整流濾波電路實(shí)驗(yàn)論文.doc

電學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn) 整流濾波電路整流濾波電路俞瑩2012012754 物理學(xué)四班摘要：在現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中，廣泛地使用著交流電。主要原因是與直流電相比，交流電在產(chǎn)生、輸送和使用方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和重大的經(jīng)濟(jì)意義。例如在遠(yuǎn)距離輸電時(shí)，采用較高的電壓可以減少線路上的損失。然而大部分的用電設(shè)備使用的是直流電，因此如何更加有效的將交流電轉(zhuǎn)換成直流電成為不容忽視的問(wèn)題，電壓的穩(wěn)定與否，與整流、濾波有著很大的關(guān)系，因此要制作一種數(shù)控電源必然少不了對(duì)整流、濾波電路的設(shè)計(jì)，本次目的是掌握橋式整流，電容濾波的設(shè)計(jì)方法。了解整流濾波電路的基本工作原理。關(guān)鍵詞：橋式整流電路，電容濾波電路，電路設(shè)計(jì)1 引言電子系統(tǒng)的正常運(yùn)行離不開(kāi)穩(wěn)定的電源，除了在某些特定場(chǎng)合下采用太陽(yáng)能電池或化學(xué)電池作電源外，多數(shù)電路的直流電是由電網(wǎng)的交流電轉(zhuǎn)換來(lái)的，能長(zhǎng)期、連續(xù)、可靠、穩(wěn)定地工作，給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)了極大的方便。電子設(shè)備的小型化和低成本化使電源以輕、薄、小和高效率為發(fā)展方向。傳統(tǒng)的晶體管串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓電源，是連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源，這種傳統(tǒng)穩(wěn)壓電源級(jí)數(shù)比較成熟。并且已有大量集成化的線性穩(wěn)壓電源模塊，具有穩(wěn)定性能好、輸出紋波電壓小、使用可靠等特點(diǎn)。但其通常都需要體積大且笨重的工頻變壓器和隔離之用，另外，由于調(diào)整管上消耗較大的功率，所以需要采用大功率調(diào)整管并裝有體積很大的散熱器，于是它很難滿足電子設(shè)備發(fā)展的要求。從而促成了高效率、體積小、重量輕的開(kāi)關(guān)電源的迅速發(fā)展。而開(kāi)關(guān)電源的穩(wěn)定關(guān)鍵就在于整流、濾波電路的設(shè)計(jì)。2 實(shí)驗(yàn)儀器名稱數(shù)量型號(hào)交流電源1臺(tái)示波器1臺(tái)萬(wàn)用表1只二極管4只1N4007*4電阻1只50 *1電位器1只電容2只10F*1，470F*1連接導(dǎo)線若干開(kāi)關(guān)1只一刀雙擲玻璃板1塊接線柱11只3 實(shí)驗(yàn)原理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。3.1整流電路利用二極管的單向?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。 3.1.1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） 3.1.2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)）。3.2濾波電路3.2.1 RC半波濾波電路在負(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。3.2.2 RC全波濾波電路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。4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 根據(jù)如下電路圖，安裝電路。2. 檢查電路，確定電路無(wú)誤后，接入示波器和電源。3. 先觀察未整流濾波前的圖像，并記錄。4. 接入橋式直流電路，觀察圖像，并記錄。5. 將開(kāi)關(guān)打到10F電容端，記錄波形，改變負(fù)載電阻，記錄波形。6. 將開(kāi)關(guān)打到470F電容端，記錄波形，改變負(fù)載電阻，記錄波形。5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析5.1制作完成的電路5.2波形數(shù)據(jù)記錄整流濾波前 橋式整流后橋式整流10F電容濾波 負(fù)載電阻較大 橋式整流10F電容濾波 負(fù)載電阻較小橋式整流470F電容濾波 負(fù)載電阻較大橋式整流470F電容濾波 負(fù)載電阻較小 5.3結(jié)果分析從以上情況來(lái)看，隨著濾波電容的增大，輸出電壓越平穩(wěn)，但帶來(lái)的問(wèn)題就是對(duì)交流側(cè)產(chǎn)生的諧波更明顯，那么如何來(lái)減小電流的沖擊呢？在實(shí)際應(yīng)用中常在直流側(cè)串入電感。隨著負(fù)載電阻的增大，輸出電壓越平穩(wěn)，因?yàn)椴煌柚档呢?fù)載使得電容放電時(shí)的電流不同，導(dǎo)致電容放電時(shí)的電壓減少量就不同，所以就造成有不同的紋波電壓。5.4實(shí)驗(yàn)應(yīng)用濾波電容，具有隔直流，通交流的作用，即濾波作用，把整流后的電壓中多次諧波濾除，輸出純凈的直流電壓。因此電容的設(shè)計(jì)選擇，直接關(guān)系到濾波電路輸出直流電壓的質(zhì)量。想要設(shè)計(jì)出對(duì)生產(chǎn)應(yīng)用有效的整流濾波電路，電容的設(shè)計(jì)與選取需要另外展開(kāi)深入的討論和研究，這又是另一個(gè)研究方向。目前大量普及的微機(jī)、電視機(jī)等家電產(chǎn)品中所采用的開(kāi)關(guān)電源，都使用單相橋式整流濾波電路來(lái)獲得平穩(wěn)的電壓，但它卻給電源帶來(lái)諧波，并且在增加濾波電容來(lái)改變?yōu)V波效果的同時(shí)，對(duì)交流側(cè)產(chǎn)生的諧波卻更明顯，所以在設(shè)計(jì)整流濾波電路時(shí)應(yīng)權(quán)衡考慮。在實(shí)際應(yīng)用中，為了減小電流的沖擊，可在直流側(cè)串入電感。也可對(duì)RLC直流穩(wěn)壓電路，以及電感的選擇，繼續(xù)深入探究。6 結(jié)論1、電阻越大，輸出波形的交流成分越少，即輸出電壓越平穩(wěn)；2、電容越大，輸出波形的交流成