最全的整流電路原理

在現(xiàn)代共農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，廣泛地使用著交流電。主要原因是與直流電相比，交流電在產(chǎn)生、輸送和使用方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和重大的經(jīng)濟(jì)意義。例如在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，采用較高的電壓可以減少線路上的損失。對于用戶來說，采用較低的電壓既安全又可降低電器設(shè)備的絕緣要求。這種電壓的升高和降低，在交流供電系統(tǒng)中可以很方便而又經(jīng)濟(jì)地由變壓器來實(shí)現(xiàn)。此外，異步電動(dòng)機(jī)比起直流電動(dòng)機(jī)來，具有構(gòu)造簡單、價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)。在一些非用直流電不可的場合，如工業(yè)上的電解和電鍍等，也可利用整流設(shè)備，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。交流電的電壓（或電流）隨時(shí)間作周期性變化。實(shí)際上，所謂交流電包括各種各樣的波形，如正弦波、方波、鋸齒波等。本實(shí)驗(yàn)中，我們主要討論正弦交流電。其原因在于，正弦交流電在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，它在生產(chǎn)、輸送和應(yīng)用上比起直流電來有不少優(yōu)點(diǎn)，而且正弦交流電變化平滑且不易產(chǎn)生高次諧波，這有利于保護(hù)電器設(shè)備的絕緣性能和減少電器設(shè)備運(yùn)行中的能量損耗。另外各種非正弦交流電都可由不同頻率的正弦交流電疊加而成（用傅里葉分析法），因此可用正弦交流電的分析方法來分析非正弦交流電。本實(shí)驗(yàn)的目的是掌握交流電路的基本特性及交流電各參數(shù)的測量方法。了解整流濾波電路的基本工作原理。實(shí)驗(yàn)原理交流電路正弦交流電的表達(dá)式如下，其曲線如圖6.2.1-1所示。=片￡111(曲=片￡111(曲+例)盤?)=Up亂□〔曲+例)(1)u{l)玳”或訓(xùn)圖6.2.1-1正弦交流電電壓和電流曲線由此可見，正弦交流電的特征表現(xiàn)在整弦交流電的大小、變化快慢及初始值三方面。而它們分別由幅值（或有效值）、頻率（或周期）和初相位來確定。所以幅值、頻率、初相位被稱為正弦交流電的三要素。

?幅值、平均值和有效值-幅值峰值或最大值，記為峰點(diǎn)電位之差稱為“峰-峰值”，記為和。顯然峰值或最大值，記為峰點(diǎn)電位之差稱為“峰-峰值”，記為和。顯然Up_p=2UUp_p=2UpJp_p=2Ip-平均值、分別表示隨時(shí)間變化的交流電流和交流電壓，則它們的平均值分別為(2)(2)這里是周期，平均值實(shí)際上就是交流信號中直流分量的大小，所以圖6.2.1-1所示的正弦這里交流電的平均值為0。-有效值在實(shí)際應(yīng)用中，交流電路中的電流或電壓往往是用有效值而不是用幅值來表示。許多交流電流或電壓測量設(shè)備的讀數(shù)均為有效值。有效值采用如下定義：(3)(3)義。也仍為同頻率的正弦交流電。這在技術(shù)上具有十分重要的意義。也仍為同頻率的正弦交流電。這在技術(shù)上具有十分重要的意周期與頻率03正弦交流電通常用周期或頻率來表示交變的快慢，也常常用角頻率回來表示，這三者之間的03關(guān)系是(4)需要指出的是：同頻率正弦交流電的和或差均為同一頻率的正弦交流電。此外，正弦交流電對于?初相位交流電時(shí)的相位稱為交流電的初相位。它反映了正弦交流電的初始值。交流電時(shí)的相位稱為交流電的初相位。它反映了正弦交流電的初始值?！稣骱蜑V波整流電路的作用是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，嚴(yán)格地講是單方向大脈動(dòng)直流電，而濾波電路的作用是把大脈動(dòng)直流電處理成平滑的脈動(dòng)小的直流電。?整流原理利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?shí)現(xiàn)整流。-半波整流圖621-2中D是二極管，矚是負(fù)載電阻。若輸入交流電為00E)叩圖6.2.1-2半波整流電路及其波形圖則整流后輸出電壓為（一個(gè)周期內(nèi)）00E)叩圖6.2.1-2半波整流電路及其波形圖則整流后輸出電壓為（一個(gè)周期內(nèi)）0< <x(6)<(nt<2^;(6)其相應(yīng)的平均值（即直流平均值，又稱直流分量）(7)(7)-全波橋式整流前述半波整流只利用了交流電半個(gè)周期的正弦信號。為了提高整流濾波效率，使交流電的正

負(fù)半周信號都被利用，則應(yīng)采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例，其電路和相應(yīng)的波形如圖6.2.1-3所示。若輸入交流電仍為若輸入交流電仍為(8)礙sinat(8)則經(jīng)橋式整流后的輸出電壓為（一個(gè)周期）問sin（Di問sin（Di.一片翻狹0乞曲乞用<mt<2^(9)其相應(yīng)直流平均值為(10)(10)由此可見，橋式整流后的直流電壓脈動(dòng)大大減少，平均電壓比半波整流提高了一倍（忽略整流內(nèi)阻時(shí)）。濾波電路經(jīng)過整流后的電壓（電流）仍然是有“脈動(dòng)”的直流電，為了減少波動(dòng)，通常要加濾波器，常用的濾波電路有電容、電感濾波等?，F(xiàn)介紹最簡單的濾波電路。-電容濾波電路時(shí)刻電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動(dòng)的直流電變成平穩(wěn)的直流電。我們已經(jīng)知道電容時(shí)刻器的充、放電原理。圖6.2.1-4所示為電容濾波器在帶負(fù)載電阻后的工作情況。設(shè)在接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不記，在達(dá)到峰值為此

接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不記，在達(dá)到峰值為此I緩慢下降，一直直到。在這以后，二極管D又截止,I又按上述規(guī)律下降，如此周而復(fù)始，形成了周期后以正弦規(guī)律下降直到時(shí)刻，二極管D不再導(dǎo)電，電容開始放電,到下一個(gè)周期。電壓上升到和相等時(shí)，即I緩慢下降，一直直到。在這以后，二極管D又截止,I又按上述規(guī)律下降，如此周而復(fù)始，形成了周期性的電容器充電放電過程。在這個(gè)過程中，二極管D并不是在整個(gè)半周內(nèi)都導(dǎo)通的，從圖上可以看到二極管D只在到段內(nèi)導(dǎo)通并向電容器充電。由于電容器的電壓不能突變，故在這一小段時(shí)間內(nèi)，它可以被看成是一個(gè)反電動(dòng)勢（類似蓄電池）。由電容兩端的電壓不能突變的特點(diǎn)，達(dá)到輸出波形趨于平滑的目的。經(jīng)濾波后輸出的波形如圖6.2.1-5所示。（a）忽略內(nèi)阻時(shí)的波形 （b）考慮內(nèi)覘時(shí)的波形圖6.2.1-5全波整流電容濾波電路的輸出波形型濾波型濾波前述電容濾波的輸出波形脈動(dòng)系統(tǒng)仍較大，尤其是負(fù)載電阻喝較小時(shí)。除非將電容容量增加（實(shí)際應(yīng)用時(shí)難于實(shí)現(xiàn)）。在這種情況下，要想減少脈動(dòng)可利用多級濾波方法，此時(shí)再加一級RC低通濾波電路，如圖621-6所時(shí)，這種電路也稱I型IRCI濾波電路。由圖可見，RC濾波是在電容之后又加了一級濾波，使得輸出電壓更平滑（但輸出電壓平均值要減少）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容■測量交流電壓（或電流）選擇信號發(fā)生器（XD-8）的頻率為500Hz，測出信號發(fā)生器15V擋從1V-15V的輸出電壓。用數(shù)字多用表測量電壓的有效值，計(jì)算峰-峰值。用示波器觀察及測量其電壓峰峰值，計(jì)算有效值，畫出波形圖。在坐標(biāo)紙上畫出上面兩組數(shù)據(jù)曲線（示波器讀數(shù)作x軸坐標(biāo)，數(shù)字多用表讀數(shù)作y作軸坐標(biāo)），計(jì)算相對誤差?！稣鞑ㄐ蔚臏y量，實(shí)驗(yàn)電路如圖6.2.1-7所示用數(shù)字多用表分別測量半波整流和全波整流的輸入電壓I、輸出電壓I，計(jì)算平均值I用示波器觀察半波整流和全波整流的輸入信號I和輸出信號，分別畫出用示波器測量半波整流和全波整流的輸入信號和輸出信號I，計(jì)算平均值I、有效值■濾波電路，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出電壓，使，測，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出電壓，使實(shí)驗(yàn)電路圖按圖6.2.1-4接線，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出電壓，使，測，調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出電壓，使不加濾波電容，測，測加濾波電容，測，測實(shí)驗(yàn)按圖6.2.1-6電路接線。調(diào)節(jié)信號發(fā)生器輸出電壓，使■用示波器觀察兩個(gè)濾波電路的輸入、輸出波形，畫出波形圖?！?測交流電路的頻率響應(yīng)和相位讓圖6.2.1-8所示的兩電路分別通過1kHz、10kHz、100kHz的交流信號，觀察其輸出信號的幅度隨頻率變化的情況，以及輸出信號相位變化的情況。1kQ1kQ1200pF10— L」-r」 ——o O — —―O1kQMi]陽 比 1kGO o o 一— O圖6.2*1-8交流電測試電路■整流器特性如果整流器具有前面所描述的理想特性，那么無論在什么電壓下，整流平均電壓都應(yīng)同交流電壓的幅度成正比。也就是說，直流電壓表上的直流刻度和交流電壓表上的交流刻度將只相差一個(gè)常數(shù)轉(zhuǎn)換因子。但實(shí)際上，常常只是在電壓足夠高時(shí)直流電壓才與交流電壓近似成正比，而在小電壓下，則更接近于與交流電壓的平方成正比。按圖6.2.1-7電路所示，用數(shù)字多用表測、并作直流電壓隨交流電壓變化的曲線。清注意兩者按圖6.2.1-7電路所示，用數(shù)字多用表測、并作直流電壓隨交流電壓變化的曲線。清注意兩者成正比的電壓范圍。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證正弦波交流電的有效值和峰-峰值之間理論上的關(guān)系。通過整流濾波電路若干輸入、輸出電壓參數(shù)的測量，加深對半波整流/濾波、全波整流/濾波電路的工作原理的理解，并就實(shí)驗(yàn)過程中測量的數(shù)值和理論上有所差異的現(xiàn)象，能給出合理的分析。實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)濾波電路的工作原理。思考題峰－峰值為10V的正弦波，它的電壓有效值是多少？在理