单相整流及电容滤波电路

第二节 单相整流滤波电路整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电变换为脉动直流电的电路。

根据交流电的相数，整流电路可分为单相整流电路与三相整流电路等，在小功率电路中（1kV A 以下）一般采用单相整流，常见的有单相半波、全波和桥式整流。

本节重点讨论单相半波和桥式整流电路。

一、单相整流电路1．单相半波整流 电路由整流变压器Tr 、整流二极管VD 以及负载电阻R L 组成，如图6-2-1（a ）所示。

VD图6-2-1 单相半波整流电路 a ）b ） （a ）电路图 （b ）波形图图6-2-1（a ）中，设电源变压器次级电压u 2为t U u ω=sin 222式中，U 2为次级电压的有效值。

当u 2的波形为正半周时，A 端为正，B 端为负，二极管正向导通，忽略二极管的正向导通压降时，负载电压为u o =u 2；当u 2为负半周时，A 端为负，B 端为正，二极管反向截止，电路中电流为零，负载电压u o =0，u 2全部加在二极管两端。

各电压波形如图6-2-1（b ）所示，由图可知，负载上得到的是单相脉动直流电压和电流。

由于输出电压u o 仅为电源电压u 2的正半波，所以称为半波整流。

负载上脉动直流电压的大小用平均值Uo 来示，根据数学推导有2U 450U .O ≈ （6-5） 通过负载的电流Io 为L LO O .R U 450R U I 2≈= （6-6） 二极管与负载串联，因此流经二极管的平均电流为L.R U 450I I 2O D == （6-7） 此外，由图6-3（b ）可知，二极管反向截止时，管子两端承受的最高反向电压就是u 2的最大值，即2DRM 2U U = （6-8） 在选择二极管时，所选管子的最大整流电流I F 和最高反向工作电压U RM 应大于式（6-7）和式（6-8）的计算值，即L.R U 450I I 2D F =≥ (6-9) 2RM U 2U U =≥DRM (6-10) 实际应用中，应根据I F 和U RM 的计算值查阅半导体器件手册，选择合适的二极管型号。

各种电源滤波电路图及工作原理在滤波电路中，主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件，如：电容器、电感器。

本文将对各种形式的滤波电路进行分析。

一、滤波电路种类滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；π型RC滤波电路；π型LC滤波电路；电子滤波器电路。

二、滤波原理1.单向脉动性直流电压的特点图1（a）所示是单向脉动性直流电压波形，从图中可以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的变化，所以是脉动性的。

但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解成一个直流电压和一组频率不同的交流电压，如图1（b）所示。

在图1（b）中，虚线部分是单向脉动性直流电压U o中的直流成分，实线部分是U o中的交流成分。

图1：单向脉动性电压的分解2.电容滤波原理根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。

在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。

图2所示是电容滤波原理图。

图2（a）为整流电路的输出电路。

交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的Uo图2（b）为电容滤波电路。

由于电容C1对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过C1到地，只有加到负载R L上。

对于整流电路输出的交流成分，因C1容量较大，容抗较小，交流成分通过C1流到地端，而不能加到负载R L。

这样，通过电容C1的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。

滤波电容C1的容量越大，对交流成分的容抗越小，使残留在负载R L上的交流成分越小，滤波效果就越好。

图2：电容滤波原理图3.电感滤波原理图3所示是电感滤波原理图。

由于电感L1对直流电相当于通路，这样整流电路输出的直流电压直接加到负载R L上。

对于整流电路输出的交流成分，因L1电感量较大，感抗较大，对交流成分产生很大的阻碍作用，阻止了交流电通过C1流到负载R L。

各种电源滤波电路图及工作原理在滤波电路中，主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件，如：电容器、电感器。

本文将对各种形式的滤波电路进行分析。

一、滤波电路种类滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；兀型RC滤波电路；H型LC滤波电路；电子滤波器电路。

二、滤波原理1•单向脉动性直流电压的特点图1(R所示是单向脉动性直流电压波形，从图中可以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的变化，所以是脉动性的。

但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解成一个直流电压和一组频率不同的交流电压，如图1 (b)所示。

在图1 (b)中，虚线部分是单向脉动性直流电压U。

中的直流成分，实线部分是U。

中的交流成分。

图1：单向脉动性电压的分解2.电容滤波原理根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。

在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。

图2所示是电容滤波原理图。

图2 (a)为整流电路的输岀电路。

交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的Uo 图2 (b)为电容滤波电路。

由于电容CI对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过Cl到地，只有加到负载RL上。

对于整流电路输出的交流成分，因Cl 容量较大，容抗较小，交流成分通过Cl流到地端，而不能加到负载R L。

这样，通过电容Cl的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。

滤波电容Cl的容量越大，对交流成分的容抗越小，使残留在负载RL上的交流成分越小，滤波效果就越好。

(a)(b)图2：电容滤波原理图3.电感滤波原理图3所示是电感滤波原理图。

由于电感Ll对直流电相当于通路，这样整流电路输出的直流电压直接加到负载R二上。

对于整流电路输出的交流成分，因Ll电感量较大，感抗较大，对交流成分产生很大的阻碍作用，阻止了交流电通过Cl流到负载Rx这样，通过电感Ll的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。

电容滤波的不控整流电路在交—直—交变频器等电力电子电路中，大多采用不可控整流电路经电容滤波后提供直流电源给后级的逆变器，因此有必要对电容滤波的不控整流电路开展研究。

一、带电容滤波的单相不控整流电路图1为电容滤波的单相不可控整流电路，这种电路常使用在开关电源的整流环节中。

仅用电容滤波的单相不可控整流电路如图1a)所示。

在分析时将时间坐标取在u2正半周和ud的交点处，见图3-29c)。

当u2ud，VD1、VD4­导通，交流电源向电容C充电，同时也向负载Rd供电。

设u2正半周过零点与VD1、VD2开始导通时刻相差的角度为δ，则VD1、VD2导通后(1)ωt=0时，u20=uc0=ud0=，电容电流为（2）负载电流为（3）整流桥输出电流（4）0，向电容C充电，uc随u2而上升，到达u2峰值后，uc 又随u2下降，id减小，直至ωt=θ时，id=0，VD1、VD4关断，即θ为VD1、VD4的导通角。

令id=0，可求得二极管导通角θ与初始相位角δ的关系为（5）由上式可知θ＋δ是位于第二象限的角，故（6）ωt>θ后，电容C向负载R供电，uc从t=θ/ω的数值按指数规律下降（7）ωt=π时，电容C放电结束，电压uc的数值与ωt=0是的电压数值相等，即（8）将式（6）和的关系式代入上式，可得（9）整流电路的输出直流电压可按下式计算（10）在已知ωRC的条件下，可通过式（9）求起始导电角δ，在由式（6）计算导通角θ，最后可由式（10）求出整流电路输出直流电压平均值Ud。

3.4.2 带电容滤波的三相不控整流电路图2所示的是带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。

a) b)c) L=0，ωRC= d) L>0，ωRC=e) L=0，ωRC0，ωRC<图2 带电容滤波的三相桥式不控整流电路及其电压、电流波形。

单相全波整流电路原理
单相全波整流电路是一种常用的电路配置，用于将交流电转换为直流电。

该电路可以实现对正弦信号的全波整流，即将正半周部分和负半周部分均变换为正向电压输出。

该电路主要由四个元件组成：变压器、二极管桥、负载电阻和滤波电容。

其原理如下：
1. 变压器：交流电首先经过变压器，将输入电压调整为所需的工作电压。

变压器一般具有降压或升压的功能，可以将输入电压变换到合适的范围。

2. 二极管桥：经过变压器的交流电进入二极管桥，二极管桥由四个二极管组成，排列成桥形。

它的作用是将交流电的负半周部分进行反向连接，实现对负半周信号的整流，使其转换为正向电压。

3. 负载电阻：正向输出的信号通过负载电阻连接到电路的输出端，实现对电流的限制。

负载电阻可以保护其他电路元件免受过大电流的损害，并将电流转换为有效的输出功率。

4. 滤波电容：在负载电阻之前设置一个滤波电容，用于对输出电压进行滤波。

滤波电容的作用是去除电压中的纹波成分，从而获得稳定的直流输出。

通过上述连接方式，单相全波整流电路可以将交流电转换为直
流电，并实现对负半周的整流。

它在实际应用中广泛用于电源供应、充电器等场合，具有较高的转换效率和稳定性。

课程设计任务书目录1 课程设计的目的与作用 (1)1.1 课程设计的目的 (1)1.2 课程设计的方法 (1)2 设计任务、及所用multisim软件环境介绍 (1)2.1 设计任务 (1)2.1.1单相桥式整流电容滤波电路 (1)2.1.2矩形波发生器 (1)2.1.3音调发生电路 (1)2.1.4微变积分电路 (1)2.2 Multisim软件环境简介 (1)2.2.1 Multistim 10简介 (1)2.2.2 Multistim 10主页面 (2)2.2.3 Multistim 10元器件库 (2)2.2.4 Multistim 10虚拟仪器 (3)2.2.5 Multistim 10分析工具 (3)3 电路模型的建立 (4)3.1单相桥式整流电容滤波电路 (4)3.2矩形波发生器 (4)3.3音调发生电路 (5)3.4微变积分电路 (5)4 理论分析及计算 (6)4.1理论分析 (6)4.1.1单相桥式整流电容滤波电路 (6)4.1.2矩形波发生器 (6)4.1.3音调发生电路 (6)4.1.4微变积分电路 (6)4.2工作原理 (6)1 课程设计的目的与作用1.1 课程设计的目的（1）了解并掌握Multisim软件，并能熟练的使用其进行仿真；（2）加深理解单相桥式整流电容滤波电路的组成及性能；（3）进一步学习整流电路基本参数的测试方法。

1.2 课程设计的方法通过自己动手亲自设计和用Multistim软件来仿真电路，不仅能使我们队书上说涉及到的程序软件有着更进一步的了解和掌握，而且通过计算机仿真，避免了实际动手操作时机器带来的误差，使我们对上课所学到的知识也有更深刻的了解。

2 设计任务、及所用multisim软件环境介2.1设计任务2.1.1单相桥式整流电容滤波电路设计单相桥式整流电容滤波电路，使输出电压成为比较平滑的直流电压，电路由自己独自设计完成，在实验中通过自己动手调试电路，能够真正掌握实验原理，即静态分析和动态分析，并在试验后总结出心得体会。

电源电路中变压、整流、滤波电路详解基础电路一般直流稳压电源都使用220伏市电作为电源，经过变压、整流、滤波后输送给稳压电路进行稳压，最终成为稳定的直流电源。

这个过程中的变压、整流、滤波等电路可以看作直流稳压电源的基础电路，没有这些电路对市电的前期处理，稳压电路将无法正常工作。

1、变压电路通常直流稳压电源使用电源变压器来改变输入到后级电路的电压。

电源变压器由初级绕组、次级绕组和铁芯组成。

初级绕组用来输入电源交流电压，次级绕组输出所需要的交流电压。

通俗的说，电源变压器是一种电→磁→电转换器件。

即初级的交流电转化成铁芯的闭合交变磁场，磁场的磁力线切割次级线圈产生交变电动势。

次级接上负载时，电路闭合，次级电路有交变电流通过。

变压器的电路图符号见图1。

图1变压器电路图符号2、整流电路经过变压器变压后的仍然是交流电，需要转换为直流电才能提供给后级电路，这个转换电路就是整流电路。

在直流稳压电源中利用二极管的单项导电特性，将方向变化的交流电整流为直流电。

（1）半波整流电路半波整流电路见下图。

其中B1是电源变压器，D1是整流二极管，R1是负载。

B1次级是一个方向和大小随时间变化的正弦波电压，波形如图2所示。

0～π期间是这个电压的正半周，这时B1次级上端为正下端为负，二极管D1正向导通，电源电压加到负载R1上，负载R1中有电流通过；π～2π期间是这个电压的负半周，这时B1次级上端为负下端为正，二极管D1反向截止，没有电压加到负载R1上，负载R1中没有电流通过。

在 2π～3π、3π～4π等后续周期中重复上述过程，这样电源负半周的波形被“削”掉，得到一个单一方向的电压，波形如图3所示。

由于这样得到的电压波形大小还是随时间变化，我们称其为脉动直流。

图2半波整流电路图图3半波整流波形图设B1次级电压为E，理想状态下负载R1两端的电压可用下面的公式求出：整流二极管D1承受的反向峰值电压为：由于半波整流电路只利用电源的正半周，电源的利用效率非常低，所以半波整流电路仅在高电压、小电流等少数情况下使用，一般电源电路中很少使用。

提问导入: 什么电子 设备需要 用到直流 电？激发 兴趣手机数码相机基础知识整流和滤波电路NOKIA^ At* X?¥艰E|J ■中US 筑二用口置5 E^SKSFOLFIMIW EC MCI ShGflr. □KUiX LH# gGHdlS 旧8M ADE 周UF 川提问：如何 得到直流 电曜rm:党口叶 PftOPf ？LV M^EMFuXEF 导入：1、什么电子设备需要用到直流电?㈠单相桥式整流电路将交流电变换为直流电（脉动）的过程称为整流，利用二极管的单向导 电性可以实现整流整流电路单相整流电路三相整流电路，根据整流电路的形式还可分为半 波、全波和桥式整流电路。

1 .电路结构单相桥式整流电路如图1-7所示。

在电路中，4只整流二极管连接成电 桥形式，称为桥式整流电路。

常有如图1-7所示的几种形式的画法，其中图（c ）为单相桥式整流电 路最常用的简单画法。

数码相机锂电手机充电器电脑电源 直流稳压电源结合演示 讲解⑻电路面法1 0)电路画法2 (c)匍化国法图1-7单相桥式整流电路2.工作原理在交流电压u2的正半周(即0〜2「时，整流二极管VD1、VD3正偏导通，VD2、VD4反偏截止，产生电流i L通过负载电阻R L,并在负载电阻R L 上形成输出电压u L，如图1-8(a)所示。

在交流电压u2的负半周(即t1~t2)时，整流二极管VD2、VD4正偏导通，VD1、VD3反偏截止，产生电流i L同样通过负载电阻R L,并在负载电阻R L上形成输出电压u L，如图1-10(b)所示。

输出信号的波形如图1-10(c)所示。

结合演示讲解VEH］如老、VD1-VD4图1-8单相桥式整流电路工作原理在交流电压u9的一个周期（正、负各半周），都有相同一方向的电流流2过RL,4只整流二极管中，两只导通时另两只截止，轮流导通工作，并以周期性地重复工作过程。

在负载R L上得到大小随时间看改变但方向不变的全波脉动直流输出电流i L和输出电压u L，所以这种整流电路属于全波整流类型。