经验:整流电路简单的计算公式

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整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高,反向漏电流小,高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造。这种器件的结面积较大,能通过较大电流(可达上千安),但工作频率不高,一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频整流电路。

整流电路分类:

单向、三相与多项整流电路;

还可分为半波、全波、桥式整流电路;

又可分为可控与不可控;当全部或部分整流元件为可控硅(晶闸管)时称可控整流电路

(一)不可控整流电路

1、单向二极管半波整流电路

半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的,电流利用率很低;因此常用在高电压、小电流的场合,而在一般无线电装置中很少采用。

输出直流电压U=0.45U2

流过二极管平均电流 I=U/RL=0.45U2/RL

二极管截止承受的最大反向电压是 Um反=1.4U2

2、单向二极管全波整流电路

因此称为全波整流,全波整流不仅利用了正半周,而且还巧妙地利用了负半周,从而大大地提高了整流效率(Usc=0.9e2,比半波整流时大一倍)

另外,这种电路中,每只整流二极管承受的最大反向电压,是变压器次级电压最大值的两倍,因此需用能承受较高电压的二极管。

输出直流电压U=0.9U2

流过二极管平均电流只是负载平均电流的一半,即流过负载的电

流I=0.9U2/RL流过二极管电流I=0.45U2/RL

二极管截止时承受2.8U2的反向电压

因此选择二极管参数的依据与半波整流电路相比有所不同,由于交流正负两个半周均有电流流过负载,因此变压器的利用率比半波整流高。

二极管全波整流的另一种形式即桥式整流电路,是目前小功率整流电路最常用的整流电路。

3、二极管全波整流的结论都适用于桥式整流电路,不同点仅

是每个二极管承受的反向电压比全波整流小了一半。

桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整洗电路小一半!

U=0.9U2

流过负载电流I=0.9U2/RL

流过二极管电流I=0.45U2/RL

二极管截止承受反向电压U=1.4U2

另外,在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用。

图5-7 示出了二极管并联的情况:两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半,三只二极管并联,每只分担电路总电流的三分之一。总之,有几只二极管并联,"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是,在实际并联运用时",由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器,使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧

的电阻器。电流越大,R应选得越小。

图5-8示出了二极管串联的情况。显然在理想条件下,有几只管子串联,每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同,会造成电压分配不均:内阻大的二极管,有可能由于电压过高而被击穿,并由此引起连锁反应,逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R,可以使电压分配均匀。

4、1)滤波电容未接入时的半波整流电路

输出电压与变压器次级的电流(即流过二极管的电流)纹波大,输出直流电压比较小,为0.45U2

2)负载开路时候半波整流电路:

输出电压波纹为零,为理想的直流电压且输出直流电压高

输出电压保持1.414U2不变

3)有载情况下电容滤波整流电路

当二极管截止时,电容两端电压就不能保持不变,电容向负载放电,负载电流等于电容的放电电流;输出电压可达到1-1.2U2。当电容C愈大,放电进行愈慢,将使截止期加长,在稳定情况下,电容C在一个周期内充电电荷等于放电电荷。故当截止期加长,导通时间相对缩短,充电电流将相对地增大。我们知道,在电流平均值相同条件下,脉冲的宽度愈窄,幅度愈高,其有效值愈大,故具有电容滤波的整流电路,在输出直流电流相同的条件下,二极管的发热较为严重。滤波电容愈大,这种现象也愈显著。特别

在开机瞬间,这时滤波电容C上未充电,故其开始几周的充电电流不但幅值大,而且持续时间长。为了限制二极管的电流,有时给二极管串一限流电阻,但导致一定功率的损耗。但是滤波电容越大,滤波效果越好。

通常认为滤波电路的放电时间常数CR L比交流电源周期T大三至五倍,滤波效果能令人满足;即C≥(3-5)T/R L;可用于半波整流滤波电路选择电容的估算公式。

4)整流器主要参数对输出电压的影响

1、固定负载电阻RL滤波电容C,变化整流器内阻。

当整流器内阻增大时,充电电流在内阻上所产生的电压大,电容两端可能电压减小,输出电压减小,纹波电压变化不大

4、固定整流器内阻和滤波电容。当负载电阻减小时,放电速

度加快,输出电压减小,波纹增大。因此这种电路适用于

电流较小的场合。

5)具有电容滤波的单向全波和桥式整流器

输出直流电压仍为U=(1-1.2)U2

滤波电容的估算,由于电容放电时间比半波缩短一半,C≥(3-5)T/2R L(注:提高频率可以降低对滤波电容的容量)

在桥式整流或全波整流电路中,若无电容滤波,输出电压U=0.9U2

若有电容滤波,但负载开路时,则有输出电压为U=1.4U2

有电容滤波并且有负载的情况息,输出电压介于0.9-1.4U2之间

所哟滤波效果为R L C=(2-5)T/2

如果整流电路内阻很小,一般可认为输出电压为1.2U2

6)电感滤波电路

整流电路输出端经过一个串联电感线圈再接到负载电感可以产生滤波作用。

可以这样理解:整流后的交流成分大部分降在电感线圈上,而直流成分基本上在负载上,输出电感的交流成分大大减小。电感量愈大,负载RL愈小,输出直流电压就愈平稳,滤波效果就愈大。由于电感滤波电路输出电压大小与负载大小无关,而负载电阻RL愈小(输出电流大),滤波效果愈好,因此适合用于负载电流较大的场合。

7)其他形式的滤波电路

1、电感电容倒L型滤波电路:无论对小电流和较大带电流的负载都能起到很好的滤波作用

2、π型滤波电路

相当于一级电容滤波和一级倒L型滤波电路串联而成。因此可进一步提高滤波效果

5、RC滤波电路

输出直流电压为U=RL/(RL+R) 由于R会影响输出直流电压大小因此适合小电流情况下工作

8)

1、低通滤波

工作原理:串联电感具有隔直同交的作用,并联电容的容抗随频率上升而下降,而对高频信号具有旁路作用,L和C共同作用,使输出电压的高频分量大为减小。

2、高通滤波器

工作原理:串联电容阻止低频信号通过而让高频通过,并联电感则对直流信号和低频信号起旁路作用

3、带通滤波器

让通频带以内的信号顺利通过,而通频带以外的信号则被一抑制掉。L、C串并联组合特性分析

6、带阻滤波器

举例:输出直流电压30V 负载电流500mA 用220V 50HZ交流电网供电

a)确定电路:桥式整流

b)选择二极管:流过二极管电流I=1/2I负载=500/2=250mA

二极管反向承受电压为 1.4U2,根据经验数据,电容滤波电路输出直流电压大都可达到变压器次级有效值1-1.2倍,这里取1.2倍。

U2=30/1.2=25V

每个最大反向电压为U反=1.4U2=35V

因此选择2CP33A,其最大整流电流为500mA,最高反向电压为

50V

3)选择滤波电容

应使放电时间常数τ为电源电压半个周期的3-5倍,这里取5倍

τ=5T/2=5/2f=5/2*50=0.05s

RL=30/0.5=60欧

C=τ/RL=0.05/60=835微法

取滤波电容为1000微法,在空载输出电压可达1.4U2=35V,故耐压可取50V。

4)变压器要求

U2=Umax/1.2=25V

一般来说,有效值大于平均值。当滤波电容愈大,电流脉冲愈窄,二者的差别愈大,可达1.5倍甚至更大,取

I=1.6Im=1.6*500=800mA

例题二

已知负载电阻RL=80欧,负载电压U为110V,采用单向桥式整流电路,交流电源电压为380V,如何选用二极管?

1)负载电流为I=110/80=1.4A

2)每个二极管通过的电流为0.7A;

3)变压器次级电压有效值:U2=110/0.9=122v

4)考虑到变压器次级绕组及管子的压降,变压器次级电压大约高出10%,即122*1.1=134V

5)二极管反向耐压为U RM=1.4*134=189V

选用的二极管最大整流为1A,最高反向电压300V的整流二极管,如2CE11C

例题三:一桥式整流电容滤波电路,其交流电源频率f=50HZ,负载电阻RL为120欧,输出电压为30V,如何选择电容?解:采用电容时,输出波形的平直程度和电容C的充放电时间常数τ=R L C 有关,一般R L C=5*T/2且

T=1/f=1/50=0.02s

R L C=5*0.02/2=0.05s

已知R L=120欧,C=0.05/ R L=417微法。

选取C=470微法耐压50V的电解电容

其他类型整流滤波电路

各种滤波电路特性对比表

LC用于电流较大、要求输出电压脉动较小的场合,用于高频

更为合适。

LC组成的π型电路滤波效果比LC滤波器更好,但对整流二极管电流冲击大

π型RC滤波:电阻对交直流都具有同样的降压作用,但与其与电容配合后,就使脉动电压的交流分量较多的降落在电阻两端,而较小的降落在负载上,故而实现滤波作用。R愈大,C2愈大,滤波效果愈好。但R太大会使直流压降增加,所以这种滤波电路主要应用于负载电流较小而又要求输出电压脉动很小的场合。

单L型l滤波:可得到比较平滑的直流

1、二倍压整流电路

倍压整流电路主要产生高电压小电流直流电压;优点是可以在不增加次级绕组线圈和二极管反峰电压的条件下,通过多次倍压得到较高的直流电压输出。

整流电路总结:

半波整流电路简单,所用元件少,但其输出直流成分小,脉动成分大。

桥式整流电路:滤波效果好,但使用二极管数量多

倍压整流电路:输出电压高,但只能输出很小的电路,带负载能力差。