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    發布時間:2020-10-13 19:17 原文鏈接: 整流濾波電路基礎知識(一)

    基礎電路

    一般直流穩壓電源都使用 220 伏市電作為電源,經過變壓、整流、濾波后輸送給穩壓電路進行穩壓,最終成為穩定的直流電源。這個過程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作直流穩壓電源的基礎電路,沒有這些電路對市電的前期處理,穩壓電路將無法正常工作。

     

    01變壓電路

    通常直流穩壓電源使用電源變壓器來改變輸入到后級電路的電壓。電源變壓器由初級繞組、次級繞組和鐵芯組成。初級繞組用來輸入電源交流電壓,次級繞組輸出所需要的交流電壓。通俗的說,電源變壓器是一種電→磁→電轉換器件。即初級的交流電轉化成鐵芯的閉合交變磁場,磁場的磁力線切割次級線圈產生交變電動勢。次級接上負載時,電路閉合,次級電路有交變電流通過。變壓器的電路圖符號見圖 2-3-1。

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    02整流電路

    經過變壓器變壓后的仍然是交流電,需要轉換為直流電才能提供給后級電路,這個轉換電路就是整流電路。在直流穩壓電源中利用二極管的單項導電特性,將方向變化的交流電整流為直流電。

     

    (1)半波整流電路

     

    半波整流電路見圖 2-3-2。其中 B1 是電源變壓器,D1 是整流二極管,R1 是負載。B1 次級是一個方向和大小隨時間變化的正弦波電壓,波形如圖 2-3-3(a)所示。0~π期間是這個電壓的正半周,這時 B1 次級上端為正下端為負,二極管 D1 正向導通,電源電壓加到負載 R1 上,負載 R1 中有電流通過;π~2π期間是這個電壓的負半周,這時 B1 次級上端為負下端為正,二極管 D1 反向截止,沒有電壓加到負載 R1 上,負載 R1 中沒有電流通過。在 2π~3π、3π~4π等后續周期中重復上述過程,這樣電源負半周的波形被“削”掉,得到一個單一方向的電壓,波形如圖 2-3-3(b)所示。由于這樣得到的電壓波形大小還是隨時間變化,我們稱其為脈動直流。

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    設 B1 次級電壓為 E,理想狀態下負載 R1 兩端的電壓可用下面的公式求出: 

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    整流二極管 D1 承受的反向峰值電壓為: 

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    由于半波整流電路只利用電源的正半周,電源的利用效率非常低,所以半波整流電路僅在高電壓、小電流等少數情況下使用,一般電源電路中很少使用。 

     

    (2)全波整流電路

     

    由于半波整流電路的效率較低,于是人們很自然的想到將電源的負半周也利用起來,這樣就有了全波整流電路。全波整流電路圖見圖 2-3-6。相對半波整流電路,全波整流電路多用了一個整流二極管 D2,變壓器 B1 的次級也增加了一個中心抽頭。這個電路實質上是將兩個半波整流電路組合到一起。在 0~π期間 B1 次級上端為正下端為負,D1 正向導通,電源電壓加到 R1 上,R1 兩端的電壓上端為正下端為負,其波形如圖 2-3-7(b)所示,其電流流向如圖 2-3-8 所示;在π~2π期間 B1 次級上端為負下端為正,D2 正向導通,電源電壓加到 R1 上,R1 兩端的電壓還是上端為正下端為負,其波形如圖 2-3-7(c)所示,其電流流向如圖 2-3-9 所示。在 2π~3π、3π~4π等后續周期中重復上述過程,這樣電源正負兩個半周的電壓經過 D1、D2 整流后分別加到 R1 兩端,R1 上得到的電壓總是上正下負,其波形如圖 2-3-7(d)所示。

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    設 B1 次級電壓為 E,理想狀態下負載 R1 兩端的電壓可用下面的公式求出: 

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    整流二極管 D1 和 D2 承受的反向峰值電壓為: 

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    全波整流電路每個整流二極管上流過的電流只是負載電流的一半,比半波整流小一倍。

     

    (3)橋式整流電路

     

    由于全波整流電路需要特制的變壓器,制作起來比較麻煩,于是出現了一種橋式整流電路。這種整流電路使用普通的變壓器,但是比全波整流多用了兩個整流二極管。由于四個整流二極管連接成電橋形式,所以稱這種整流電路為橋式整流電路。 

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    由圖 2-3-13 可以看出在電源正半周時,B1 次級上端為正,下端為負,整流二極管 D4 和 D2 導通,電流由變壓器 B1 次級上端經過 D4、R1、D2 回到變壓器 B1 次級下端;由圖 2-3-14 可以看出在電源負半周時,B1 次級下端為正,上端為負,整流二極管 D1 和 D3 導通,電流由變壓器 B1 次級下端經過 D1、R1、D3 回到變壓器 B1 次級上端。R1 兩端的電壓始終是上正下負,其波形與全波整流時一致。

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    設 B1 次級電壓為 E,理想狀態下負載 R1 兩端的電壓可用下面的公式求出: 

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