所謂橋式整流電路,就是用二極管組成一個(gè)整流電橋。
當(dāng)輸入電壓處于交流電壓正半周時(shí),二極管D1、負(fù)載電阻RL、D3構(gòu)成一個(gè)回路(圖5中虛線所示),輸出電壓Vo=vi-VD1-VD3。輸入電壓處于交流電壓負(fù)半周時(shí),二極管D2、負(fù)載電阻RL、D4構(gòu)成一個(gè)回路,輸出電壓Vo=vi-VD2-VD4。圖中濾波電容的工作狀態(tài)。
由上述分析可知,二極管橋式整流電路輸出的也是一個(gè)方向不變的脈動(dòng)電壓,但脈動(dòng)頻率是半波整流的一倍。 與半波整流輸出電壓有效值計(jì)算相類似,可以得到橋式整流輸出電壓有效值Vorsm=0.9Ursm。
通過(guò)上述分析,可以得到橋式整流電路的基本特點(diǎn)如下:
(1)橋式整流輸出的是一個(gè)直流脈動(dòng)電壓。
?。?)橋式整流電路的交流利用率為100%。
?。?)電容輸出橋式整流電路,二極管承擔(dān)的最大反向電壓為2倍的交流峰值電壓(電容輸出時(shí)電壓疊加)。
?。?)橋式整流電路二極管的負(fù)載電流僅為半波整流的一半。
?。?)實(shí)際電路中,橋式整流電路中二極管和電容的選擇必須滿足負(fù)載對(duì)電流的要求。
安裝在整流電路兩端用以降低交流脈動(dòng)波紋系數(shù)提升高效平滑直流輸出的一種儲(chǔ)能器件,通常把這種器件稱其為濾波電容。由于濾波電路要求儲(chǔ)能電容有較大電容量。所以,絕大多數(shù)濾波電路使用電解電容。電解電容由于其使用電解質(zhì)作為電極(負(fù)極)而得名。電解電容的一端為正極,另一端為負(fù)極,不能接反。正極端連接在整流輸出電路的正端,負(fù)極連接在電路的負(fù)端。
在所有需要將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路中,設(shè)置濾波電容會(huì)使電子電路的工作性能更加穩(wěn)定,同時(shí)也降低了交變脈動(dòng)波紋對(duì)電子電路的干擾。濾波電容在電路中的符號(hào)一般用“C“表示,電容量應(yīng)根據(jù)負(fù)載電阻和輸出電流大小來(lái)確定。當(dāng)濾波電容達(dá)到一定容量后,加大電容容量反而會(huì)對(duì)其他一些指標(biāo)產(chǎn)生有害影響。
一、橋式整流電路:
1、二極管的單向?qū)щ娦?、伏安特性曲線、“理想開關(guān)模型”、“理想恒壓源模型”:
如下圖所示:正向電壓達(dá)一定值時(shí)(硅管0.7v,鍺管0.5v),電流與電壓可近似看成線性(正比)關(guān)系。二極管是一個(gè)非線性元件,對(duì)于非線性電路的分析與計(jì)算是比較復(fù)雜的。為了使電路的分析簡(jiǎn)化,可以用線性元件組成的電路來(lái)模擬二極管。
二極管應(yīng)用于直流電路時(shí),常用一個(gè)理想二極管模型來(lái)等效,可把它看成一個(gè)理想開關(guān)。即“開關(guān)模型”:
正偏時(shí),相當(dāng)于“開關(guān)”閉合(ON),電阻為零,壓降為零;反偏時(shí),相當(dāng)于“開關(guān)”斷開(OFF),電阻為無(wú)限大,電流為零。理想二極管模型突出表現(xiàn)了二極管最基本的特性--單向?qū)щ娦裕詮V泛應(yīng)用于直流電路及開關(guān)電路中。
另外,還可以把二極管看成一個(gè)恒壓降模型:當(dāng)二極管導(dǎo)通以后,其管壓降為恒定值,且不隨電流改變,一般認(rèn)為硅管為0.7V,鍺管0.5V。
2、橋式整流電路中電流的流向、空載輸出電壓、電流的計(jì)算、二極管的反向電壓計(jì)算、輸入輸出波形
如上圖所示,箭頭是電流的方向。
Usc=0.9*E2
Isc=0.9Usc/Rfz
每只二極管的反向電壓為E2/2
二、電源濾波器:
1、電源濾波過(guò)程分析:
如果變壓器為1:1的話,有效值為220V、頻率為50HZ的交流電經(jīng)電橋整流后為有效值200V(220V*0.9)、頻率為100HZ的單向脈動(dòng)電壓信號(hào)。為了獲得直流電路工作所需的直流電源,還需對(duì)整流后的信號(hào)進(jìn)行濾波處理,來(lái)過(guò)濾掉一些波動(dòng),使其非常接近于直流。
實(shí)現(xiàn)電源的濾波方法常用的有兩種:儲(chǔ)能濾波電容濾波、π型濾波。
如下圖所示,采用了儲(chǔ)能電容濾波,后輸出波開形明顯地平滑多了,脈動(dòng)小多了。如果電容足夠大的話,使橋電路輸出的電壓信更平滑,接近于一條直線。那么此時(shí)的電壓約為260v(220V*1.2)。
π型濾波又有電感式、電阻式。電感在濾波電路中被叫作扼流圈,有扼制交流的作用,能除去一些電橋輸出信號(hào)上小小波動(dòng)。所以π型濾波比只采用儲(chǔ)能電容濾波輸出的信號(hào)的平滑度穩(wěn)定度更好。其中電感的值要越大越好,阻交流就性能和穩(wěn)定電路電流的作用就越好,但也不要太大,否則占的空間也就越大。
電阻式一般用在電流小的場(chǎng)合,且其中的電阻的額定功率要大于負(fù)載的額定功率,否則會(huì)燒壞,另外電阻的阻值要很小,一般取1~3?。
2、濾波電容的容量和耐壓值的選定:
對(duì)承擔(dān)濾波任務(wù)的電容器C的容量要求,前面多次提到必須“足夠大”,那么這里的“足夠大”究竟是多大?在工程上可以這樣來(lái)估算:
式中的T是指對(duì)電容器的充電周期。我國(guó)民用交流電頻率是50Hz,周期是0.02s。那么,對(duì)半波整流電路,T=0.02s;對(duì)橋式整流電路,T=0.01秒。式中的R是指負(fù)載電阻。
如果R=30,則:
如果在工作過(guò)程中有一個(gè)二極管突然開路,不論是哪一個(gè)二極管,其結(jié)果都是使橋式整流變成了半波整流,那么輸出的直流電壓值將會(huì)下降。所以二極管的選擇一樣也很重要。
如果您想自己設(shè)計(jì)制作一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的直流電源,現(xiàn)假設(shè)您需要的輸出電壓是0U,要求輸出電流不小于oI,那么以下參數(shù)要求可以供您設(shè)計(jì)時(shí)參考。
電橋后輸出電壓有效值為(未被濾波)
3、電源濾波與信號(hào)濾波的異同點(diǎn)
信號(hào)濾波器用來(lái)從輸入信號(hào)中過(guò)濾出有用信號(hào)濾除無(wú)用信號(hào)和噪聲干擾。其原理是利用電路的幅頻特性,其通帶的范圍設(shè)為有用信號(hào)的范圍,而把其他頻譜成分過(guò)濾掉。 而電源濾波器則是用來(lái)穩(wěn)定電源的輸出電壓,基本可以理解為阻礙交流,導(dǎo)通直流。如果是交流電源,則通帶是某一單一頻率。
兩者區(qū)別為:信號(hào)濾波器用來(lái)過(guò)濾信號(hào),其通帶是一定的頻率范圍,而電源濾波器則是用來(lái)濾除交流成分,使直流通過(guò),從而保持輸出電壓穩(wěn)定;交流電源則是只允許某一特定的頻率通過(guò)。
相同點(diǎn):都是用電路的幅頻特性來(lái)工作。