整流濾波電路

得分教師簽名批改日期深圳大學實驗報告課程名稱：大學物理實驗（三）實驗名稱：基礎(chǔ)設(shè)計性實驗4整流濾波電路的設(shè)計學院：組號指導教師：報告人：學號：班級：實驗地點科技樓B109實驗時間：2011.5.12實驗報告提交時間：2011.5.26一、實驗設(shè)計方案1、實驗目的1.1研究半波整流電路、全波橋式整流電路

2.2研究濾波電路，觀察濾波器在半波和全波電路中的濾波效果

3.3研究全波整流π型RC濾波電路，測量整流濾波電路輸出脈動電壓的峰值。2、實驗原理2.1實驗思路利用二極管正向?qū)ǚ聪蚪刂恋奶匦裕cRC電路的特性，通過二極管、電阻與電容的串并聯(lián)設(shè)計出各種整流電路和濾波電路進行研究。2.2半波整流電路變壓器的次級繞組與負載相接，中間串聯(lián)一個整流二極管，就是半波整流。利用二極管的單向?qū)щ娦?，只有半個周期內(nèi)有電流流過負載，另半個周期被二極管所阻，沒有電流。2.2.1單相半波整流只在交流電壓的半個周期內(nèi)才有電流流過負載的電路稱為單相半波整流電路。圖4.1單相半波整流電路圖4.2單相半波整流波形圖原理：如圖4.1，利用二極管的單向?qū)щ娦裕谳斎腚妷篣i為正的半個周期內(nèi)，二極管正向偏置，處于導通狀態(tài)，負載RL上得到半個周期的直流脈動電壓和電流；而在Ui為負的半個周期內(nèi)，二極管反向偏置，處于關(guān)斷狀態(tài)，電流基本上等于零。由于二極管的單向?qū)щ娮饔?，將輸入的交流電壓變換成為負載RL兩端的單向脈動電壓，達到整流目的，其波形如圖4.2。其中，輸出電壓為：4-1輸出電流為：4-2整流二極管正向平均電流為：4-3在電路圖中分析可知整流二極管截止時所承受的最高反向電壓為Ui的峰值即：,整流二極管在正向?qū)〞r最大的整流電流應(yīng)大于負載電流。2.3全波橋式整流電路圖4.3全波橋式整流電路圖4.4全波橋式整流電路波形圖由圖4.3可知，電路中采用四個二極管，互相接成橋式結(jié)構(gòu)。利用二極管的電流導向作用，在交流輸入電壓U2的正半周內(nèi)，二極管D1、D3導通，D2、D4截止，在負載RL上得到上正下負的輸出電壓；在負半周內(nèi)，正好相反，D1、D3截止，D2、D4導通，流過負載RL的電流方向與正半周一致。因此，利用變壓器的一個副邊繞組和四個二極管，使得在交流電源的正、負半周內(nèi)，整流電路的負載上都有方向不變的脈動直流電壓和電流。由圖4.4可知，由橋式整流電路的輸出電壓波形可知，其輸出電壓為半波整流電路的兩倍，所以其輸出電壓為4-4輸出電流為：4-5整流二極管正向平均電流為：4-62.4濾波電路只允許一定頻率范圍內(nèi)的信號成分正常通過，而阻止另一部分頻率成分通過的電路，叫做濾波電路。濾波電路常用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電容器C，或與負載串聯(lián)電感器L，以及由電容，電感組成而成的各種復式濾波電路。圖4.5濾波電路的基本形式本文決定選用電感濾波電路進行實驗，故只討論電容濾波電路。2.4.1半波電容濾波電路圖4.6半波電容濾波電路2.4.2全橋電容濾波電路圖4.7全波橋式電容濾波電路圖4.8全波橋式電容電路圖4.7給出了電容濾波電路在帶電阻負載的工作情況。接通交流電源后，二極管導通，整流電源同時向電容充電和向負載提供電流,輸出電壓的波形是正弦形。在t1時刻，即達到Ui90°峰值時，Ui開始以正弦規(guī)律下降，此時二極管是否關(guān)斷，取決于二極管承受的是正向電壓還是反向電壓。先設(shè)達到90°后，二極管關(guān)斷，那么只有濾波電容以指數(shù)規(guī)律向負載放電，從而維持一定的負載電流。但是90°后指數(shù)規(guī)律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超過90°以后有一段時間二極管仍然承受正向電壓，二極管導通。隨著u2的下降，正弦波的下降速率越來越快，uC的下降速率越來越慢。所以在超過90°后的某一點，例如圖4.7中的t2時刻，二極管開始承受反向電壓，二極管關(guān)斷。此后只有電容器C向負載以指數(shù)規(guī)律放電的形式提供電流，直至下一個半周的正弦波來到，u2再次超過uC，如圖4.8中的t3時刻，二極管又重新導電。以上過程電容器的放電時間常數(shù)為4-7電容濾波一般負載電流較小，可以滿足td較大的條件，所以輸出電壓波形的放電段比較平緩，紋波較小，輸出脈動系數(shù)S小，輸出平均電壓UO(AV)大，具有較好的濾波特性。2.4.3π型RC濾波前述電容濾波的輸出波形脈動系統(tǒng)仍較大，尤其是負載電阻RL較小時，除非將電容容量增加（實際應(yīng)用時難于實現(xiàn)）。在這種情況下，要想減少脈動，可利用多級濾波方法，即再加一級RC低通濾波電路，如圖4.9所示。π型RC濾波是在電容濾波之后又加了一級RC濾波，使得輸出電壓更平滑（但輸出電壓平均值要減少）。圖4.9π型RC濾波電路3實驗儀器儀器名稱型號主要參數(shù)用途750接口CI7650阻抗1MΩ。最大的有效輸入電壓范圍±10V數(shù)據(jù)采集處理、信號發(fā)生器計算機,DataStudioCI6874數(shù)據(jù)采集平臺、數(shù)據(jù)處理電壓傳感器CI-6503交直流電子學實驗系統(tǒng)EM-8656連接電路二、實驗內(nèi)容及具體步驟：4.1半波整流的測量和半波濾波電路的實現(xiàn)4.1.1選擇一定的規(guī)格的二極管和一定阻值的電阻，按圖4.1接好電路。Ui端接750數(shù)據(jù)接口產(chǎn)生的正弦波信號，UL端接電壓傳感器，ID端接電流傳感器輸入到計算機中。4.1.2用750數(shù)據(jù)接口中內(nèi)置的1.5W的信號發(fā)生器，產(chǎn)生正弦波信號。4.1.3用計算機數(shù)據(jù)處理軟件DataStudio充當示波器，觀察輸出波形，并記錄輸入、輸出脈動電壓的峰值。4.1.4將電路從圖4.1修改為圖4.6，Ui端接750數(shù)據(jù)接口產(chǎn)生的正弦波信號，UL端接電壓傳感器，ID端接電流傳感器輸入到計算機中。觀察輸出波形，并記錄輸入、輸出脈動電壓的峰值。4.1.5更換不同的RL重復以上四個步驟。4.2全橋整流電路的測量和全橋濾波電路的實現(xiàn)4.2.1選擇一定的規(guī)格的二極管和一定阻值的電阻，按圖4.3接好電路。Ui端接750數(shù)據(jù)接口產(chǎn)生的正弦波信號，UL端接電壓傳感器，ID端接電流傳感器輸入到計算機中。4.2.2用750數(shù)據(jù)接口中內(nèi)置的1.5W的信號發(fā)生器，產(chǎn)生正弦波信號。4.2.3觀察輸出波形，并記錄輸入、輸出脈動電壓的峰值。4.2.4將電路從圖4.3修改為圖4.7，Ui端接750數(shù)據(jù)接口產(chǎn)生的正弦波信號，UL端接電壓傳感器，ID端接電流傳感器輸入到計算機中。觀察輸出波形，并記錄輸入、輸出脈動電壓的峰值。4.2.5更換不同的R、C重復以上四個步驟。4.3π型RC濾波電路的測量4.3.1選擇一定的規(guī)格的二極管和一定阻值的電阻，按圖4.9接好電路。Ui端接750數(shù)據(jù)接口產(chǎn)生的正弦波信號，UL端接電壓傳感器輸入到計算機中。4.3.2用750數(shù)據(jù)接口中內(nèi)置的1.5W的信號發(fā)生器，產(chǎn)生正弦波信號。4.3.3觀察輸出波形，并記錄輸出脈動電壓的峰值。4.3.4更換不同的R、C重復以上三個步驟。三、數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理1.半波整形電路的輸入輸出波形和濾波效果的記錄（1）R=1kΩ，C=10μF，Ui的峰值U=5V平均輸出電壓為：（2）R=1kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V平均輸出電壓為：（3）R=2kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V平均輸出電壓為：2.全波橋式整形電路的輸入輸出波形和濾波效果的記錄（1）R=1kΩ，C=10μF，Ui的峰值U=5V平均輸出電壓為：（2）R=1kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V平均輸出電壓為：（3）R=2kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V3.π型RC濾波電路（1）R=1kΩ，C1=C2=10μF，Ui的峰值U=5V平均輸出電壓為：（2）R=1kΩ，C1=47μF，C2=10μF,Ui的峰值U=5V平均輸出電壓為：（3）R=2kΩ，C1=C2=10μF，U