交流電及整流濾波電路

1、實 驗 報 告 評分：信息學(xué)院 系 10 級 學(xué)號 PB10210159 姓名 王云龍 日期2011-3-29 試驗名稱:交流電及整流濾波電路試驗?zāi)康? 1、本實驗的目的是掌握交流電路的基本特性及交流電各參數(shù)的測量方法。2、了解整流濾波電路的基本工作原理。實驗原理交流電路正弦交流電的表達(dá)式如下，其曲線如圖6.2.1-1所示。 由此可見，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、頻率值和有效值幅值峰值或最大值，記為UP或IP，峰點電位之差稱為“峰-峰值”，記為UP

2、-P和IP-P。顯然。平均值令i(t)、u(t)分別表示時間變化的交流電流和交流電壓，則它們的平均值分別為 （2）這里T是周期，平均值實際上就是交流信號中直流分量的大小。有效值在實際應(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表示。許多交流電流或電壓測量設(shè)備的讀數(shù)均為有效值。有效值采用如下定義： （3）周期與頻率正弦交流電通常用周期（T）或頻率（f）來表示交變的快慢，也常常用角頻率（）來表示，這三者之間的關(guān)系是 （4）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，正弦交流電對于時間的導(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

3、。初相位交流電t=0時的相位（）稱為交流電的初相位。它反映了正弦交流電的初始值。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直流電，而濾波電路的作用是把大脈動直流電處理成平滑的脈動小的直流電。整流原理利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪崿F(xiàn)整流。半波整流D是二極管，RL是負(fù)載電阻。若輸入交流電為 （5）則經(jīng)整流后輸出電壓u0(t)為（一個周期內(nèi)） u0(t)= 0 （6）其相應(yīng)的平均值（即直流平均值，又稱直流分量） （7）全波橋式整流前述半波整流只利用了交流電半個周期的正弦信號。為了提高整流效率，使交流電的正負(fù)半周信號都被利用，則應(yīng)采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例，其電路和相應(yīng)

4、的波形如圖6.2.1-3所示。若輸入交流電仍為 （8）則經(jīng)橋式整流后的輸出電壓u0(t)為（一個周期） （9）其相應(yīng)直流平均值為 （10）由此可見，橋式整流后的直流電壓脈動大大減少，平均電壓比半波整流提高了一倍（忽略整流內(nèi)阻時）。濾波電路經(jīng)過整流后的電壓（電流）仍然是有“脈動”的直流電，為了減少被波動，通常要加濾波器，常用的濾波電路有電容、電感濾波等。現(xiàn)介紹最簡單的濾波電路。電容濾波電路電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動的直流電變成平穩(wěn)的直流電。我們已經(jīng)知道電容器的充、放電原理。圖6.2.1-4所示為電容濾波器在帶負(fù)載電阻后的工作情況。設(shè)在t0時刻接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不

5、計，在t=t1時，UC達(dá)到峰值為。此后Ui以正弦規(guī)律下降直到t2時刻，二極管D不再導(dǎo)電，電容開始放電，UC緩慢下降，一直到下一個周期。電壓Ui上升到和UC相等時，即t3以后，二極管D又開始導(dǎo)通，電容充電，直到t4。在這以后，二極管D又截止，UC又按上述規(guī)律下降，如此周而復(fù)始，形成了周期性的電容器充電放電過程。在這個過程中，二極管D并不是在整個半周內(nèi)都導(dǎo)通的，從圖上可以看到二極管D只在t3到t4段內(nèi)導(dǎo)通并向電容器充電。由于電容器的電壓不能突變，故在這一小段時間內(nèi)，它可以被看成是一個反電動勢（類似蓄電池）。由電容兩端的電壓不能突變的特點，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6.2.1

6、-5所示。試驗儀器：示波器、數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、半波/全波整流及濾波電路實驗內(nèi)容：1、調(diào)節(jié)函數(shù)信號發(fā)生器，發(fā)出信號500HZ純正弦交流電，在115V之間選8個值，用示波器觀測峰-峰值UP-P，同時用數(shù)字萬用表測量對應(yīng)的有效值，用ORIGIN作出U有效UP-P圖，并擬合直線，得到擬合直線的斜率。用ORIGIN作圖得擬合直線斜率K=0.35046，由已給出的斜率相對誤差計算公式，知相對誤差為0.975%2、試驗整流波形測量1半波整流輸入信號：交流電500Hz，Up-p=10v數(shù)字萬用表測量數(shù)字萬用表ACV檔 /v1.73數(shù)字萬用表DCV檔 /v0.62示波器測量交流有效值直流理論值示波器測

7、交流成分(電壓峰幅度)Up =4.80v有效值Uo=2.40v示波器測直流成分電壓(DC/AC)Uo(直流成分)=1.20v直流0=1.53vU總有效=1.732+0.622=1.84V,理論值U有效=2.4V。半波整流波形圖 全波整流輸入信號：交流電500Hz，Up-p=10v數(shù)字萬用表測量數(shù)字萬用表ACV檔 v1.39數(shù)字萬用表DCV檔 v2.73示波器測量交流有效值直流理論值示波器測交流成分(電壓峰幅度)Up =4.40v有效值Uo=3.11v示波器測直流成分電壓(DC/AC)Uo(直流成分)=2.40v直流0=2.80vU總有效=1.392+2.732=3.50V，U有效=3.11V整

8、流波形2半波整流輸入信號：交流電500Hz，Up-p=2v數(shù)字萬用表測量數(shù)字萬用表ACV檔 /v0.23數(shù)字萬用表DCV檔 /v0.30示波器測量交流有效值直流理論值示波器測交流成分(電壓峰幅度)Up =0.90v有效值Uo=0.45v示波器測直流成分電壓(DC/AC)Uo(直流成分)=0.12v直流0=0.64vU總有效=0.232+0.302=0.33V,U有效=0.45v。整流波形全波整流輸入信號：交流電500Hz，Up-p=2v數(shù)字萬用表測量數(shù)字萬用表ACV檔 v0.21數(shù)字萬用表DCV檔 v0.33示波器測量交流有效值直流理論值示波器測交流成分(電壓峰幅度)Up =0.7v有效值Uo

9、=0.49v示波器測直流成分電壓(DC/AC)Uo(直流成分)=0.30v直流0=0.19vU總有效=0.212+0.332 =0.35V,U有效=0.49V。整流波形實驗濾波電路測量輸入信號：交流電500Hz，Up-p=10v1、半波整流濾波電路輸出信號Uo（萬用表測）輸出信號Uo（ 示波器測）Uo（ACV檔）=0.06vUo（DCV檔）=4.44v1)示波器交流成分變化的最大幅度： 0.15 V2)示波器直流成分= 4.40 V整流波形2、全波整流濾波電路輸出信號Uo（萬用表測）輸出信號Uo（ 示波器測）Uo（ACV檔）=0.03vUo（DCV檔）=4.28v1)示波器交流成分變化的最大幅度： 0.10 V2)示波器直流成分= 4.30 V整流波形總結(jié)：在輸入端正弦交流信號相同、不變的情況下，從半波整流、到全波整流、再到濾波，電路輸出端的直流、交流成分的變化規(guī)律將數(shù)據(jù)匯總,如下表:直流成分V交流成分V萬用表測示波器測萬用表測示波器測半波整流1.731.200.624.80全波整流2.732.401.394.40濾波4.444.300.030.10我們發(fā)現(xiàn)從半波整流、到全波整流、再到濾波，電路輸出端直流成分越來越高,交流成分越來越低。思考題峰-峰值為1V的正弦波，它