整流與濾波電路原理
整流電路的關鍵問題是利用二極管的單向導電性,將交流電壓變換成單相脈動電壓。單相整流電路可分半波、全波、橋式、倍壓整流等。由於半波整流電路只在電源的半個周期工作,電源利用率低,輸出波形脈動較大,且電路簡單。
1、全波整流電路
如下圖所示,全波整流是由兩個單相半波整流電路組成的,變壓器的二次線圈的中心抽頭把U2分成兩個大小相等,方向相反的U21和U22
圖1 全波與橋式整流電路
工作原理:在正弦交流電源的正半周,VD1正向導通,VD2反向截至,電流經VD1,負載電阻RL回到變壓器中心抽頭0點,構成回路,負載得到半波整流電壓和電流。
同理,在電源的負半周,VD2導通,VD1截止。電流經VD2,RL流回到變壓器中心抽頭0點,負載RL又得到半波電壓和電流。在負載上得到的電壓和電流波形圖見圖2a。
電路壹直重復上述過程,由此可見,全波整流電路的兩只二極管VD1,VD2是輪流工作的。
2、橋式整流電路
如上圖b)所示,單相橋式整流電路由電源變壓器T,整流二極管VD1.VD2.VD3,VD4和負載電阻RL組成。與全波整流電路壹樣,變壓器將電網交流電壓變換成整流電路所需的交流電壓,設
當電源電壓處於U2的正半周時,變壓器二次繞組的a端電位高於b端電位,VD1,VD3在正向電壓作用下導通,VD2和VD4在反向電壓作用下截止,電流從變壓器二次繞組的a端出發,經VD1,RL,VD3,由b端返回構成通路。由電流通過負載電阻RL,輸出電壓Uo=U2..。
相同原理可以分析電源電壓處於負半周的情況。
在交流電壓的整個周期內,整流器件在正負半周內各導通壹次,負載電阻始終有電流通過,並且保持為同壹方向,得到兩個半波電壓和電流,如圖2b所示。所以橋式整流也是壹種全波整流電路
圖2 全波與橋式整流電壓電流波形圖
二、濾波電路
整流電路可以使交流電轉換為脈動直流電,這種脈動直流電不僅包含直流分量,還有交流分量。但是需要的是直流分量,因此必須把脈動直流中的交流分量去掉。從阻抗觀點看,電感線圈的直流電阻很小,而交流阻抗很大;電容器的直流電阻很大,交流電阻很小。如果組合起來就能很好地濾除交流分量。這種組合就是濾波器。常用的濾波電路有以下幾種形式。
1、電容濾波電路
如下圖就是電容濾波電路,即在負載兩端並聯壹只電容。
工作原理:利用電容兩端電壓不能突變的特性,當二級管導通時,壹方面給負載供電,另壹方面對電容充電。充電到壹定程度,電容開始經過負載電阻放電。放電速度較慢,會持續到交流電的負半周,然後再重復上述過程。
輸出電壓的大小和脈動程度與放電時間常數有關。
橋式整流電容濾波後,輸出電壓Uo=(1.1~1.4)U2.。濾波電容選用幾十微法以上的電解電容,要註意其耐壓值應高於1.4倍U2.。
2、電感濾波電路
如果要求負載電流較大時,輸出電壓仍較平穩,則采用電感濾波電路。如下圖所示。
電感線圈上的直流阻抗很小,所以脈動直流電壓中的直流分量很容易通過電感線圈,幾乎全部到達負載電阻RL,而電感對交流的阻抗很大,所以脈動電壓中的交流分量很難通過電感線圈。由於電感和負載電阻串聯,對交流分量可看成壹個分壓器,如果電感的感抗比負載電阻大很多,那麽交流分量將大部分降在電感上,這樣就可以將脈動較大的直流輸出變為較平穩的直流輸出