整流滤波电路设计实验
前言：交流电（英语：Alternating CurrentAlternating CurrentAlternating CurrentAlternating Current，简写ACACACAC）是指大小和方向都发生周期性变化的电流，因为周期电流在一个周期内的运行平均值为零（不含直流成分），称为交变电流或简称交流电。不同于方向不随时间发生改变的直流电。
通常波形为正弦曲线。但实际上还有应用其他的波形，例如三角形波、正方形波。生活中使用的市电就是具有正弦波形的交流电。
交流电升降压容易的特点正好适合实现高压输电，从而使电线上的电力损失极少，被广泛运用于电力的传输。传输的电流在导线上的耗散功率可用P = I2R（功率＝电流的平方×电阻）求得，显然要降低能量损耗需要降低传输的电流或电线的电阻。由于成本和技术所限，很难降低目前使用的输电线路（如铜线）的电阻，所以降低传输的电流是唯一而且有效的方法。根据P=IV（功率=电流×电压，实际上有效功率P = IVcosφ），提高电网的电压即可降低导线中的电流，以达到节约能源的目的。近年来直流变压及输电技术取得了长足的发展，而高压直流输电的浪费会比较小；因此未来有望取代交流电以解决交流电的安全性和交直流转换问题。
在城市内一般使用降压变压器将电压降至几万至几千伏以保证安全，在进户之前再次降低至市电电压(中国、香港220V）或者适用的电压供用电器使用。一般使用的交流电为三相交流电，其电缆有三条火线和一条公共地线，三条火线上的正弦波各有120°之相位差。对于一般用户只使用其中的一或两条相线（一条时需要零线）。实际在我们日常生活中，交流电入户之后进入电器，电器里面都会有电源模块将交流电转化为直流电供电器使用。在有些工业上如电解和电镀等，也可利用整流设备，将交流电转化为直流电。
摘要：随着科技的进步，生活中的电器是我们的生活变的更加的方便快捷，但是很多电器的使用要求是直流电，而我们的家用电是220V交流电，这就要求电器内部拥有能将交流电转换为直流电的装置，在这里我们就讨论一种能够实现需求的电路——整流滤波电路，学习了解其工作原理对于以后的更加深度的学习有着重要的意义。
关键词：科技直流电交流电整流滤波
设计目的
本设计的目的是掌握交流电路的基本特性及交流电路各参数的测量方法。了解整流滤波电路的基本工作原理，并学会使用各种信息查阅相关资料设计出满足要求的整流电路。
设计所用仪器与材料
示波器、数字万用表、常用电子工具、电烙铁
变压器Ｔ 220V／12V 1A 15VA １只二极管1N4007 1A,100V ４只电解电容Ｃ16V100uF １只电阻器1R 1只万能实验板５０×５０×５每组一块单刀单掷开关（可以不用）
设计原理
A 交流电路
正弦交流电的表达方式和时间曲线图如下所示。
由图可见，正弦交流电的特性表现在正弦交流电的大小、变化快慢及初始值方面。而它们分别由幅值（或有效值）、频率（或周期）和初相位来确定。所以幅值、频率和初相位被称为正弦交流电的三要素。
1、 幅值、平均值和有效值 （1）幅值
峰值或最大值，记为U P 或I P ，峰点电位之差称为“峰-峰值”，记为U P-P 和I P-P 。显然p p -p p p -p 2,2I I U U ==。 （2）平均值
令i(t)、u(t)分别表示时间变化的交流电流和交流电压，则它们的平均值分别为
⎰⎰==T T
dt
t u T u dt t i T i 0
)(1
)(1
这里T 是周期，平均值实际上就是交流信号中直流分量的大小，所以图上所示的正弦交流电的平均值为0。
（3）有效值
在实际应用中，交流电路中的电流或电压往往是用有效值而不是用幅值来表示。许多交流电流或电压测量设备的读数均为有效值。有效值采用如下定义：
2d )(12d )(12
1
22
1
2P
T
P
T
U t t u T
U I t t i T I =⎥⎦
⎤
⎢
⎣⎡==⎥⎦⎤
⎢
⎣⎡=⎰
⎰
2、周期与频率
正弦交流电通常用周期（T ）或频率（f ）来表示交变的快慢，也常常用角频率（ω）来表示，这三者之间的关系是
f
T T f ππω221===
需要指出的是：同频率正弦交流电的和或差均为同一频率的正弦交流电。此外，正弦交流电对于时间的导数（
t
t i d )
(d ）或积分（⎰dt t i )(）也仍为同一频率的正弦交流电。这在技术上具有十分重要的意义。
B 整流和滤波：
整流电路的作用是把交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。 1、整流原理
利用二极管的单向导电性可实现整流。
二极管的单向导电性原理，晶体二极管为一个由p 型半导体和n 型半导体形成的p-n 结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加
电压时，由于p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流，在电子工程领域这个反响饱和电流可以被忽略。
（1）半波整流
下图D 是二极管，R L 是负载电阻。若输入交流电为
t U t u P i ωsin )(=
则经整流后输出电压u 0(t)为（一个周期内）
⎩⎨⎧≤≤≤≤=πωπ
πωω2 00 s i n
(t )u p o t t t U
其相应的平均值（即直流平均值，又称直流分量） ⎰≈==
T P P U U dt t u T u 000318.01
)(1π
（2）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来说明，其电路和相应的波形如下图所示。
