整流滤波的电路设计实验
一、实验目的：1、研究半波整流电路，全波整流电路。
2、电容滤波电路，观察滤波器在半波和全波整流中的滤波效果。
3、整流滤波电路输出脉动电压的峰值
4、进一步掌握示波器显示与测量的技能。
二、实验仪器：示波器，6v交流电源，面包板，电容（470uF、10uF）电阻（200Ω,100Ω,50Ω,25Ω），导线若干。
三、实验原理：
1、实验思路
利用二极管正向导通反向截至的特性，与RC电路的特性，通过二极管、电阻与电容的串并联设计出各种整流电路和滤波电路进行研究。
2、半波整流电路
变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管，就是半波整流。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被二极管所阻，没有电流。
2.1单相半波整流
只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载的电路称为单相半波整流电路。
原理：如图4.1，利用二极管的单向导电性，在输入电压Ui为正的半个周期内，二极管正向偏置，处于导通状态，负载RL上得到半个周期的直流脉动电压和电流；而在Ui为负的半个周期内，二极管反向偏置，处于关断状态，电流基本上等于零。由于二极管的单向导电作用，将输入的交流电压变换成为负载RL两端的单向脉动电压，达到整流目的，其波形如图4.2。
3、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，其电路和相应的波形如图6.2.1-3所示。
若输入交流电仍为
t U t u P i ωsin )(= （8）
则经桥式整流后的输出电压u 0(t)为（一个周期）
t
U u t U u P P ωωsin sin 00-==
π
ωππ
ω20≤≤≤≤t t （9）
其相应直流平均值为
⎰≈==T P P U U dt t u T u 000637.02
)(1π
（10）
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）。 （1） 滤波电路
经过整流后的电压（电流）仍然是有“脉动”的直流电，为了减少被波动，通常要加滤波器，常用的滤波电路有电容、电感滤波等。现介绍最简单的滤波电路。 电容滤波电路
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6.2.1-4所示为电容滤波器在带负载电阻后的工作情况。设在t 0时刻接通电源，整流元件的正向电阻很小，可略去不计，在t=t 1时，U C 达到峰值为i U 2。此后U i 以正弦规律下降直到t 2时刻，二极管D 不再导电，电容开始放电，U C 缓慢下降，一直到下一个周期。电压U i 上升到和U C 相等时，即t 3以后，二极管D 又开始导通，电容充电，直到t 4。在这以后，二极管D 又截止，U C 又按上述规律下降，如此周而复始，形成了周期性的电容器充电放电过程。在这个过程中，二极管D 并不是在整个半周内都导通的，从图上可以看到二极管D 只在t 3到t 4段内导通并向电容器充电。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6.2.1-5所示。
四、实验内容及观测现象记录
半波整流
整流前
时间格 5ms 电压格5
整流后
时间格 5ms 电压格5 电阻200Ω电容10uF,35V
2全波整流
整流波形
整流前
时间格 5ms 电压格5
整流后
时间格 5ms 电压格5 电阻200Ω电容滤波
时间格 5ms 电压格5 电容10uF,35V 桥式整流
时间格 5ms 电压格5 电容10uF,35V 电阻100Ω
时间格 5ms 电压格5 电容10uF,35V 电阻50Ω
时间格 5ms 电压格2 电容470uF,35V 电阻200Ω
时间格 5ms 电压格2 电容470uF,35V 电阻100Ω
时间格 5ms 电压格2 电容470uF,35V 电阻25Ω
五、思考题
1、半波整流电路和全波桥式整流电路的工作原理分别是？
1、半波整流电路工作原理：
设变压器二次绕组的交流电压u2= U2sinωt，式中，U2为二次电压有效值。u2的波形如图7.1.2（a）所示。
图7.1.1 单相半波整流电路
(1)正半周u2瞬时极性a(+)，b(-)，VD正偏导通，二极管和负载上有电流流过。若向压降UF忽略不计，则uo=u2。
单项半空桥式电路
(2)负半周u2瞬时极性a(-)，b(+)，VD反偏截止，IF≈0，uD=u2。
2、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。此时采用全波整流。
全波桥式整流电路如下：
图6.2.1-3桥式
整流电路和波形图
若输入交流电仍为
(8)
则经桥式整流后的输出电压为(一个周期)：
(9)
其相应直流平均值为：
(10)
由此可见，桥式整流后的直流电压脉动大大减少,平均值比半波整流提高了一倍（忽略整流内阻）
2、两种电路的整流、滤波输出电压中各成分与滤波电容容量及负载电阻阻值大小的有什么关系？
1、由实验图像得：电容的容量越大，输出的交流成分的波形幅度越小，即输出电压越平稳。
2、由实验图像得：负载电阻阻值越小，输出的交流成分的波形幅度越小，即输出电压越平稳。
