单相半波整流电路优化：原理及实现

发电厂发出来的电是50Hz交流电，经过远距离传输，传递到用电单位的仍是50Hz交流电，一般送到工业用电户的为380V的三相交流电，送到普通民用户的为220V的单相交流电。电子设备内部一般使用直流电作为电源，将发电厂送来的交流电转变为电子设备内部使用的直流电就需要二极管整流滤波电路。

二极管整流滤波电路一般分为半波整流、全波整流和桥式整流：半波整流最简单，性能较差，用在要求较低的场合；全波整流性能较好，但是需要中间抽头的变压器，所以现在应用较少；桥式整流价格低廉，性能较好，所以现在桥式整流应用最为广泛。

二极管半波整流电路如图1.21所示。图中V1为发电厂送来的220V单相交流电，T1为降压变压器，VD1为整流二极管，R1为用电负载。图中画出了电路中各点的电压波形，可以看到，受二极管VD1单向导电性影响，负载R1上的电压变成了单方向的电压，这就是广义的直流电，与电子设备中常用的直流电还有差别，但是，电流已经是单向流动的了。

图1.21　二极管半波整流电路

电阻R1两端的瞬时电压是变化的，其有效值不变，为

UR1＝0.45　UV1

式中，UV1为变压器副边有效值。

二极管截止时承受的反向电压峰值为

式中，URM是设计电路时选择二极管型号的重要参数，用于防止二极管被反向击穿。

实际操作1：单相半波整流电路的仿真

1.用Multisim软件绘制电路图（图1.22）

绘制电路图时，注意在“选项”—“全局偏好”—“元器件”—“符号标准”中选择“‘DIN’标准”，如图1.23所示。

图1.22　单相半波整流电路

图1.22所示中，V1为220V、50Hz交流电压源；变压器T1一次线圈匝数为10；二次线圈匝数为1；二极管型号为1N4001；R1为10kΩ电阻；XSC1为示波器。(https://www.xing528.com)

图1.23　选择DIN标准

2.运行仿真，读取示波器测量结果

电路绘制完毕后，运行仿真，如果电路图有错误，Multisim就会给出错误提示；如果没有错误，仿真将会运行。双击示波器XSC1图标，则出现示波器运行界面，调节通道A和通道B的刻度以及Y轴位移，则可以使通道A波形（V1）在上，通道B波形（R1）在下，如图1.24所示。

图1.24　示波器界面

通过示波器的时基标度10ms/Div可以知道，示波器横轴方向每大格代表10ms的时间间隔，V1波形每周期占有2个横向大格，2Div×10ms/Div＝20ms，所以V1的周期为20ms，取倒数可得频率为50Hz。同样的方法可以读出半波整流后的波形周期也是20ms，频率也是50Hz。

图1.25　示波器游标的使用

由于示波器是双通道的，所以读取通道B信号幅度时，应用通道B信号所占有的纵向大格乘以通道B的刻度。通过通道B刻度20V/Div可以知道，通道B信号在示波器纵轴方向每大格代表20V，R1两端电压幅度约1.5个大格，1.5Div×20V/Div＝30V，即R1两端电压瞬间电压最大幅度为30V。

其实用数格数的方法并不十分准确，尤其是像通道A的情况，每大格达到500V，数格数的时候稍有误差，最后的数值就会偏离很多。采用游标来测量就会精确得多，游标是用来读取示波器内部数值的辅助工具。在示波器波形最左侧边沿有两根游标线，可以用鼠标向右拖动，也可以点击下方T1、T2后面的箭头左右移动，如图1.25所示。

波形下面有三行数值，第一行为游标1时间的数值，第二行为游标2时间的数值，第三行为两个时间的差值。通过游标可以较为精确地读出信号周期为20.000ms，通道A信号幅度为311.036V，通道B信号幅度为30.510V。

3.用万用表测量输出电压

将示波器去除，改为用万用表测量输出电压，如图1.26所示。图中，（a）为测量电路图，（b）为万用表直流电压挡测量结果，（c）为万用表交流电压挡测量结果。需要注意的是，实际上真实的万用表并不能准确测量整流后的所有交流谐波分量，仅能测量较低频的部分。测量结果显示直流分量没有交流分量大。

图1.26　用万用表测量输出电压