整流濾波電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

北京理工大學(xué)珠海學(xué)院實(shí)驗(yàn)論文整流濾波電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)前言：交流電（英語(yǔ)：AlternatingCurrentAlternatingCurrentAlternatingCurrentAlternatingCurrent，簡(jiǎn)寫ACACACAC）是指大小和方向都發(fā)生周期性變化的電流，因?yàn)橹芷陔娏髟谝粋€(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行平均值為零（不含直流成分），稱為交變電流或簡(jiǎn)稱交流電。不同于方向不隨時(shí)間發(fā)生改變的直流電。通常波形為正弦曲線。但實(shí)際上還有應(yīng)用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電。交流電升降壓容易的特點(diǎn)正好適合實(shí)現(xiàn)高壓輸電，從而使電線上的電力損失極少，被廣泛運(yùn)用于電力的傳輸。傳輸?shù)碾娏髟趯?dǎo)線上的耗散功率可用P=I2R（功率＝電流的平方×電阻）求得，顯然要降低能量損耗需要降低傳輸?shù)碾娏骰螂娋€的電阻。由于成本和技術(shù)所限，很難降低目前使用的輸電線路（如銅線）的電阻，所以降低傳輸?shù)碾娏魇俏ㄒ欢矣行У姆椒ā８鶕?jù)P=IV（功率=電流×電壓，實(shí)際上有效功率P=IVcosφ），提高電網(wǎng)的電壓即可降低導(dǎo)線中的電流，以達(dá)到節(jié)約能源的目的。近年來(lái)直流變壓及輸電技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，而高壓直流輸電的浪費(fèi)會(huì)比較小；因此未來(lái)有望取代交流電以解決交流電的安全性和交直流轉(zhuǎn)換問(wèn)題。在城市內(nèi)一般使用降壓變壓器將電壓降至幾萬(wàn)至幾千伏以保證安全，在進(jìn)戶之前再次降低至市電電壓(中國(guó)、香港220V）或者適用的電壓供用電器使用。一般使用的交流電為三相交流電，其電纜有三條火線和一條公共地線，三條火線上的正弦波各有120°之相位差。對(duì)于一般用戶只使用其中的一或兩條相線（一條時(shí)需要零線）。實(shí)際在我們?nèi)粘Ｉ钪?，交流電入戶之后進(jìn)入電器，電器里面都會(huì)有電源模塊將交流電轉(zhuǎn)化為直流電供電器使用。在有些工業(yè)上如電解和電鍍等，也可利用整流設(shè)備，將交流電轉(zhuǎn)化為直流電。摘要：隨著科技的進(jìn)步，生活中的電器是我們的生活變的更加的方便快捷，但是很多電器的使用要求是直流電，而我們的家用電是220V交流電，這就要求電器內(nèi)部擁有能將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的裝置，在這里我們就討論一種能夠?qū)崿F(xiàn)需求的電路——整流濾波電路，學(xué)習(xí)了解其工作原理對(duì)于以后的更加深度的學(xué)習(xí)有著重要的意義。關(guān)鍵詞：科技直流電交流電整流濾波設(shè)計(jì)目的本設(shè)計(jì)的目的是掌握交流電路的基本特性及交流電路各參數(shù)的測(cè)量方法。了解整流濾波電路的基本工作原理，并學(xué)會(huì)使用各種信息查閱相關(guān)資料設(shè)計(jì)出滿足要求的整流電路。設(shè)計(jì)所用儀器與材料示波器、數(shù)字萬(wàn)用表、常用電子工具、電烙鐵變壓器Ｔ220V／12V1A15VA１只二極管1N40071A,100V４只電解電容Ｃ16V100uF１只電阻器1R1只萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)板５０×５０×５每組一塊單刀單擲開(kāi)關(guān)（可以不用）設(shè)計(jì)原理A交流電路正弦交流電的表達(dá)方式和時(shí)間曲線圖如下所示。 由圖可見(jiàn)，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(lái)確定。所以幅值、頻率和初相位被稱為正弦交流電的三要素。幅值、平均值和有效值（1）幅值峰值或最大值，記為UP或IP，峰點(diǎn)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)、u(t)分別表示時(shí)間變化的交流電流和交流電壓，則它們的平均值分別為這里T是周期，平均值實(shí)際上就是交流信號(hào)中直流分量的大小，所以圖上所示的正弦交流電的平均值為0。（3）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(lái)表示。許多交流電流或電壓測(cè)量設(shè)備的讀數(shù)均為有效值。有效值采用如下定義：2、周期與頻率正弦交流電通常用周期（T）或頻率（f）來(lái)表示交變的快慢，也常常用角頻率（ω）來(lái)表示，這三者之間的關(guān)系是需要指出的是：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(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)（）或積分（）也仍為同一頻率的正弦交流電。這在技術(shù)上具有十分重要的意義。B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(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。1、整流原理利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?shí)現(xiàn)整流。二極管的單向?qū)щ娦栽?，晶體二極管為一個(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(chǎng)。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場(chǎng)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(chǎng)和自建電場(chǎng)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(chǎng)和自建電場(chǎng)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(wú)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。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）（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(hào)。為了提高整流效率，使交流電的正負(fù)半周信號(hào)都被利用，則應(yīng)采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例來(lái)說(shuō)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(jiàn)，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)）。濾波電路電容濾波RC半波濾波電路的結(jié)構(gòu)以及工作原理在負(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(jiǎn)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(jiǎn)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(lái)講述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。RC全波濾波電路的結(jié)構(gòu)以及工作原理電容濾波器是利用電容充電和放電來(lái)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(dòng)勢(shì)（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。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容測(cè)量交流電壓（或電流）計(jì)算峰值2、電路的安裝基本操作工藝描述：對(duì)照上述器件，選取元件并用萬(wàn)用表測(cè)判器件。質(zhì)量檢測(cè)→清除元器件氧化層并搪錫→連接導(dǎo)線搪錫→對(duì)照電路原理圖在萬(wàn)能板上合理布局安裝電路元件→焊接電路元件→清掃現(xiàn)場(chǎng)。根據(jù)表二，配齊元器件，并用萬(wàn)用表檢查元件的性能及好壞。清除元件的氧化層，并搪錫。（對(duì)已進(jìn)行預(yù)處理的新器件不搪錫）剝?nèi)ル娫催B線及負(fù)載連接線端的絕緣，清除氯化層均加以搪錫處理。合理布局電路元器件。安裝二極管、電解電容并注意極性。元器件安裝完畢，經(jīng)檢查無(wú)誤后，進(jìn)行焊接固定。3、調(diào)試基本調(diào)試步驟：安裝電源檢查各元器件的焊接質(zhì)量通電調(diào)試測(cè)量將變壓器次級(jí)引入萬(wàn)能線路板上并焊接，變壓器的初級(jí)220引線端通過(guò)密封型保險(xiǎn)絲座和電源插頭線連接。檢查各元器件有無(wú)虛焊、錯(cuò)焊、漏焊及各引線是否正確、有無(wú)疏漏和短路。接通電源，觀察有無(wú)異常情況，用萬(wàn)用表測(cè)量輸出、輸入電壓并進(jìn)行記錄。輸出電壓不正常進(jìn)的故障現(xiàn)象及原因如表三所述：故障現(xiàn)象故障原因輸出電壓不穩(wěn)定檢查電源電壓是否補(bǔ)動(dòng)，輸出電壓應(yīng)隨輸入電壓上下波動(dòng)。輸出電壓為0V變壓器初、次繞組開(kāi)路或電源與整流橋未接好。接通電源后，電路溫度升高的很快電源變壓器初次級(jí)繞組已短路，或初次級(jí)裝反，或整流橋中二極管一個(gè)極性裝反，或?yàn)V波電路短路，或負(fù)載電陰短路。此時(shí)應(yīng)立即切斷電源，查明原因。故障在二次側(cè)部分，重點(diǎn)檢查二極管及輸出有無(wú)短路情況。參考文獻(xiàn)；北京理工大學(xué)珠海學(xué)院物理實(shí)驗(yàn)中心夏歡老師519085

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