详解@@4种整流@@电路@@及@@5种滤波电路@@@@

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基本电路@@:一般@@直流稳压电源都使用@@220伏市电作为电源@@,经过变压@@、整流@@、滤波后输送给稳压电路进行稳压@@,最终成为稳定的@@直流电源@@。这@@个过程中@@的@@变压@@、整流@@、滤波等电路可以看作直流稳压电源的@@基础电路@@,没有这@@些电路对市电的@@前期处理@@,稳压电路将@@无法正常工作@@。

1、变压电路@@

通常直流稳压电源使用电源变压器@@来改变输入到后级电路的@@电压@@。电源变压器@@由初级绕组@@、次级绕组和@@铁芯组成@@。初级绕组用来输入电源交流电压@@,次级绕组输出所需要的@@交流电压@@。通俗的@@说@@,电源变压器@@是一种电@@→磁@@→电转换器件@@。即初级的@@交流电转化成铁芯的@@闭合交变磁@@场@@,磁@@场的@@磁@@力线切割次级线圈产生交变电动势@@。次级接上@@负载@@时@@,电路闭合@@,次级电路有交变电流通过@@@@。变压器@@的@@电路图@@符号见图@@@@@@2-3-1。

变压电路@@

2、整流@@电路@@

经过变压@@器变压后的@@仍然是交流电@@,需要转换为直流电才能提供给后级电路@@,这@@个转换电路就是整流@@电路@@@@。在@@直流稳压电源中@@利用@@二极管@@的@@单项导电特性@@,将@@方向变化的@@交流电整流@@为直流电@@。

(1)半波整流@@电路@@@@

半波整流@@电路@@@@见图@@@@@@2-3-2。其中@@@@B1是电源变压器@@@@,D1是整流@@二极管@@@@@@,R1是负载@@@@。B1次级是一个方向和@@大小随时间变化的@@正弦波电压@@,波形如图@@@@ 2-3-3(a)所示@@。0~π期间@@是这@@个电压的@@正半周@@,这@@时@@B1次级上@@端@@为正@@下端为负@@@@,二极管@@D1正向导通@@@@,电源电压加到@@负载@@@@R1上@@,负载@@R1中@@有电流通过@@@@;π~2π期间@@是这@@个电压的@@负半周@@,这@@时@@B1次级上@@端@@为负下端为正@@,二极管@@D1反向截止@@@@,没有电压加到负载@@@@R1上@@,负载@@R1中@@没有电流通过@@@@。在@@ 2π~3π、3π~4π等后续周期中@@重复上@@述过程@@,这@@样电源负半周的@@波形被@@“削@@”掉@@,得到一个单一方向的@@电压@@,波形如图@@@@2-3-3(b)所示@@。由于这@@样得到的@@电压波形大小还是随时间变化@@,我们称其为脉动直流@@。

整流@@电路@@

整流@@电路@@

设@@B1次级电压@@为@@E,理想状态下负载@@@@R1两端@@的@@电压可用下面的@@公式@@求出@@:

4

整流@@二极管@@@@D1承受的@@反向峰值@@电压@@为@@:

峰值@@电压@@

由于半波整流@@电路@@@@只利用@@电源的@@正半周@@,电源的@@利用@@效率非常低@@,所以半波整流@@电路@@@@仅在@@高电压@@、小电流等少数情况下使用@@,一般@@电源电路中@@很少使用@@。

(2)全波整流@@电路@@@@

由于半波整流@@电路@@@@的@@效率较低@@,于是人们很自然的@@想到将@@电源的@@负半周也利用@@起来@@,这@@样就有了全波整流@@电路@@@@@@。全波整流@@电路@@@@图@@见图@@@@@@2-3-6。相对半波整流@@电路@@@@@@,全波整流@@电路@@@@多用了一个整流@@二极管@@@@@@D2,变压器@@B1的@@次级也增加了一个中@@心抽头@@。这@@个电路实质上@@是将@@两个半波整流@@电路@@@@组合到一起@@。在@@0~π期间@@B1次级上@@端@@为正@@下端为负@@@@,D1正向导通@@@@,电源电压加到@@R1上@@,R1两端@@的@@电压上@@端为正下端为负@@@@,其波形如图@@@@@@2-3-7(b)所示@@,其电流流向如图@@@@2-3-8所示@@;在@@π~2π期间@@B1次级上@@端@@为负下端为正@@,D2正向导通@@@@,电源电压加到@@R1上@@,R1两端@@的@@电压还是上@@端为正下端为负@@@@,其波形如图@@@@@@2-3-7(c)所示@@,其电流流向如图@@@@2-3-9所示@@。在@@2π~3π、3π~4π等后续周期中@@重复上@@述过程@@,这@@样电源正负两个半周的@@电压经过@@D1、D2整流@@后分别加到@@R1两端@@,R1上@@得到的@@电压总是上@@正下负@@,其波形如图@@@@@@2-3-7(d)所示@@。

全波整流@@电路@@@@

全波整流@@电路@@@@

全波整流@@电路@@@@

全波整流@@电路@@@@

设@@B1次级电压@@为@@E,理想状态下负载@@@@R1两端@@的@@电压可用下面的@@公式@@求出@@:

公式@@

整流@@二极管@@@@D1和@@D2承受的@@反向峰值@@电压@@为@@:

峰值@@电压@@

全波整流@@电路@@@@每个整流@@二极管@@@@上@@流过的@@电流只是负载@@@@电流的@@一半@@,比半波整流@@小一倍@@@@。

(3)桥式整流@@电路@@@@

由于全波整流@@电路@@@@需要特制的@@变压器@@@@,制作起来比较麻烦@@,于是出现了一种桥式整流@@电路@@@@@@。这@@种整流@@电路@@使用普通的@@变压器@@@@,但@@是比全波整流@@多用了两个整流@@二极管@@@@@@。由于四个整流@@二极管@@@@连接成电桥形式@@,所以称这@@种整流@@电路@@为桥式整流@@电路@@@@@@。

桥式整流@@电路@@@@

由图@@@@2-3-13可以看出在@@电源正半周时@@,B1次级上@@端@@为正@@,下端为负@@,整流@@二极管@@@@D4和@@D2导通@@,电流由变压器@@@@B1次级上@@端@@经过@@D4、R1、D2回到变压器@@@@B1次级下端@@;由图@@@@2-3-14可以看出在@@电源负半周时@@,B1次级下端@@为正@@,上@@端为负@@,整流@@二极管@@@@D1和@@D3导通@@,电流由变压器@@@@B1次级下端@@经过@@ D1、R1、D3回到变压器@@@@B1次级上@@端@@。R1两端@@的@@电压始终是上@@正下负@@,其波形与@@全波整流@@时一致@@。

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设@@B1次级电压@@为@@E,理想状态下负载@@@@R1两端@@的@@电压可用下面的@@公式@@求出@@:

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整流@@二极管@@@@D1和@@D2承受的@@反向峰值@@电压@@为@@:

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桥式整流@@电路@@@@每个整流@@二极管@@@@上@@流过的@@电流是负载@@@@电流的@@一半@@,与@@全波整流@@相同@@。通常情况下桥式整流@@电路@@@@都简化成图@@@@2-3-17的@@形式@@。

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(4)倍@@压整流@@电路@@@@

前面介绍的@@三种整流@@电路@@输出电压都小于输入交流电压的@@有效值@@@@,如果需要输出电压大于@@输入交流电压有效值@@时可以采用倍@@压电路@@@@,见图@@@@2-3-18。由图@@@@ 2-3-19可知@@,在@@电源的@@正半周@@,变压器@@B1次级上@@端@@为正@@下端为负@@@@,D1导通@@,D2截止@@,C1通过@@D1充电@@,充电@@后@@C1两端@@电压接近@@B1次级电压@@峰值@@@@,方向为左端正右端负@@;由图@@@@2-3-20可知@@,在@@电源的@@负半周@@,变压器@@B1次级上@@端@@为负下端为正@@,D1截止@@,D2导通@@,C2通过@@D1充电@@,充电@@后@@C2两端@@电压接近@@C1两端@@电压与@@@@B1次级电压@@峰值@@@@之和@@@@,方向为下端正上@@端负@@。由于负载@@@@R1与@@C1并联@@,当@@R1足够大时@@,R1两端@@的@@电压即为接近@@2倍@@B1次级电压@@。

倍@@压整流@@电路@@@@

二倍@@压整流@@电路@@@@还有另外一种形式的@@画法@@,见图@@@@2-3-21,其原理与@@图@@@@2-3-18完全一致@@,只是表现形式不一样@@。

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二倍@@压电路@@还可以很容易的@@扩展为@@n倍@@压电路@@,具体电路见图@@@@@@2-3-22。

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3、滤波电路@@

交流电经过整流@@后得到的@@是脉动直流@@,这@@样的@@直流电源由于所含交流纹波很大@@,不能直接用作电子电路的@@电源@@。滤波电路@@可以大大降低这@@种交流纹波成份@@,让整流@@后的@@电压波形变得比较平滑@@。

(1)电容@@滤波电路@@@@

电容@@滤波电路@@@@图@@见图@@@@@@2-3-23,电容@@滤波电路@@@@是利用@@电容@@的@@充放电@@原理达到滤波的@@作用@@。在@@脉动直流波形的@@上@@升段@@,电容@@C1充电@@,由于充电@@时间常数很小@@,所以充电@@速度很快@@;在@@脉动直流波形的@@下降段@@,电容@@C1放电@@,由于放电@@时间常数很大@@,所以放电@@速度很慢@@。在@@C1还没有完全放电@@时再次开始进行充电@@@@。这@@样通过@@电容@@@@C1的@@反复充放电@@实现了滤波作用@@。滤波电容@@@@C1两端@@的@@电压波形见图@@@@@@2-3-24(b)。

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选择滤波电容@@@@时需要满足下式的@@条件@@:

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(2)电感滤波电路@@@@

电感滤波电路@@@@图@@见图@@@@@@2-3-26。电感滤波电路@@@@是利用@@电感对脉动直流的@@反向电动势来达到滤波的@@作用@@,电感量越大滤波效果越好@@@@。电感滤波电路@@@@带负载@@能力比较好@@,多用于负载@@电流很大的@@场合@@。

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(3)RC滤波电路@@

使用两个电容@@和@@一个电阻@@组成@@RC滤波电路@@,又称@@π型@@RC滤波电路@@。见图@@@@2-3-27所示@@。这@@种滤波电路@@@@由于增加了一个电阻@@@@R1,使交流纹波都分担在@@@@R1上@@。R1和@@C2越大滤波效果越好@@,但@@R1过大又会造成压降过大@@,减小了输出电压@@。一般@@R1应远小于@@R2。

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(4)LC滤波电路@@

与@@RC滤波电路@@相对的@@还有一种@@LC滤波电路@@,这@@种滤波电路@@@@综合了电容@@滤波电路@@@@纹波小和@@电感滤波电路@@@@带负载@@能力强的@@优点@@。其电路图@@见图@@@@@@2-3-28。

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(5)有源滤波电路@@@@

当@@对滤波效果要求较高时@@,可以通过@@增加滤波电容@@@@的@@容量来提高滤波效果@@。但@@是受电容@@体积限制@@,又不可能无限制增大滤波电容@@@@的@@容量@@,这@@时@@可以使用有源滤波电路@@@@@@。其电路形式见图@@@@@@2-3-29,其中@@@@电阻@@@@R1是三极管@@T1的@@基极偏流电阻@@@@,电容@@C1是三极管@@T1的@@基极滤波电容@@@@@@,电阻@@R2是负载@@@@。这@@个电路实际上@@是通过@@三极管@@T1的@@放大作用@@,将@@C1的@@容量放大@@β倍@@,即相当@@于接入一个@@(β+1)C1的@@电容@@进行滤波@@。

有源滤波电路@@@@

图@@2-3-29中@@,C1可选择几十微法到几百微法@@;R1可选择几百欧到几千欧@@,具体取值@@可根据@@T1的@@β值@@确定@@,β值@@高@@,R可取值@@稍大@@,只要保证@@T1的@@集电极@@-发射极电压@@(UCE)大于@@1.5V即可@@。T1选择时要注@@意耗散功率@@PCM必须大于@@@@UCEI,如果工作时发热较大则需要增加散热片@@。

有源滤波电路@@@@属于二次滤波电路@@@@,前级应有电容@@滤波等滤波电路@@@@,否则无法正常工作@@。

4、整流@@滤波电路@@总结@@

(1)常用整流@@电路@@性能对照@@

常用整流@@电路@@性能对照@@

注@@:U为负载@@两端@@电压值@@@@;I为负载@@上@@电流值@@@@;e为整流@@二极管@@@@压降@@,一般@@取@@0.7V。

(2)常用无源滤波电路@@性能对照@@

常用无源滤波电路@@性能对照@@

(3)电容@@滤波电路@@@@输出电流大小与@@滤波电容@@@@量的@@关系@@

(4)常用整流@@滤波电路@@计算表@@

常用整流@@滤波电路@@计算表@@

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