交流電及整流濾波電路

1、實驗題目： 交流電及整流濾波電路實驗的目：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。實驗器材：數(shù)字萬用表 、示波器 、信號發(fā)生器 、電容 、電阻實驗原理：1 交流電路正弦交流電的表達式如下，其曲線如圖6.2.1-1所示。 （2）由此可見，正弦交流電的特性表現(xiàn)在正弦交流電的大小、變化快慢及初始值方面。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、頻率和初相位被稱為正弦交流電的三要素。（1） 幅值、頻率值和有效值1） 幅值峰值或最大值，記為UP或IP，峰點電位之差稱為“峰-峰值”，記為UP-P和IP-P。顯然。2） 平均值令i(t)、

2、u(t)分別表示時間變化的交流電流和交流電壓，則它們的平均值分別為 （2）這里T是周期，平均值實際上就是交流信號中直流分量的大小，所以圖6.2.1-1所示的正弦交流電的平均值為0。3） 有效值在實際應用中，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備的讀數(shù)均為有效值。有效值采用如下定義： （3）（2） 周期與頻率正弦交流電通常用周期（T）或頻率（f）來表示交變的快慢，也常常用角頻率（）來表示，這三者之間的關系是 （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，正弦交流電對于時間的導數(shù)（）或積分（）也仍為同一頻率的正弦交流電。這在

3、技術(shù)上具有十分重要的意義。（3） 初相位交流電t=0時的相位（）稱為交流電的初相位。它反映了正弦交流電的初始值。2 整流和濾波整流電路的作用是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，嚴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。（1） 整流原理利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪崿F(xiàn)整流。1） 半波整流圖6.2.1-2中D是二極管，RL是負載電阻。若輸入交流電為 （5）則經(jīng)整流后輸出電壓u0(t)為（一個周期內(nèi)） u0(t)= 0 （6）其相應的平均值（即直流平均值，又稱直流分量） （7）2） 全波橋式整流前述半波整流只利用了交流電半個周期的正弦信號。為了提高整流效率，使交流電的

4、正負半周信號都被利用，則應采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例，其電路和相應的波形如圖6.2.1-3所示。若輸入交流電仍為 （8）則經(jīng)橋式整流后的輸出電壓u0(t)為（一個周期） （9）其相應直流平均值為 （10）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）。（2） 濾波電路經(jīng)過整流后的電壓（電流）仍然是有“脈動”的直流電，為了減少被波動，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。1） 電容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6.2.1-4所示為電

5、容濾波器在帶負載電阻后的工作情況。設在t0時刻接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不計，在t=t1時，UC達到峰值為。此后Ui以正弦規(guī)律下降直到t2時刻，二極管D不再導電，電容開始放電，UC緩慢下降，一直到下一個周期。電壓Ui上升到和UC相等時，即t3以后，二極管D又開始導通，電容充電，直到t4。在這以后，二極管D又截止，UC又按上述規(guī)律下降，如此周而復始，形成了周期性的電容器充電放電過程。在這個過程中，二極管D并不是在整個半周內(nèi)都導通的，從圖上可以看到二極管D只在t3到t4段內(nèi)導通并向電容器充電。由于電容器的電壓不能突變，故在這一小段時間內(nèi)，它可以被看成是一個反電動勢（類似蓄電池）。由電

6、容兩端的電壓不能突變的特點，達到輸出波形趨于平滑的目的。經(jīng)濾波后的輸出波形如圖6.2.1-5所示。實驗內(nèi)容:1 整流波形的測量，實驗電路如圖6.2.1-7所示1 測量交流電的電壓 信號發(fā)生器的輸出信號為：500Hz (2ms)、電壓分別如下：(1)用數(shù)字萬用表測量電壓的有效值，計算峰峰值(2)用示波器觀測峰峰值，計算有效值，畫出波形圖。（1a）U有效值(萬用表ACV擋)6.9886.3165.5634.8944.2343.5532.834（1b）Up-p（計算值）19.76517.86415.73413.84211.9769.7938.016|(1b)-(2a)|/(2a)相對誤差0.0120

7、.0080.0170.0110.0020.0210.002（2a）Up-p(示波器測)2018161412108（2b）U有效值 (計算值)7.0716.3645.6574.9504.2643.5362.828|(2b)-(1a)|/(1a)相對誤差0.0120.0080.0170.0110.0070.0050.016作圖：X-Y； X: Up-p(示波器測) Y: U有效值(萬用表ACV擋) Y= kX 由圖形得直線斜率為k=0.345斜率的相對誤差 =2.5%畫出波形圖:2整流波形的測量（1） 用數(shù)字萬用表測量半、全波整流的輸入和輸出電壓，對比理論計算值（平均值0）輸入信號：交流電500H

8、z，Up-p=10v輸入端信號 Ui輸出端信號Uo理論計算值設定：f=500 HzUp-p=10VU有效值= 3.54 V半數(shù)字萬用表ACV檔1.803半數(shù)字萬用表DCV檔1.568直流0=3.18全數(shù)字萬用表ACV檔1.417全數(shù)字萬用表DCV檔2.78直流0=6.37（2） 分別畫整流前、后的輸入、輸出波形圖整流前:整流后（3） 用示波器測量半、全波整流的輸入和輸出電壓，對比理論計算的平均值0和有效值Uo（總）。 輸入信號：交流電500Hz，Up-p=10v輸入端信號 Ui輸出端信號 Uo理論計算值設定：f=500 HzUp-p=10VU有效值= 3.54 V示波器測交流成分(電壓峰幅度)

9、半Up =4.75有效值Uo=2.38示波器測直流成分電壓(DC/AC)半Uo(直流成分)=1.45直流0=示波器測交流成分(電壓峰幅度)全Up =4.4有效值Uo=3.11示波器測直流成分電壓(DC/AC)全Uo(直流成分)=2.65直流0=3濾波電路測量（全波整流條件下）加電容；測量數(shù)據(jù)如下表：輸入信號Up-p=10v輸出信號Uo（萬用表測）輸出信號Uo（ 示波器測）設定：f=500 HzUp-p=10VU有效值= 3.54V加電容Uo（ACV檔）=0.023Uo（DCV檔）=4.2681)示波器測交流成分變化的最大幅度：0.14 V2)示波器測直流成分(DC/AC) = 4.6 V畫出濾波后的大致波形：畫出輸入、輸出波形圖4總結(jié)：在輸入端正弦交流信號相同、不變的情況下，從半波整流、到全波整流、再到濾波，電路輸出端的直流、交流成分的變化規(guī)律是什么？ 思考題1 峰-峰值為1V的正弦波，它的有效值是多少？2 整流、濾波的主要目的是什么？整流的主要目的是把交流