電路整流濾波電路

1、電路整流濾波電路第1頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 電子電路工作時(shí)都需要直流電源提供能量，電池因使用費(fèi)用高，一般只用于低功耗便攜式的儀器設(shè)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(zhuǎn)為具有直流電成分的脈動(dòng)直流電。 濾波電路是將脈動(dòng)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(duì)整流后的直流電壓采用負(fù)反饋技術(shù)進(jìn)一步穩(wěn)定直流電壓。 直流電源的方框圖如圖10.01所示。第2頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五10.1.1.1 單相橋式整流電路10.1.1.2 單相半波整流電路10.1

2、.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 第3頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五10.1.1.1 單相橋式整流電路(1) 工作原理 單相橋式整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，其電路如圖10.02（a）所示。（a）橋式整流電路 （b）波形圖圖10.02 單相橋式整流電路第4頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 在分析整流電路工作原理時(shí)，整流電路 中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。根?jù)圖10.02(a)的電路圖可知： 當(dāng)正半周時(shí)二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。 在負(fù)載電阻上正負(fù)半周

3、經(jīng)過合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。單相橋式整流電路的波形圖見圖10.02(b)。 當(dāng)負(fù)半周時(shí)二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。（動(dòng)畫10-1）（動(dòng)畫10-2）第5頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 根據(jù)圖10.02（b）可知，輸出電壓是單相脈動(dòng)電壓。通常用它的平均值與直流電壓等效。輸出平均電壓為（2）參數(shù)計(jì)算 流過負(fù)載的平均電流為流過二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓第6頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 流過負(fù)載的脈動(dòng)電壓中包含有直流分量和交流分量，可將脈動(dòng)電壓做傅里葉分析。此時(shí)諧波分量中的二次諧波幅度最大，

4、最低次諧波的幅值與平均值的比值稱為脈動(dòng)系數(shù)S。第7頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五（3）單相橋式整流電路的 負(fù)載特性曲線 單相橋式整流電路的負(fù)載特性曲線是指輸出電壓與負(fù)載電流之間的關(guān)系曲線該曲線如圖10.03所示。曲線的斜率代表 了整流電路的內(nèi) 阻。圖10.03 單相橋式整流電路 的負(fù)載特性曲線第8頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五10.1.1.2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

5、電路第9頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 根據(jù)圖10.04可知，輸出電壓在一個(gè)工頻周期內(nèi)，只是正半周導(dǎo)電，在負(fù)載上得到的是半個(gè)正弦波。負(fù)載上輸出平均電壓為流過負(fù)載和二極管的平均電流為二極管所承受的最大反向電壓第10頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 單相全波整流電路如圖10.05(a)所示，波形圖如圖10.05(b)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9/24/2022第11頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 根據(jù)圖10.05（b）可知，全波整流電路的輸出，與橋式

6、整流電路的輸出相同。輸出平均電壓為流過負(fù)載的平均電流為 二極管所承受的最大反向電壓 單相全波整流電路的脈動(dòng)系數(shù)S與單相橋式整流電路相同。第12頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五注意，整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用的。整流電路既有交流量，又有直流量，通常對(duì): 輸入（交流）用有效值或最大值； 輸出（交直流）用平均值； 整流管正向電流用平均值； 整流管反向電壓用最大值。 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

7、流電路，故廣泛應(yīng)用于直流電源之中。第13頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五10.2 濾波電路10.2.1 電容濾波電路10.2.2 電感濾波電路第14頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五10.1.2.1 電容濾波電路 (1)濾波的基本概念 濾波電路利用電抗性元件對(duì)交、直流阻抗的不同，實(shí)現(xiàn)濾波。電容器C對(duì)直流開路，對(duì)交流阻抗小，所以C應(yīng)該并聯(lián)在負(fù)載兩端。電感器L對(duì)直流阻抗小，對(duì)交流阻抗大，因此L 應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)。經(jīng)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(dòng)系數(shù)，改善了直流電壓的質(zhì)量。 第15頁，共22頁

8、，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 （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(fù)載電阻上并聯(lián)了一個(gè)濾波電容C。圖10.06電容濾波電路 第16頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五當(dāng)v2到達(dá)90時(shí)，v2開始下降。先假設(shè)二極管關(guān)斷，電容C就要以指數(shù)規(guī)律向負(fù)載L放電。指數(shù)放電起始點(diǎn)的放電速率很大。(3)濾波原理 若電路處于正半周，二極管D1、D3導(dǎo)通，變壓器次端電壓v2給電容器C充電。此時(shí)C相當(dāng)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(shí)刻，二極管導(dǎo)電，充電，vC=

9、vL按正弦規(guī)律變化；t2到t3時(shí)刻二極管關(guān)斷，vC=vL按指數(shù)曲線下降，放電時(shí)間常數(shù)為RLC。電容濾波過程見圖10.07。 在剛過90時(shí)，正弦曲線下降的速率很慢。所以剛過90時(shí)二極管仍然導(dǎo)通。在超過90后的某個(gè)點(diǎn)，正弦曲線下降的速率越來越快，當(dāng)剛超過指數(shù)曲線起始放電速率時(shí)，二極管關(guān)斷。第17頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 需要指出的是，當(dāng)放電時(shí)間常數(shù)RLC增加時(shí)，t1點(diǎn)要右移， t2點(diǎn)要左移，二極管關(guān)斷時(shí)間加長，導(dǎo)通角減小，見曲線3；反之，RLC減少時(shí)，導(dǎo)通角增加。顯然，當(dāng)L很小，即IL很大時(shí)，電容濾波的效果不好，見圖10.08濾波曲線中的2。反之，當(dāng)L很大，即IL很

10、小時(shí)，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(chǎng)合。問題：有無L即空載，此時(shí)VC=VL=？圖10.08 電容濾波的效果(動(dòng)畫10-3）(動(dòng)畫10-4）第18頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五(4)電容濾波的計(jì)算 電容濾波的計(jì)算比較麻煩，因?yàn)闆Q定輸出電壓的因素較多。工程上有詳細(xì)的曲線可供查閱。一般常采用以下近似估算法：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(rèn)為VL=VO=1.2V2。（或者，電容濾波要獲得較好的效果，工程上也通常應(yīng)滿足RLC610。）第19頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 （5）外特性 整流濾波電路中，輸出直流電壓VL隨負(fù)載電流 IO的變化關(guān)系曲線如圖10.09所示。 圖10.09 整流濾波電路的外特性第20頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五 *使用條件：第21頁，共22頁，2022年，5月20日，7點(diǎn)51分，星期五10.1.2.2 電感濾波電路 利用儲(chǔ)能元件電感器的電流不能突變的性質(zhì)，把電感與整流電路的負(fù)載L相串聯(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