整流滤波电路设计实验

北京理工大学珠海学院实验论文整流滤波电路设计实验前言：交流电（英语：AlternatingCurrentAlternatingCurrentAlternatingCurrentAlternatingCurrent，简写ACACACAC）是指大小和方向都发生周期性变化的电流，因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零（不含直流成分），称为交变电流或简称交流电。不同于方向不随时间发生改变的直流电。通常波形为正弦曲线。但实际上还有应用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。交流电升降压容易的特点正好适合实现高压输电，从而使电线上的电力损失极少，被广泛运用于电力的传输。传输的电流在导线上的耗散功率可用P=I2R（功率＝电流的平方×电阻）求得，显然要降低能量损耗需要降低传输的电流或电线的电阻。由于成本和技术所限，很难降低目前使用的输电线路（如铜线）的电阻，所以降低传输的电流是唯一而且有效的方法。根据P=IV（功率=电流×电压，实际上有效功率P=IVcosφ），提高电网的电压即可降低导线中的电流，以达到节约能源的目的。近年来直流变压及输电技术取得了长足的发展，而高压直流输电的浪费会比较小；因此未来有望取代交流电以解决交流电的安全性和交直流转换问题。在城市内一般使用降压变压器将电压降至几万至几千伏以保证安全，在进户之前再次降低至市电电压(中国、香港220V）或者适用的电压供用电器使用。一般使用的交流电为三相交流电，其电缆有三条火线和一条公共地线，三条火线上的正弦波各有120°之相位差。对于一般用户只使用其中的一或两条相线（一条时需要零线）。实际在我们日常生活中，交流电入户之后进入电器，电器里面都会有电源模块将交流电转化为直流电供电器使用。在有些工业上如电解和电镀等，也可利用整流设备，将交流电转化为直流电。摘要：随着科技的进步，生活中的电器是我们的生活变的更加的方便快捷，但是很多电器的使用要求是直流电，而我们的家用电是220V交流电，这就要求电器内部拥有能将交流电转换为直流电的装置，在这里我们就讨论一种能够实现需求的电路——整流滤波电路，学习了解其工作原理对于以后的更加深度的学习有着重要的意义。关键词：科技直流电交流电整流滤波设计目的本设计的目的是掌握交流电路的基本特性及交流电路各参数的测量方法。了解整流滤波电路的基本工作原理，并学会使用各种信息查阅相关资料设计出满足要求的整流电路。设计所用仪器与材料示波器、数字万用表、常用电子工具、电烙铁变压器Ｔ220V／12V1A15VA１只二极管1N40071A,100V４只电解电容Ｃ16V100uF１只电阻器1R1只万能实验板５０×５０×５每组一块单刀单掷开关（可以不用）设计原理A交流电路正弦交流电的表达方式和时间曲线图如下所示。 由图可见，正弦交流电的特性表现在正弦交流电的大小、变化快慢及初始值方面。而它们分别由幅值（或有效值）、频率（或周期）和初相位来确定。所以幅值、频率和初相位被称为正弦交流电的三要素。幅值、平均值和有效值（1）幅值峰值或最大值，记为UP或IP，峰点电位之差称为“峰-峰值”，记为UP-P和IP-P。显然。（2）平均值令i(t)、u(t)分别表示时间变化的交流电流和交流电压，则它们的平均值分别为这里T是周期，平均值实际上就是交流信号中直流分量的大小，所以图上所示的正弦交流电的平均值为0。（3）有效值在实际应用中，交流电路中的电流或电压往往是用有效值而不是用幅值来表示。许多交流电流或电压测量设备的读数均为有效值。有效值采用如下定义：2、周期与频率正弦交流电通常用周期（T）或频率（f）来表示交变的快慢，也常常用角频率（ω）来表示，这三者之间的关系是需要指出的是：同频率正弦交流电的和或差均为同一频率的正弦交流电。此外，正弦交流电对于时间的导数（）或积分（）也仍为同一频率的正弦交流电。这在技术上具有十分重要的意义。B整流和滤波：整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。1、整流原理利用二极管的单向导电性可实现整流。二极管的单向导电性原理，晶体二极管为一个由p型半导体和n型半导体形成的p-n结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于p-n结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流，在电子工程领域这个反响饱和电流可以被忽略。半波整流下图D是二极管，RL是负载电阻。若输入交流电为则经整流后输出电压u0(t)为（一个周期内）其相应的平均值（即直流平均值，又称直流分量）（2）全波桥式整流前述半波整流只利用了交流电半个周期的正弦信号。为了提高整流效率，使交流电的正负半周信号都被利用，则应采用全波整流，现以全波桥式整流为例来说明，其电路和相应的波形如下图所示。若输入交流电仍为则经桥式整流后的输出电压u0(t)为（一个周期）其相应直流平均值为由此可见，桥式整流后的直流电压脉动大大减少，平均电压比半波整流提高了一倍（忽略整流内阻时）。滤波电路电容滤波RC半波滤波电路的结构以及工作原理在负载上并联一个电容器，利用电容器充放电时端电压不能跃变的特性使直流输出电压保持稳定。图中为一个简单的整流滤波电路，二极管VD起整流作用，与负载并联的电容C起滤波作用，这个电容器就是一个最简单的滤波器。RC平滑滤波电路是利用电容器的端电压在电路状态改变时不能跃变的原理实现滤波的。下面结合图来讲述RC平滑滤波电路的工作原理。由于二极管的整流作用，未接滤波电容器时，忽略二极管正向压降，输出为半波，如图(a)图所示；并联滤波电容器以后，由于电容两端电压不能跃变，输出波形如图(b)所示。改善滤波电容器的性能可获得直流电。RC全波滤波电路的结构以及工作原理电容滤波器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电。我们已经知道电容器的充、放电原理。图下所示为电容滤波器在带负载电阻后的工作情况。由于电容器的电压不能突变，故在这一小段时间内，它可以被看成是一个反电动势（类似蓄电池）。由电容两端的电压不能突变的特点，达到输出波形趋于平滑的目的。经滤波后的输出波形如图下所示。实验内容测量交流电压（或电流）计算峰值2、电路的安装基本操作工艺描述：对照上述器件，选取元件并用万用表测判器件。质量检测→清除元器件氧化层并搪锡→连接导线搪锡→对照电路原理图在万能板上合理布局安装电路元件→焊接电路元件→清扫现场。根据表二，配齐元器件，并用万用表检查元件的性能及好坏。清除元件的氧化层，并搪锡。（对已进行预处理的新器件不搪锡）剥去电源连线及负载连接线端的绝缘，清除氯化层均加以搪锡处理。合理布局电路元器件。安装二极管、电解电容并注意极性。元器件安装完毕，经检查无误后，进行焊接固定。3、调试基本调试步骤：安装电源检查各元器件的焊接质量通电调试测量将变压器次级引入万能线路板上并焊接，变压器的初级220引线端通过密封型保险丝座和电源插头线连接。检查各元器件有无虚焊、错焊、漏焊及各引线是否正确、有无疏漏和短路。接通电源，观察有无异常情况，用万用表测量输出、输入电压并进行记录。输出电压不正常进的故障现象及原因如表三所述：故障现象故障原因输出电压不稳定检查电源电压是否补动，输出电压应随输入电压上下波动。输出电压为0V变压器初、次绕组开路或电源与整流桥未接好。接通电源后，电路温度升高的很快电源变压器初次级绕组已短路，或初次级装反，或整流桥中二极管一个极性装反，或滤波电路短路，或负载电阴短路。此时应立即切断电源，查明原因。故障在二次侧部分，重点检查二极管及输出有无短路情况。参考文献；北京理工大学珠海学院物理实验中心夏欢老师519085

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