一文讀懂4種整流電路、5種濾波電路

時(shí)間：2021-10-18 16:48:09

關(guān)鍵字：濾波電路整流電路

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[導(dǎo)讀]基本電路：一般直流穩(wěn)壓電源都使用220伏市電作為電源，經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波后輸送給穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，最終成為穩(wěn)定的直流電源。這個(gè)過(guò)程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)電路，沒(méi)有這些電路對(duì)市電的前期處理，穩(wěn)壓電路將無(wú)法正常工作。01、變壓電路通常直流穩(wěn)壓電源使用電...

基本電路：一般直流穩(wěn)壓電源都使用220伏市電作為電源，經(jīng)過(guò)變壓、整流、濾波后輸送給穩(wěn)壓電路進(jìn)行穩(wěn)壓，最終成為穩(wěn)定的直流電源。這個(gè)過(guò)程中的變壓、整流、濾波等電路可以看作直流穩(wěn)壓電源的基礎(chǔ)電路，沒(méi)有這些電路對(duì)市電的前期處理，穩(wěn)壓電路將無(wú)法正常工作。01、變壓電路通常直流穩(wěn)壓電源使用電源變壓器來(lái)改變輸入到后級(jí)電路的電壓。電源變壓器由初級(jí)繞組、次級(jí)繞組和鐵芯組成。初級(jí)繞組用來(lái)輸入電源交流電壓，次級(jí)繞組輸出所需要的交流電壓。通俗的說(shuō)，電源變壓器是一種電→磁→電轉(zhuǎn)換器件。即初級(jí)的交流電轉(zhuǎn)化成鐵芯的閉合交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的磁力線切割次級(jí)線圈產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)。次級(jí)接上負(fù)載時(shí)，電路閉合，次級(jí)電路有交變電流通過(guò)。變壓器的電路圖符號(hào)見(jiàn)圖2-3-1。02、整流電路經(jīng)過(guò)變壓器變壓后的仍然是交流電，需要轉(zhuǎn)換為直流電才能提供給后級(jí)電路，這個(gè)轉(zhuǎn)換電路就是整流電路。在直流穩(wěn)壓電源中利用二極管的單項(xiàng)導(dǎo)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(jiàn)圖2-3-2。其中B1是電源變壓器，D1是整流二極管，R1是負(fù)載。B1次級(jí)是一個(gè)方向和大小隨時(shí)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(gè)電壓的正半周，這時(shí)B1次級(jí)上端為正下端為負(fù)，二極管D1正向?qū)?，電源電壓加到?fù)載R1上，負(fù)載R1中有電流通過(guò)；π～2π期間是這個(gè)電壓的負(fù)半周，這時(shí)B1次級(jí)上端為負(fù)下端為正，二極管D1反向截止，沒(méi)有電壓加到負(fù)載R1上，負(fù)載R1中沒(méi)有電流通過(guò)。在 2π～3π、3π～4π等后續(xù)周期中重復(fù)上述過(guò)程，這樣電源負(fù)半周的波形被“削”掉，得到一個(gè)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(shí)間變化，我們稱其為脈動(dòng)直流。設(shè)B1次級(jí)電壓為E，理想狀態(tài)下負(fù)載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：整流二極管D1承受的反向峰值電壓為：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(shù)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(fù)半周也利用起來(lái)，這樣就有了全波整流電路。全波整流電路圖見(jiàn)圖2-3-6。相對(duì)半波整流電路，全波整流電路多用了一個(gè)整流二極管D2，變壓器B1的次級(jí)也增加了一個(gè)中心抽頭。這個(gè)電路實(shí)質(zhì)上是將兩個(gè)半波整流電路組合到一起。在0～π期間B1次級(jí)上端為正下端為負(fù)，D1正向?qū)?，電源電壓加到R1上，R1兩端的電壓上端為正下端為負(fù)，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(jí)上端為負(fù)下端為正，D2正向?qū)?，電源電壓加到R1上，R1兩端的電壓還是上端為正下端為負(fù)，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(xù)周期中重復(fù)上述過(guò)程，這樣電源正負(fù)兩個(gè)半周的電壓經(jīng)過(guò)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(fù)，其波形如圖2-3-7（d）所示。設(shè)B1次級(jí)電壓為E，理想狀態(tài)下負(fù)載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：整流二極管D1和D2承受的反向峰值電壓為：全波整流電路每個(gè)整流二極管上流過(guò)的電流只是負(fù)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(lái)比較麻煩，于是出現(xiàn)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(gè)整流二極管。由于四個(gè)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。由圖2-3-13可以看出在電源正半周時(shí)，B1次級(jí)上端為正，下端為負(fù)，整流二極管D4和D2導(dǎo)通，電流由變壓器B1次級(jí)上端經(jīng)過(guò)D4、R1、D2回到變壓器B1次級(jí)下端；由圖2-3-14可以看出在電源負(fù)半周時(shí)，B1次級(jí)下端為正，上端為負(fù)，整流二極管D1和D3導(dǎo)通，電流由變壓器B1次級(jí)下端經(jīng)過(guò) D1、R1、D3回到變壓器B1次級(jí)上端。R1兩端的電壓始終是上正下負(fù)，其波形與全波整流時(shí)一致。設(shè)B1次級(jí)電壓為E，理想狀態(tài)下負(fù)載R1兩端的電壓可用下面的公式求出：整流二極管D1和D2承受的反向峰值電壓為：橋式整流電路每個(gè)整流二極管上流過(guò)的電流是負(fù)載電流的一半，與全波整流相同。通常情況下橋式整流電路都簡(jiǎn)化成圖2-3-17的形式。（4）倍壓整流電路前面介紹的三種整流電路輸出電壓都小于輸入交流電壓的有效值，如果需要輸出電壓大于輸入交流電壓有效值時(shí)可以采用倍壓電路，見(jiàn)圖2-3-18。由圖 2-3-19可知，在電源的正半周，變壓器B1次級(jí)上端為正下端為負(fù)，D1導(dǎo)通，D2截止，C1通過(guò)D1充電，充電后C1兩端電壓接近B1次級(jí)電壓峰值，方向?yàn)樽蠖苏叶素?fù)；由圖2-3-20可知，在電源的負(fù)半周，變壓器B1次級(jí)上端為負(fù)下端為正，D1截止，D2導(dǎo)通，C2通過(guò)D1充電，充電后C2兩端電壓接近C1兩端電壓與B1次級(jí)電壓峰值之和，方向?yàn)橄露苏隙素?fù)。由于負(fù)載R1與C1并聯(lián)，當(dāng)R1足夠大時(shí)，R1兩端的電壓即為接近2倍B1次級(jí)電壓。二倍壓整流電路還有另外一種形式的畫法，見(jiàn)圖2-3-21，其原理與圖2-3-18完全一致，只是表現(xiàn)形式不一樣。二倍壓電路還可以很容易的擴(kuò)展為n倍壓電路，具體電路見(jiàn)圖2-3-22。03、濾波電路交流電經(jīng)過(guò)整流后得到的是脈動(dòng)直流，這樣的直流電源由于所含交流紋波很大，不能直接用作電子電路的電源。濾波電路可以大大降低這種交流紋波成份，讓整流后的電壓波形變得比較平滑。（1）電容濾波電路電容濾波電路圖見(jiàn)圖2-3-23，電容濾波電路是利用電容的充放電原理達(dá)到濾波的作用。在脈動(dòng)直流波形的上升段，電容C1充電，由于充電時(shí)間常數(shù)很小，所以充電速度很快；在脈動(dòng)直流波形的下降段，電容C1放電，由于放電時(shí)間常數(shù)很大，所以放電速度很慢。在C1還沒(méi)有完全放電時(shí)再次開(kāi)始進(jìn)行充電。這樣通過(guò)電容C1的反復(fù)充放電實(shí)現(xiàn)了濾波作用。濾波電容C1兩端的電壓波形見(jiàn)圖2-3-24（b）。選擇濾波電容時(shí)需要滿足下式的條件：（2）電感濾波電路電感濾波電路圖見(jiàn)圖2-3-26。電感濾波電路是利用電感對(duì)脈動(dòng)直流的反向電動(dòng)勢(shì)來(lái)達(dá)到濾波的作用，電感量越大濾波效果越好。電感濾波電路帶負(fù)載能力比較好，多用于負(fù)載電流很大的場(chǎng)合。（3）RC濾波電路使用兩個(gè)電容和一個(gè)電阻組成RC濾波電路，又稱π型RC濾波電路。見(jiàn)圖2-3-27所示。這種濾波電路由于增加了一個(gè)電阻R1，使交流紋波都分擔(dān)在R1上。R1和C2越大濾波效果越好，但R1過(guò)大又會(huì)造成壓降過(guò)大，減小了輸出電壓。一般R1應(yīng)遠(yuǎn)小于R2。（4）LC濾波電路與RC濾波電路相對(duì)的還有一種LC濾波電路，這種濾波電路綜合了電容濾波電路紋波小和電感濾波電路帶負(fù)載能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。其電路圖見(jiàn)圖2-3-28。（5）有源濾波電路當(dāng)對(duì)濾波效果要求較高時(shí)，可以通過(guò)增加濾波電容的容量來(lái)提高濾波效果。但是受電容體積限制，又不可能無(wú)限制增大濾波電容的容量，這時(shí)可以使用有源濾波電路。其電路形式見(jiàn)圖2-3-29，其中電阻R1是三極管T1的基極偏流電阻，電容C1是三極管T1的基極濾波電容，電阻R2是負(fù)載。這個(gè)電路實(shí)際上是通過(guò)三極管T1的放大作用，將C1的容量放大β倍，即相當(dāng)于接入一個(gè)（β 1）C1的電容進(jìn)行濾波。圖2-3-29中，C1可選擇幾十微法到幾百微法；R1可選擇幾百歐到幾千歐，具體取值可根據(jù)T1的β值確定，β值高，R可取值稍大，只要保證T1的集電極－發(fā)射極電壓（UCE）大于1.5V即可。T1選擇時(shí)要注意耗散功率PCM必須大于UCEI，如果工作時(shí)發(fā)熱較大則需要增加散熱片。有源濾波電路屬于二次濾波電路，前級(jí)應(yīng)有電容濾波等濾波電路，否則無(wú)法正常工作。04、整流濾波電路總結(jié)（1）常用整流電路性能對(duì)照注：U為負(fù)載兩端電壓值；I為負(fù)載上電流值；e為整流二極管壓降，一般取0.7V。（2）常用無(wú)源濾波電路性能對(duì)照（3）電容濾波電路輸出電流大小與濾波電容量的關(guān)系（4）常用整流濾波電路計(jì)算表