差，如图Z0712 所示。可以看出输出电压UL和脉动系数S随着输出电流IL 的变化而变化。当IL0（即RL= ）时，UL = U2（电容充电到最大值后不再放电），S = 0。当IL增大（即RL减小）时，由于电容放电程度加快而使UL下降，UL 的变化范围在 U2 0.9 U2之间（指全波或桥式），S变大。所以，电容滤波一般适用于负载电流变化不大的场合。 5电容滤波电路输出电压的佑算。如果电容滤波电路的放电时间常数按式GS0714或GS0715 取值的话，则输出电压分别为： UL（0.91.0）U2 （半波） GS0716 UL（1.11

8、.2）U2 （全波） GS0717 电容滤波电路结构简单、使用方便、应用较广。 二：整流滤波电路整流滤波电路原理分析 一、整流电路 整流电路的关键问题是利用二极管的单向导电性，将交流电压变换成单相脉动电压。单相整流电路可分半波、全波、桥式、倍压整流等。由于半波整流电路只在电源的半个周期工作，电源利用率低，输出波形脉动较大，且电路简单。 1、全波整流电路 如下图所示，全波整流是由两个单相半波整流电路组成的，变压器的二次线圈的中心抽头把U2分成两个大小相等，方向相反的U21和U22 图1 全波与桥式整流电路 工作原理：在正弦交流电源的正半周，VD1正向导通，VD2反向截至，电流经VD1，负载电阻R

9、L回到变压器中心抽头0点，构成回路，负载得到半波整流电压和电流。 同理，在电源的负半周，VD2导通，VD1截止。电流经VD2，RL流回到变压器中心抽头0点，负载RL又得到半波电压和电流。在负载上得到的电压和电流波形图见图2a。 电路一直重复上述过程，由此可见，全波整流电路的两只二极管VD1，VD2是轮流工作的。 2、桥式整流电路 如上图b）所示，单相桥式整流电路由电源变压器T，整流二极管VD1.VD2.VD3,VD4和负载电阻RL组成。与全波整流电路一样，变压器将电网交流电压变换成整流电路所需的交流电压，设 当电源电压处于U2的正半周时，变压器二次绕组的a端电位高于b端电位，VD1，VD3在正

10、向电压作用下导通，VD2和VD4在反向电压作用下截止，电流从变压器二次绕组的a端出发，经VD1，RL,VD3，由b端返回构成通路。由电流通过负载电阻RL，输出电压Uo=U2。 相同原理可以分析电源电压处于负半周的情况。 在交流电压的整个周期内，整流器件在正负半周内各导通一次，负载电阻始终有电流通过，并且保持为同一方向，得到两个半波电压和电流，如图2b所示。所以桥式整流也是一种全波整流电路 图2 全波与桥式整流电压电流波形图 二、滤波电路 整流电路可以使交流电转换为脉动直流电，这种脉动直流电不仅包含直流分量，还有交流分量。但是需要的是直流分量，因此必须把脉动直流中的交流分量去掉。从阻抗观点看，电

11、感线圈的直流电阻很小，而交流阻抗很大；电容器的直流电阻很大，交流电阻很小。如果组合起来就能很好地滤除交流分量。这种组合就是滤波器。常用的滤波电路有以下几种形式。 1、电容滤波电路 如下图就是电容滤波电路，即在负载两端并联一只电容。利用电容两端电压不能突变的特性，当二级管导通时，一方面给负载供电，另一方面对电容充电。充电到一定程度，电容开始经过负载电阻放电。放电速度较慢，会持续到交流电的负半周，然后再重复上述过程。 输出电压的大小和脉动程度与放电时间常数有关。 桥式整流电容滤波后，输出电压Uo=（1.11.4）U2.。滤波电容选用几十微法以上的电解电容，要注意其耐压值应高于1.4倍U2.。 2、

12、电感滤波电路 如果要求负载电流较大时，输出电压仍较平稳，则采用电感滤波电路。如下图所示。 电感线圈上的直流阻抗很小，所以脉动直流电压中的直流分量很容易通过电感线圈，几乎全部到达负载电阻RL，而电感对交流的阻抗很大，所以脉动电压中的交流分量很难通过电感线圈。由于电感和负载电阻串联，对交流分量可看成一个分压器，如果电感的感抗比负载电阻大很多，那么交流分量将大部分降在电感上，这样就可以将脉动较大的直流输出变为较平稳的直流输出。滤波后的波形见下图。 如果负载电阻一定，电感越大，输出电压波动越小，滤波效果越好。所以电感滤波一般用于负载变动较大，负载平均电流较大的场合。 3、复式滤波器 通过电容滤波或电感

13、滤波，直流输出仍有或多或少的波动。在要求较高的场合，为得到更加平滑的直流，可采用复式滤波器。 1）LC滤波器 电容滤波适用于负载较大的情况，电感滤波适用于负载较小的情况，如果把这两种电路组合起来，就构成了下图中a所示的滤波器，它对于一般负载都可适用。 LC滤波电路中，脉动电压经过双重滤波，使交流分量大部分被电感阻止，即使有小部分通过电感，还要经过电容的滤波作用而使交流旁路。因此负载上的交流分量很小，从而达到滤除交流的目的。 2） 如下图b所示，该滤波器由电容滤波器和LC滤波器组合而成，滤波过程为：交流电流整流后先经电容滤波，然后再经LC滤波，所以该电路性能比LC滤波和电容滤波都要优越，获得的电

14、压更加平滑 3）RC滤波器 如果负载电流不大，为减轻重量、降低成本、缩小体积，可以将上述两个复式滤波器上的电感用一只电阻来代替，组成下图所示两种滤波器。 RC滤波器中，电阻大滤波效果好，但电阻上压降损失也大。一般在小电流场合，电阻通常取值几十到几百欧姆，电容取200到500微法 整流后需加滤波电容，滤波电容的容量根据用电负荷大小选取，通常选几十到几百微法，要写要求较高的直流电源，还需增设集成稳压器进行稳压。 滤波电容容量与负载电路的关系见下图。可根据输出电流选择滤波电容大小。 还要确定电容的耐压值，耐压值过低，会因过电压击穿电容，耐压值过大，会增加体积和成本。可按下式选择电容的耐压值。 三：整

15、流滤波电路交流电及整流滤波电路 实验简介 在现代共农业生产和日常生活中，广泛地使用着交流电。主要原因是与直流电相比，交流电在产生、输送和使用方面具有明显的优点和重大的经济意义。例如在远距离输电时，采用较高的电压可以减少线路上的损失。对于用户来说，采用较低的电压既安全又可降低电器设备的绝缘要求。这种电压的升高和降低，在交流供电系统中可以很方便而又经济地由变压器来实现。此外，异步电动机比起直流电动机来，具有构造简单、价格便宜，运行可靠等优点。在一些非用直流电不可的场合，如工业上的电解和电镀等，也可利用整流设备，将交流电转化为直流电。 交流电的电压（或电流）随时间作周期性变化。实际上，所谓交流电包括

16、各种各样的波形，如正弦波、方波、锯齿波等。本实验中，我们主要讨论正弦交流电。其原因在于，正弦交流电在工业中得到广泛的应用，它在生产、输送和应用上比起直流电来有不少优点，而且正弦交流电变化平滑且不易产生高次谐波，这有利于保护电器设备的绝缘性能和减少电器设备运行中的能量损耗。另外各种非正弦交流电都可由不同频率的正弦交流电叠加而成（用傅里叶分析法），因此可用正弦交流电的分析方法来分析非正弦交流电。 本实验的目的是掌握交流电路的基本特性及交流电各参数的测量方法。了解整流滤波电路的基本工作原理。 实验原理 n 交流电路 正弦交流电的表达式如下，其曲线如图6.2.1-1所示。 （1） 由此可见，正弦交流电

17、的特征表现在整弦交流电的大小、变化快慢及初始值三方面。而它们分别由幅值（或有效值）、频率（或周期）和初相位来确定。所以幅值、频率、初相位被称为正弦交流电的三要素。 l 幅值、平均值和有效值 幅值 峰值或最大值，记为或，峰点电位之差称为“峰-峰值”，记为和。显然 。 平均值 令、分别表示随时间变化的交流电流和交流电压，则它们的平均值分别为 （2） 这里是周期，平均值实际上就是交流信号中直流分量的大小，所以图6.2.1-1所示的正弦交流电的平均值为0。 有效值 在实际应用中，交流电路中的电流或电压往往是用有效值而不是用幅值来表示。许多交流电流或电压测量设备的读数均为有效值。有效值采用如下定义： （

18、3） l 周期与频率 正弦交流电通常用周期或频率来表示交变的快慢，也常常用角频率来表示，这三者之间的关系是 （4） 需要指出的是：同频率正弦交流电的和或差均为同一频率的正弦交流电。此外，正弦交流电对于时间的倒数或积分也仍为同一频率的正弦交流电。这在技术上具有十分重要的意义。 l 初相位 交流电时的相位称为交流电的初相位。它反映了正弦交流电的初始值。 n 整流和滤波 整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。 l 整流原理 利用二极管的单向导电性可实现整流。 半波整流 图6.2.1-2中D是二极管，是负载电阻。

19、若输入交流电为 （5） 则整流后输出电压为（一个周期内） （6） 其相应的平均值（即直流平均值，又称直流分量） （7） 全波桥式整流 前述半波整流只利用了交流电半个周期的正弦信号。为了提高整流滤波效率，使交流电的正负半周信号都被利用，则应采用全波整流，现以全波桥式整流为例，其电路和相应的波形如图6.2.1-3所示。 若输入交流电仍为 （8） 则经桥式整流后的输出电压为（一个周期） （9） 其相应直流平均值为 （10） 由此可见，桥式整流后的直流电压脉动大大减少，平均电压比半波整流提高了一倍（忽略整流内阻时）。 l 滤波电路 经过整流后的电压（电流）仍然是有“脉动”的直流电，为了减少波动，通常要

20、加滤波器，常用的滤波电路有电容、电感滤波等。现介绍最简单的滤波电路。 电容滤波电路 电容滤波器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电。我们已经知道电容器的充、放电原理。图6.2.1-4所示为电容滤波器在带负载电阻后的工作情况。设在时刻接通电源，整流元件的正向电阻很小，可略去不记，在 时，达到峰值为。此后以正弦规律下降直到时刻，二极管D不再导电，电容开始放电，缓慢下降，一直到下一个周期。电压上升到和相等时，即以后，二极管D又开始导通，电容充电，直到。在这以后，二极管D又截止，又按上述规律下降，如此周而复始，形成了周期性的电容器充电放电过程。在这个过程中，二极管D并不是在整个半周内都

21、导通的，从图上可以看到二极管D只在到段内导通并向电容器充电。由于电容器的电压不能突变，故在这一小段时间内，它可以被看成是一个反电动势（类似蓄电池）。 由电容两端的电压不能突变的特点，达到输出波形趋于平滑的目的。经滤波后输出的波形如图6.2.1-5所示。 型滤波 前述电容滤波的输出波形脉动系统仍较大，尤其是负载电阻较小时。除非将电容容量增加（实际应用时难于实现）。在这种情况下，要想减少脉动可利用多级滤波方法，此时再加一级 低通滤波电路，如图6.2.1-6所时，这种电路也称型滤波电路。 由图可见，型滤波是在电容之后又加了一级滤波，使得输出电压更平滑（但输出电压平均值要减少）。 实验内容 n 测量交

22、流电压（或电流） 选择信号发生器（XD-8）的频率为500Hz，测出信号发生器15V挡从1V-15V的输出电压。 l 用数字多用表测量电压的有效值，计算峰-峰值。 l 用示波器观察及测量其电压峰峰值，计算有效值，画出波形图。 在坐标纸上画出上面两组数据曲线（示波器读数作x轴坐标，数字多用表读数作y作轴坐标），计算相对误差。 n 整流波形的测量，实验电路如图6.2.1-7所示 l 用数字多用表分别测量半波整流和全波整流的输入电压、输出电压，计算平均值。 l 用示波器观察半波整流和全波整流的输入信号和输出信号，分别画出、的图形。 l 用示波器测量半波整流和全波整流的输入信号和输出信号，计算平均值、

23、有效值 n 滤波电路 实验电路图按图6.2.1-4接线 l 不加滤波电容，调节信号发生器输出电压，使，测。 l 加滤波电容，调节信号发生器输出电压，使，测。 实验按图6.2.1-6电路接线。调节信号发生器输出电压，使，测。 l 用示波器观察两个滤波电路的输入、输出波形，画出波形图。 n 测交流电路的频率响应和相位 让图6.2.1-8所示的两电路分别通过1kHz、10kHz、100kHz的交流信号，观察其输出信号的幅度随频率变化的情况，以及输出信号相位变化的情况。 n 整流器特性 如果整流器具有前面所描述的理想特性，那么无论在什么电压下，整流平均电压都应同交流电压的幅度成正比。也就是说，直流电压

24、表上的直流刻度和交流电压表上的交流刻度将只相差一个常数转换因子。但实际上，常常只是在电压足够高时直流电压才与交流电压近似成正比，而在小电压下，则更接近于与交流电压的平方成正比。 按图6.2.1-7电路所示，用数字多用表测、，并作直流电压随交流电压变化的曲线。清注意两者成正比的电压范围。 设计性内容 n 自行设计方案将220V 50HZ的电网电压变成脉动较小的6V直流电压。 实验重点 n 用实验的方法验证正弦波交流电的有效值和峰-峰值之间理论上的关系。 n 通过整流滤波电路若干输入、输出电压参数的测量，加深对半波整流/滤波、全波整流/滤波电路的工作原理的理解，并就实验过程中测量的数值和理论上有所差异的现象，能给出合理的分析。 实验难点 n 滤波电路的工作原理。 思考题 n 峰峰值为10 V的正弦波，它的电压有效值是多少？在理论上，正弦交流电的直流成分的值是多少？如果在半波、全波整流的电路的输入端，加载峰?峰值为10V，频率为500Hz的正弦交流电，输出端信号的直流成分的值各是多少？实际测量得到的值，是偏大、还是偏小？为什么？ n 峰-峰值为10V的正弦交流电，经过理想的全波整流和滤波后，即：不计及整流二极管内阻和空载（RL = ）情况下，最后输出端的直流电压最大不超过多少？