整流濾波電路實(shí)驗(yàn)論文

1、整流濾波電路俞瑩2012012754 物理學(xué)四班摘要：在現(xiàn)代工農(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。然而大部分的用電設(shè)備使用的是直流電，因此如何更加有效的將交流電轉(zhuǎn)換成直流電成為不容忽視的問題，電壓的穩(wěn)定與否，與整流、濾波有著很大的關(guān)系，因此要制作一種數(shù)控電源必然少不了對整流、濾波電路的設(shè)計(jì)，本次目的是掌握橋式整流，電容濾波的設(shè)計(jì)方法。了解整流濾波電路的基本工作原理。關(guān)鍵詞：橋式整流電路，電容濾波電路，電路設(shè)計(jì)1 引言電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開穩(wěn)定的電源

2、，除了在某些特定場合下采用太陽能電池或化學(xué)電池作電源外，多數(shù)電路的直流電是由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換來的，能長期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定地工作，給人們生產(chǎn)生活帶來了極大的方便。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源，這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源級數(shù)比較成熟。并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等特點(diǎn)。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器和隔離之用，另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，于是它很難滿足電子設(shè)備發(fā)展的要求。從而促成了高效率、體積小、重量輕的開

3、關(guān)電源的迅速發(fā)展。而開關(guān)電源的穩(wěn)定關(guān)鍵就在于整流、濾波電路的設(shè)計(jì)。2 實(shí)驗(yàn)儀器名稱數(shù)量型號交流電源1臺示波器1臺萬用表1只二極管4只1N4007*4電阻1只50 *1電位器1只電容2只10F*1，470F*1連接導(dǎo)線若干開關(guān)1只一刀雙擲玻璃板1塊接線柱11只3 實(shí)驗(yàn)原理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直流電，而濾波電路的作用是把大脈動直流電處理成平滑的脈動小的直流電。3.1整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?shí)現(xiàn)整流。二極管的單向?qū)щ娦栽恚w二極管為一個(gè)由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-

4、n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流，在電子工程領(lǐng)域這個(gè)反響飽和電流可以被忽略。 3.1.1半波整流下圖D是二極管，RL是負(fù)載電阻。若輸入交流電為則經(jīng)整流后輸出電壓u0(t)為（一個(gè)周期內(nèi)） 其相應(yīng)的平均值（即直流平均值，又稱直流分量） 3.1.2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。為了提高整流效率，使交流電的正負(fù)半周信號都被

5、利用，則應(yīng)采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例來說明，其電路和相應(yīng)的波形如下圖所示。 若輸入交流電仍為 則經(jīng)橋式整流后的輸出電壓u0(t)為（一個(gè)周期） 其相應(yīng)直流平均值為 由此可見，橋式整流后的直流電壓脈動大大減少，平均電壓比半波整流提高了一倍（忽略整流內(nèi)阻時(shí)）。3.2濾波電路3.2.1 RC半波濾波電路在負(fù)載上并聯(lián)一個(gè)電容器，利用電容器充放電時(shí)端電壓不能躍變的特性使直流輸出電壓保持穩(wěn)定。圖中為一個(gè)簡單的整流濾波電路，二極管VD起整流作用，與負(fù)載并聯(lián)的電容C起濾波作用，這個(gè)電容器就是一個(gè)最簡單的濾波器。RC平滑濾波電路是利用電容器的端電壓在電路狀態(tài)改變時(shí)不能躍變的原理實(shí)現(xiàn)濾波的。下面結(jié)合圖來講

6、述RC平滑濾波電路的工作原理。由于二極管的整流作用，未接濾波電容器時(shí)，忽略二極管正向壓降，輸出為半波，如圖(a)圖所示；并聯(lián)濾波電容器以后，由于電容兩端電壓不能躍變，輸出波形如圖(b)所示。改善濾波電容器的性能可獲得直流電。3.2.2 RC全波濾波電路電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動的直流電變成平穩(wěn)的直流電。我們已經(jīng)知道電容器的充、放電原理。圖下所示為電容濾波器在帶負(fù)載電阻后的工作情況。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)濾波后的輸出波形如圖下所示。4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 根據(jù)如下

7、電路圖，安裝電路。2. 檢查電路，確定電路無誤后，接入示波器和電源。3. 先觀察未整流濾波前的圖像，并記錄。4. 接入橋式直流電路，觀察圖像，并記錄。5. 將開關(guān)打到10F電容端，記錄波形，改變負(fù)載電阻，記錄波形。6. 將開關(guān)打到470F電容端，記錄波形，改變負(fù)載電阻，記錄波形。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析5.1制作完成的電路5.2波形數(shù)據(jù)記錄整流濾波前 橋式整流后橋式整流10F電容濾波 負(fù)載電阻較大 橋式整流10F電容濾波 負(fù)載電阻較小橋式整流470F電容濾波 負(fù)載電阻較大橋式整流470F電容濾波 負(fù)載電阻較小 5.3結(jié)果分析從以上情況來看，隨著濾波電容的增大，輸出電壓越平穩(wěn)，但帶來的問題就是對交流側(cè)

8、產(chǎn)生的諧波更明顯，那么如何來減小電流的沖擊呢？在實(shí)際應(yīng)用中"常在直流側(cè)串入電感。隨著負(fù)載電阻的增大，輸出電壓越平穩(wěn)，因?yàn)椴煌柚档呢?fù)載使得電容放電時(shí)的電流不同，導(dǎo)致電容放電時(shí)的電壓減少量就不同，所以就造成有不同的紋波電壓。5.4實(shí)驗(yàn)應(yīng)用濾波電容，具有隔直流，通交流的作用，即濾波作用，把整流后的電壓中多次諧波濾除，輸出純凈的直流電壓。因此電容的設(shè)計(jì)選擇，直接關(guān)系到濾波電路輸出直流電壓的質(zhì)量。想要設(shè)計(jì)出對生產(chǎn)應(yīng)用有效的整流濾波電路，電容的設(shè)計(jì)與選取需要另外展開深入的討論和研究，這又是另一個(gè)研究方向。目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中所采用的開關(guān)電源，都使用單相橋式整流濾波電路來獲得平穩(wěn)的電壓，但它卻給電源帶來諧波，并且在增加濾波電容來改變?yōu)V波效果的同時(shí)，對交流側(cè)產(chǎn)生的諧波卻更明顯，所以在設(shè)計(jì)整流濾波電路時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮。在實(shí)際應(yīng)用中，為了減小電流的沖擊，可在直流側(cè)串入電感。也可對RLC直流穩(wěn)壓電路，以及電感的選擇，繼續(xù)深入探究。6 結(jié)論1、電阻越大，輸出波形的交流成分越少，即輸出電壓越平穩(wěn)；2、電容越大，輸出波形的交流