单相桥式整流电路
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课程设计说明书
No. 1
沈 阳 大 学 单相桥式整流电路
一、课程设计的目的
《电子技术基础2-1课程设计》是学习理论课程之后的实践教学环节。目的是通过解决比较简单的实际问题巩固和加深在《电子技术基础2-1(模拟电子技术基础)》课程中所学的理论知识和实践技能。训练学生综合运用学过的电子技术基础知识,在教师指导下完成查找资料,选择、论证方案,设计电路,安装调试,撰写报告等工作。使学生初步掌握模拟电子设计的一般方法步骤,通过理论联系实际提高和培养学生分析、解决实际问题的能力和创新能力,为后续课程的学习、毕业设计和毕业后的工作打下一定的基础。
二、方案确定及分析
单项桥式整流电路,如图1所示。电路中采用了四个二极管,结成电桥形式,故称为桥式整流电路。在2u的正半周,二极管1VD、2VD导电,3VD、4VD截止,电流1Di、2Di流过LR,在负载上得到的输出电压极性为上正下负。在2uD的负半周,3VD、4VD导电,1VD、2VD截止,3Di、4Di流过LR时产生的电压极性也是上正下负,因此在负载上得到一个单方向的脉动电压。
图1单项桥式整流电路
整流电路的参数主要有以下几项:整流电路的输出直流电压即输出电压的平均值)(AVOU,整流电路输出电压的脉动系数S,整流二极管正向平均电流)(AVDI,以课程设计说明书
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沈 阳 大 学 及整流二极管承受的最大反向峰值电压RMU.其中前两项描述整流电路的输出直流电压的技术性能,后两项则是选择整流二极管的主要依据。
现在以应用比较广泛的单项桥式整流电路为例,具体分析上述各项参数。
1.输出直流电压)(AVOU
整流电路的输出直流电压)(AVOU是输出电压瞬时值Ou在一个周期内的平均值,在桥式整流电路中
2220)(9.022)(sin21UUttdUUAVO
上式说明,在桥式整流电路中,负载上得到的是直流电压约为变压器二次电压有效值的90%.这个结果是在理想情况下得到的,如果考虑整流电路内部二极管正向内阻和变压器等效内阻上的压降,输出直流电压的实际数值还要低一些。
2.脉动系数S
整流电路输出电压的脉动系数S定义为输出电压基波的最大值mU01与其品均值)(AVOU之比。为了估算mU01,桥式整流电路输出电压Ou的波形用傅里叶基数表示如下
)6cos3544cos1542cos342(22tttUuO
式中第一项为输出电压的平均值,第二项既是其基波成分。由式可见,基波频率为2,基波的最大值为
201324UUm
此时脉动系数为
67.02232422)(01UUUUSAVOm
即桥式整流电路输出电压的脉动系数为67%。可见,桥式整流电路的脉动成分虽然比半波整流电路有所下降,但系数仍然比较大。 课程设计说明书
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沈 阳 大 学 3.二极管平均正向电流)(AVDI
温升是决定半导体器件使用极限的一个重要指标,整流二极管的温升本来应该与通过二极管的电流有效值有关,但是由于平均电流是整流电路的主要工作参数,因此在出厂时已将二极管允许的温升折算成半波整流的平均值,在器件手册中给出。
在桥式整流电路中,二极管1VD、2VD和3VD、4VD 轮流导电,由波形图可以看出,每个整流二极管的平均电流等于输出电流平均值的一半,即
)AVOAVDII()(21
当负载电流平均值已知时,可以根据)(AVOI来选定整流二极管的)(AVDI。
4.二极管最大反向峰值电压RMU
每个整流管的最大反向峰值电压RMU是指整流管不导电时,在它两端出现的最大反向电压。选管时应选耐压比这个数值高的管子,以免被击穿。由图可以看出,整流二极管承受的最大反向电压就是变压器二次电压的最大值,即
22UURM
三、参数计算
因为
2220)(9.022)(sin21UUttdUUAVO
)6cos3544cos1542cos342(22tttUuO
式中第一项为输出电压的平均值,第二项既是其基波成分。由式可见,基波频率为2,基波的最大值为
201324UUm
此时脉动系数为 课程设计说明书
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沈 阳 大 学 67.02232422)(01UUUUSAVOm
所以
15222.21U21Umax2V
5.139.020UUV
四、仿真图及输出波形
1.
图2单相桥式整流电路
2. 课程设计说明书
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图3
3.
图4
4. 课程设计说明书
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图5
图6
5.
图7
五、波形及误差分析
1. 图形分析
由图3、图4、图7可知,输入正弦波,进过桥式整流,最后输出一个在正半轴的连续脉冲波。在半波整流时输出一个正半轴脉冲波,但正弦波下半轴的波形丢失了。有万用表测得值
801.120UV 005.152UV 583.01VUU
接近0.9,满足理论要求
2. 造成误差原因 课程设计说明书
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沈 阳 大 学 (1)二极管本身有电阻,不是理想的,分一部分电压。
(2)本身交流电压源,发出信号没有达到理想值。
六、实验结论
应用这种仿真图,通过整流作用可以把正弦波转化为单峰脉冲波。
七、心得体会
《电子技术基础2-1课程设计》是学习理论课程之后的一个实践教学环节。学校增添这个教学环节目的就是通过解决比较简单的实际问题巩固和加深在《电子技术基础2-1》课程环节中所学到的理论知识和实验技能。这一环节既训练学生综合运用学过的电子技术知识,又开拓了学生自我提高、自我创新的能力。通过这一个星期的课程设计,我深刻的体会到了电子技术的重要性。虽然会经常碰到一些困难,有时会遇到失败,感到伤心、气馁。但越是失败,我们就应当越努力去完成、做好这件事。在老师和同学的指导帮助下,查找资料,选择、论证方案,并最终设计出完整正确的电路。在这段课程设计的时间里,同学们互相帮助,共同去讨论,这使得我们的有一更深一步。在开始的构思中会有些迷茫,但经过不断的思考和设想,终于想出了一个完美的思路。通过计算、分析,然后写结论,修改结论并最终得出正确的电路。这门课程设计使学生初步常务了电子设计的一般方法步骤,通过理论联系实际可高和培养了我们的分析和解决世界问题的能力,挺高了我们自我的创新能力。经过这段时间的锻炼,让我更深刻的体会到知识的重要性,为我后续课程的学习、毕业设计,甚至毕业后的工作打下了一定得基础。感谢学校细心安排这门课程设计,感谢老师的细心指导。
八、主要参考资料
[1]童诗白、华成英.模拟电子技术基础第三版[M].北京:高等教育出版社,2001
[2]康华光.电子技术基础(模拟部分)第四版[M].北京:高等教育出版社,1999
[3]朱定华.吴建新.饶志强.模拟电子技术[M].北京:清华大学出版社,2005
[4]高吉祥.模拟电子技术[M].北京:电子工业出版社,2002
[5]陈大钦.电子技术基础实验-电子电路实验、设计、仿真[M].北京:高等教育出版社,2002