整流濾波電路設計實驗

北京理工大學珠海學院實驗論文整流濾波電路設計實驗前言：交流電（英語：AlternatingCurrentAlternatingCurrentAlternatingCurrentAlternatingCurrent，簡寫ACACACAC）是指大小和方向都發(fā)生周期性變化的電流，因為周期電流在一個周期內的運行平均值為零（不含直流成分），稱為交變電流或簡稱交流電。不同于方向不隨時間發(fā)生改變的直流電。通常波形為正弦曲線。但實際上還有應用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電。交流電升降壓容易的特點正好適合實現(xiàn)高壓輸電，從而使電線上的電力損失極少，被廣泛運用于電力的傳輸。傳輸?shù)碾娏髟趯Ь€上的耗散功率可用P=I2R（功率＝電流的平方×電阻）求得，顯然要降低能量損耗需要降低傳輸?shù)碾娏骰螂娋€的電阻。由于成本和技術所限，很難降低目前使用的輸電線路（如銅線）的電阻，所以降低傳輸?shù)碾娏魇俏ㄒ欢矣行У姆椒?。根?jù)P=IV（功率=電流×電壓，實際上有效功率P=IVcosφ），提高電網的電壓即可降低導線中的電流，以達到節(jié)約能源的目的。近年來直流變壓及輸電技術取得了長足的發(fā)展，而高壓直流輸電的浪費會比較小；因此未來有望取代交流電以解決交流電的安全性和交直流轉換問題。在城市內一般使用降壓變壓器將電壓降至幾萬至幾千伏以保證安全，在進戶之前再次降低至市電電壓(中國、香港220V）或者適用的電壓供用電器使用。一般使用的交流電為三相交流電，其電纜有三條火線和一條公共地線，三條火線上的正弦波各有120°之相位差。對于一般用戶只使用其中的一或兩條相線（一條時需要零線）。實際在我們日常生活中，交流電入戶之后進入電器，電器里面都會有電源模塊將交流電轉化為直流電供電器使用。在有些工業(yè)上如電解和電鍍等，也可利用整流設備，將交流電轉化為直流電。摘要：隨著科技的進步，生活中的電器是我們的生活變的更加的方便快捷，但是很多電器的使用要求是直流電，而我們的家用電是220V交流電，這就要求電器內部擁有能將交流電轉換為直流電的裝置，在這里我們就討論一種能夠實現(xiàn)需求的電路——整流濾波電路，學習了解其工作原理對于以后的更加深度的學習有著重要的意義。關鍵詞：科技直流電交流電整流濾波設計目的本設計的目的是掌握交流電路的基本特性及交流電路各參數(shù)的測量方法。了解整流濾波電路的基本工作原理，并學會使用各種信息查閱相關資料設計出滿足要求的整流電路。設計所用儀器與材料示波器、數(shù)字萬用表、常用電子工具、電烙鐵變壓器Ｔ220V／12V1A15VA１只二極管1N40071A,100V４只電解電容Ｃ16V100uF１只電阻器1R1只萬能實驗板５０×５０×５每組一塊單刀單擲開關（可以不用）設計原理A交流電路正弦交流電的表達方式和時間曲線圖如下所示。 由圖可見，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、平均值和有效值（1）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-P和IP-P。顯然。（2）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，所以圖上所示的正弦交流電的平均值為0。（3）有效值在實際應用中，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備的讀數(shù)均為有效值。有效值采用如下定義：2、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（ω）來表示，這三者之間的關系是需要指出的是：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數(shù)（）或積分（）也仍為同一頻率的正弦交流電。這在技術上具有十分重要的意義。B整流和濾波：整流電路的作用是把交流電轉換成直流電，嚴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。1、整流原理利用二極管的單向導電性可實現(xiàn)整流。二極管的單向導電性原理，晶體二極管為一個由p型半導體和n型半導體形成的p-n結，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當外界有正向電壓偏置時，外界電場和自建電場的互相抑消作用使載流子的擴散電流增加引起了正向電流。當外界有反向電壓偏置時，外界電場和自建電場進一步加強，形成在一定反向電壓范圍內與反向偏置電壓值無關的反向飽和電流，在電子工程領域這個反響飽和電流可以被忽略。半波整流下圖D是二極管，RL是負載電阻。若輸入交流電為則經整流后輸出電壓u0(t)為（一個周期內）其相應的平均值（即直流平均值，又稱直流分量）（2）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，使交流電的正負半周信號都被利用，則應采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例來說明，其電路和相應的波形如下圖所示。若輸入交流電仍為則經橋式整流后的輸出電壓u0(t)為（一個周期）其相應直流平均值為由此可見，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（忽略整流內阻時）。濾波電路電容濾波RC半波濾波電路的結構以及工作原理在負載上并聯(lián)一個電容器，利用電容器充放電時端電壓不能躍變的特性使直流輸出電壓保持穩(wěn)定。圖中為一個簡單的整流濾波電路，二極管VD起整流作用，與負載并聯(lián)的電容C起濾波作用，這個電容器就是一個最簡單的濾波器。RC平滑濾波電路是利用電容器的端電壓在電路狀態(tài)改變時不能躍變的原理實現(xiàn)濾波的。下面結合圖來講述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，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。RC全波濾波電路的結構以及工作原理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。我們已經知道電容器的充、放電原理。圖下所示為電容濾波器在帶負載電阻后的工作情況。由于電容器的電壓不能突變，故在這一小段時間內，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，達到輸出波形趨于平滑的目的。經濾波后的輸出波形如圖下所示。實驗內容測量交流電壓（或電流）計算峰值2、電路的安裝基本操作工藝描述：對照上述器件，選取元件并用萬用表測判器件。質量檢測→清除元器件氧化層并搪錫→連接導線搪錫→對照電路原理圖在萬能板上合理布局安裝電路元件→焊接電路元件→清掃現(xiàn)場。根據(jù)表二，配齊元器件，并用萬用表檢查元件的性能及好壞。清除元件的氧化層，并搪錫。（對已進行預處理的新器件不搪錫）剝去電源連線及負載連接線端的絕緣，清除氯化層均加以搪錫處理。合理布局電路元器件。安裝二極管、電解電容并注意極性。元器件安裝完畢，經檢查無誤后，進行焊接固定。3、調試基本調試步驟：安裝電源檢查各元器件的焊接質量通電調試測量將變壓器次級引入萬能線路板上并焊接，變壓器的初級220引線端通過密封型保險絲座和電源插頭線連接。檢查各元器件有無虛焊、錯焊、漏焊及各引線是否正確、有無疏漏和短路。接通電源，觀察有無異常情況，用萬用表測量輸出、輸入電壓并進行記錄。輸出電壓不正常進的故障現(xiàn)象及原因如表三所述：故障現(xiàn)象故障原因輸出電壓不穩(wěn)定檢查電源電壓是否補動，輸出電壓應隨輸入電壓上下波動。輸出電壓為0V變壓器初、次繞組開路或電源與整流橋未接好。接通電源后，電路溫度升高的很快電源變壓器初次級繞組已短路，或初次級裝反，或整流橋中二極管一個極性裝反，或濾波電路短路，或負載電陰短路。此時應立即切斷電源，查明原因。故障在二次側部分，重點檢查二極管及輸出有無短路情況。參考文獻；北京理工大學珠海學院物理實驗中心夏歡老師519085

實驗論文整流濾波電路設