整流滤波电路的设计与实现

整流电路是直流电源的核心部分，它的作用是利用二极管的单向导电性，将交流电压转换成脉动直流电压。脉动直流电压还不能满足大多数电路的需要，因此在整流电路的后面要加一个滤波电路，将脉动直流电压转变成平稳的直流电压。

常用的整流电路有半波整流电路和桥式整流电路，见表4.2。

表4.2　常用整流电路

续表

常见滤波电路主要有电容滤波电路、电感滤波电路和复式滤波器。

1）电容滤波电路

（1）电路组成

电容滤波电路是使用最多、也最简单的滤波电路，其结构是在整流电路的负载两端并联一只较大容量的电解电容，如图4.5所示，利用电容的充、放电作用使输出电压趋于平稳。

图4.5　电容滤波电路图

（2）工作过程

电容C接入电路，假设开始时电容上的电压为0，接通电源后u2从0开始增大，整流输出的电压在向负载RL供电的同时，也给电容C充电。当充电电压达到最大值后，u2开始下降，于是电容C开始通过负载电阻放电，维持负载两端电压缓慢下降，直到下一个整流电压波形的到来。当u2大于电容端电压uC时，电容又开始充电。如此循环下去，使输出电压的脉动成分减小，平均值增大，从而达到滤波的目的。

【友情提示】

电解电容作为滤波电容时，其正负极不允许接反；否则会加大电容的漏电，引起温度上升使电容爆裂。

（3）输出电压的估算

半波整流电容滤波

UL≈u2

桥式整流电容滤波

UL≈1.2u2

空载时（负载RL开路）

UL≈1.4u2

空载时输出电压接近u2的最大值。

2）电感滤波电路

电感滤波电路如图4.6所示。由于电感L对交流电呈现出一个很大的感抗XL=2πfL，能有效地阻止交流电通过，而对直流电的阻抗则较小，使直流电容易通过，因此，交流成分大多降落在电感L上，而直流成分则顺利地通过电感L流到负载RL上，于是在负载RL上获得的输出电压UL中，交流成分很少，从而达到滤波的目的。随着电感L的增加，即XL=2πfL增加，阻止交流电的作用越强，滤波作用越强，输出电压UL中的交流成分就越少。

图4.6　桥式整流电感滤波

电感滤波输出电压的平均值

UO=0.9u2

3）复式滤波器(https://www.xing528.com)

电容滤波和电感滤波都是基本滤波器，利用他们可以组合成如图4.7所示的CL滤波器、LC滤波器、LCπ型滤波器、RCπ型滤波器等复式滤波器。复式滤波效果比单一的电容或电感滤波效果好得多，尤以π型滤波器效果最佳。

图4.7　复式滤波器

思考与练习

一、填空题

1.当PN结加________时导通，加________时截止，这就是PN结的________性。

2.硅二极管的死区电压约为________V，锗二极管的死区电压约为________V。

3.二极管的核心部分是________。

4.稳压二极管正常工作时利用的是特性曲线的________区。

5.将交变电流变换成________的过程称为整流，半波整流电路的负载电压平均值为0.45u2，桥式整流电路的负载电压平均值为________，每只管子通过的平均电流只有12IO。

二、选择题

1.硅二极管的死区电压约为（　　）。

A.0.2V　　　　　　B.0.3V　　　　　　C.0.5V　　　　　　D.0.7V

2.硅二极管的压降为（　　）。

A.0.2V　　　　　　B.0.3V　　　　　　C.0.5V　　　　　　D.0.7V

3.桥式整流电路输出的直流电压为变压器次级电压u2有效值的（　　）倍。

A.0.45　　　　　　B.0.707　　　　　　C.1.414　　　　　　D.0.9

4.变压器次级电压u2=10V，经桥式整流电容滤波后，其输出直流电压Uo为（　　）。

A.20V　　　　　　B.9V　　　　　　C.12V　　　　　　D.4.5V

三、判断题

1.二极管的主要参数是最大整流电流和最高反向工作电压。（　　）

2.PN结加正向偏压时，P区接电源的负极，N区接电源正极。（　　）

3.二极管导通时正向电阻小，截止时反向电阻大。（　　）

4.滤波电路中，滤波电容容量越小越好。（　　）

5.二极管电压击穿后可以恢复正常。（　　）

6.稳压管一旦反向击穿，PN结便会被损坏。（　　）

四、计算题

有一单相半波整流电路如图4.8所示，负载RL=2kΩ，要求输出平均电压UO=40V。

试求：（1）变压器副边电压u2；（2）流过二极管的平均电流ID。

图4.8