電路1：整流濾波電路

1、10.1 單相整流電路10.2 濾波電路 電子電路工作時都需要直流電源提供能量，電池因使用費用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設備中。本章討論如何把交流電源變換為直流穩(wěn)壓電源，一般直流電源由如下部分組成： 整流電路是將工頻交流電轉為具有直流電成分的脈動直流電。 濾波電路是將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。 穩(wěn)壓電路對整流后的直流電壓采用負反饋技術進一步穩(wěn)定直流電壓。 直流電源的方框圖如圖10.01所示。10.1.1.1 單相橋式整流電路10.1.1.2 單相半波整流電路10.1.1.3 單相全波整流電路10.1 單相整流濾波電路10.1.1 單相整流電路 10.1.1.1

2、 單相橋式整流電路(1) (1) 工作原理工作原理 單相橋式整流電路是最單相橋式整流電路是最基本的將交流轉換為直流基本的將交流轉換為直流的電路，其電路如圖的電路，其電路如圖10.02（a）所示）所示。（a）橋式整流電路 （b）波形圖圖10.02 單相橋式整流電路 在分析整流電路工作原理時，整流電路在分析整流電路工作原理時，整流電路 中的二極管是作為中的二極管是作為開關運用，具有單向導電開關運用，具有單向導電性。性。根據圖根據圖10.02(a)的電路圖可知：的電路圖可知： 當正半周時二極管當正半周時二極管D1、D3導通，在負載導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。電阻上得到正弦波的正半周。 在負

3、載電阻上正負半周經過合成，得到的在負載電阻上正負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流是同一個方向的單向脈動電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖電路的波形圖見圖10.02(b)。 當負半周時二極管當負半周時二極管D2、D4導通，在負載導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。電阻上得到正弦波的負半周。（動畫10-1） （動畫10-2） 根據圖根據圖10.02（b）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。）可知，輸出電壓是單相脈動電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓輸出平均電壓為為（2）參數計算2202LO9 . 022dsin21VVttVV

4、V 流過負載的平均電流為L2L2L9 . 022RVRVIL2L2LD45. 022RVRVII流過二極管的平均電流為2Rmax2VV二極管所承受的最大反向電壓 流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和流過負載的脈動電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時交流分量，可將脈動電壓做傅里葉分析。此時諧波分量中的二次諧波幅度最大，諧波分量中的二次諧波幅度最大，最低次諧波最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為的幅值與平均值的比值稱為脈動系數脈動系數S。)4cos1542cos342(22OttVv67. 0322232422VVS（3）單相橋式整流電路的 負載特性曲線 單相橋式整流電路的

5、負載特性曲線是指輸單相橋式整流電路的負載特性曲線是指輸出電壓與負載電流之間的關系曲線出電壓與負載電流之間的關系曲線)(OOIfV 該曲線如圖10.03所示。曲線的斜率代表 了整流電路的內 阻。圖10.03 單相橋式整流電路 的負載特性曲線10.1.1.2單相半波整流電路 單相整流電路除橋式整流電路外，還有單相半波和全波兩種形式。單相半波整流電路如圖10.04(a)所示，波形圖如圖10.04(b)所示。(a)電路圖 (b)波形圖 圖10.04 單相半波整流電路 根據圖10.04可知，輸出電壓在一個工頻周期內，只是正半周導電，在負載上得到的是半個正弦波。負載上輸出平均電壓為2202LO45. 02

6、)d(sin221VVttVVVL2L2LD45. 02RVRVII流過負載和二極管的平均電流為2Rmax2VV二極管所承受的最大反向電壓2022-4-3 單相全波整流電路如單相全波整流電路如圖圖10.05(a)10.05(a)所示，波形所示，波形圖如圖圖如圖10.05(b)10.05(b)所示。所示。10.1.1.3 單相全波整流電路 (a)電路圖 圖10.05 單相全波整流電路 (b)波形圖 根據圖根據圖10.05（b）可知，全波整流）可知，全波整流電路的輸出，與橋式整流電路的輸出相電路的輸出，與橋式整流電路的輸出相同。同。輸出平均電壓輸出平均電壓為為2202LO9 .022)d(sin2

7、1VVttVVVL2L2Lo9 . 022RVRVII流過負載的平均電流為2Rmax22VV 二極管所承受的最大反向電壓67. 0322232422VVS 單相全波整流電路的脈動系數S與單相橋式整流電路相同。注意，整流電路中的二極管是作為開關運用的。，整流電路中的二極管是作為開關運用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對整流電路既有交流量，又有直流量，通常對: 輸入（交流）輸入（交流）用有效值或最大值；用有效值或最大值； 輸出（交直流）輸出（交直流）用平均值；用平均值； 整流管正向電流整流管正向電流用平均值；用平均值； 整流管反向電壓整流管反向電壓用最大值。用最大值。 單相橋式整流電路的變

8、壓器中只有交流電單相橋式整流電路的變壓器中只有交流電流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分流流過，而半波和全波整流電路中均有直流分量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率量流過。所以單相橋式整流電路的變壓器效率較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小較高，在同樣的功率容量條件下，體積可以小一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相一些。單相橋式整流電路的總體性能優(yōu)于單相半波和全波整流電路，故廣泛應用于直流電源半波和全波整流電路，故廣泛應用于直流電源之中。之中。10.2 濾波電路10.2.1 電容濾波電路10.2.2 電感濾波電路10.1.2.1 電容濾波電路 (1)濾波的基本概念 濾波電路利用

9、電抗性元件對交、直流阻抗的不同，實現(xiàn)濾波。電容器C對直流開路，對交流阻抗小，所以C應該并聯(lián)在負載兩端。電感器L對直流阻抗小，對交流阻抗大，因此L 應與負載串聯(lián)。經過濾波電路后，既可保留直流分量、又可濾掉一部分交流分量，改變了交直流成分的比例，減小了電路的脈動系數，改善了直流電壓的質量。 （2）電容濾波電路 現(xiàn)以單相橋式電容濾波整流電路為例來說明。電容濾波電路如圖10.06所示，在負載電阻上并聯(lián)了一個濾波電容C。圖10.06電容濾波電路 當v2到達90時，v2開始下降。先假設二極管關斷，電容C就要以指數規(guī)律向負載L放電。指數放電起始點的放電速率很大。(3)濾波原理 若電路處于正半周，二極管D1、

10、D3導通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時C相當于并聯(lián)在v2上，所以輸出波形同v2 ，是正弦形。 圖10.07電容濾波波形圖 所以，在t1到t2時刻，二極管導電，充電，vC=vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時刻二極管關斷，vC=vL按指數曲線下降，放電時間常數為RLC。電容濾波過程見圖10.07。 在剛過90時，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90時二極管仍然導通。在超過90后的某個點，正弦曲線下降的速率越來越快，當剛超過指數曲線起始放電速率時，二極管關斷。 需要指出的是，當放電時間常數RLC增加時，t1點要右移， t2點要左移，二極管關斷時間加長，導通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時

11、，導通角增加。顯然，當L很小，即IL很大時，電容濾波的效果不好，見圖10.08濾波曲線中的2。反之，當L很大，即IL很小時，盡管C較小, RLC仍很大,電容濾波的效果也很好，見濾波曲線中的3。所以電容濾波適合輸出電流較小的場合。問題：有無L即空載，此時VC=VL=？圖10.08 電容濾波的效果(動畫10-3） (動畫10-4）(4)電容濾波的計算 電容濾波的計算比較麻煩，因為決定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：)41 (2L2OLCRTVVV一種是用鋸齒波近似表示，即 另一種是在RLC=(35)T/ 2的條件下，近似認為VL=VO=1.2V2。（或者，

12、電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應滿足RLC610。） （5）外特性 整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負載電流 IO的變化關系曲線如圖10.09所示。 圖10.09 整流濾波電路的外特性2OLd2O2OL1.22) 53(=0.9=, 02=,=VVTCRVVCVVR *使用條件：2)53(LdTCR名 稱VL(空載)VL(帶載)二極管反向最大電壓每管平均電流半波整流22V245. 0V22VIL全波整流電容濾波22V1.2V2*222V0.5IL橋式整流電容濾波22V1.2V2*22V0.5IL橋式整流電感濾波22V0.9V222V0.5IL10.1.2.2 電感濾波電路 利用儲能元件電感器利用儲能元件電感器的電流不能突變的電流不能突變的性質，把電感的性質，把電感與整流電路的負載與整流電路的負載L相相串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。串聯(lián)，也可以起到濾波的作用。 圖10.10 電感濾波電路 圖10.11 波形圖 電感濾波電路如圖10.10所示。電