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整流电路的输出电压不是纯粹的直流,从示波器观察整流电路的输出,与直流相差很大,波形中含有较大的脉动成分,称为纹波。为获得比较理想的直流电压,需要利用具有储能作用的电抗性元件(如电容、电感)组成的滤波电路来滤除整流电路输出电压中的脉动成分以获得直流电压。
常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。有源滤波的主要形式是有源RC滤波,也被称作电子滤波器。直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示,此值越大,则滤波器的滤波效果越差。
脉动系数(S)=输出电压交流分量的基波最大值/输出电压的直流分量半波整流输出电压的脉动系数为S=1. 57 ,全波整流和桥式整流的输出电压的脉动系数S=O . 67。对于全波和桥式整流电路采用C型滤波电路后,其脉动系数S=1 / (4(RLC/ T-1)。 (T为整流输出的直流脉动电压的周期。)
电容滤波原理详解
1.空载时的情况
当电路采用电容滤波,输出端空载，如图4(a)所示,设初始时电容电压uC为零。接入电源后,当u2在正半周时，通过D1、D3向电容器C充电;当在u2的负半周时,通过D2、D4向电容器C充电,充电时间常数为 τ。= RinC
空载时桥式整流电容滤波电路
式中包括变压器副边绕组的直流电阻和二极管的正向导通电阻。由于-般很小,电容器很快就充到交流电压u2的最大值, 如波形图2(b)的时刻。此后, u2开始下降，由于电路输出端没接负载，电容器没有放电回路,所以电容电压值uC不变,此时, uC>u2 ,二极管两端承受反向电压,处于截止状态,电路的输出电压u。=ue = 2U2,电路输出维持一个恒定值。 实际上电路总要带一定的负载,有负载的情况如下。
2。带载时的情况
图5给出了电容滤波电路在带电阻负载后的工作情况。接通交流电源后,二极管导通,整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在时刻,即达到u2 90*峰值时, u2开始以正弦规律下降,此时二极管是否关断,取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。
先设达到90°后,二极管关断,那么只有滤波电容以指数规律向负载放电,从而维持一定的负载电流。 但是90°后指数规律下降的速率快,而正弦波下降的速率小,所以超过90°以后有一段时间二 _极管仍然承受正向电压,二极管导通。随着u2的下降,正弦波的下降速率越来越快, uC的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某- -点,例如图5(b)中的t2时刻,二极管开始承受反向电压,二极管关断。此后只有电容器C负载以指数规律放电的形式提供电流,直至下一一个半周的正弦波来到, u2再次超过uC ,如图5(b)中的t3时刻,二极管重又导电。
以上过程电容器的放电时间常数为 τa=RrC
先设达到90°后,二极管关断,那么只有滤波电容以指数规律向负载放电,从而维持一定的负载电流。 但是90°后指数规律下降的速率快,而正弦波下降的速率小,所以超过90°以后有一段时间二 _极管仍然承受正向电压,二极管导通。随着u2的下降,正弦波的下降速率越来越快, uC的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某- -点,例如图5(b)中的t2时刻,二极管开始承受反向电压,二极管关断。此后只有电容器C负载以指数规律放电的形式提供电流,直至下一一个半周的正弦波来到, u2再次超过uC ,如图5(b)中的t3时刻,二极管重又导电。
以上过程电容器的放电时间常数为 τa=RrC
电容滤波一般负载电流较小,可以满足td较大的条件,所以输出电压波形的放电段比较平缓,纹波较小，输出脉动系数S小,输出平均电压UO(AV)大,具有较好的滤波特性。
带载时桥式整流滤波电路
为什么整流后加上滤波电容在不带负载时电压为何升高?这是因为加上滤波测得的电压是含有脉动成分的峰值电压,加上负载后就是平均值,计算:峰值电压= 1.414x理论输出电压
