单相整流及电容滤波电路
单相整流滤波电路
第二节 单相整流滤波电路整流电路是利用二极管的单向导电性将交流电变换为脉动直流电的电路。
根据交流电的相数，整流电路可分为单相整流电路与三相整流电路等，在小功率电路中（1kV A 以下）一般采用单相整流，常见的有单相半波、全波和桥式整流。
本节重点讨论单相半波和桥式整流电路。
一、单相整流电路1．单相半波整流 电路由整流变压器Tr 、整流二极管VD 以及负载电阻R L 组成，如图6-2-1（a ）所示。
VD图6-2-1 单相半波整流电路 a ）b ） （a ）电路图 （b ）波形图图6-2-1（a ）中，设电源变压器次级电压u 2为t U u ω=sin 222式中，U 2为次级电压的有效值。
当u 2的波形为正半周时，A 端为正，B 端为负，二极管正向导通，忽略二极管的正向导通压降时，负载电压为u o =u 2；当u 2为负半周时，A 端为负，B 端为正，二极管反向截止，电路中电流为零，负载电压u o =0，u 2全部加在二极管两端。
各电压波形如图6-2-1（b ）所示，由图可知，负载上得到的是单相脉动直流电压和电流。
由于输出电压u o 仅为电源电压u 2的正半波，所以称为半波整流。
负载上脉动直流电压的大小用平均值Uo 来示，根据数学推导有2U 450U .O ≈ （6-5） 通过负载的电流Io 为L LO O .R U 450R U I 2≈= （6-6） 二极管与负载串联，因此流经二极管的平均电流为L.R U 450I I 2O D == （6-7） 此外，由图6-3（b ）可知，二极管反向截止时，管子两端承受的最高反向电压就是u 2的最大值，即2DRM 2U U = （6-8） 在选择二极管时，所选管子的最大整流电流I F 和最高反向工作电压U RM 应大于式（6-7）和式（6-8）的计算值，即L.R U 450I I 2D F =≥ (6-9) 2RM U 2U U =≥DRM (6-10) 实际应用中，应根据I F 和U RM 的计算值查阅半导体器件手册，选择合适的二极管型号。
单相桥式整流滤波电路
选择合适的电感
选择适当的电感值，以控 制电流和电压的波形，从 而减小电压脉动。
提高输出电压稳定性
调整元件参数
优化电路布局
通过调整整流二极管、滤波电容和电 感的参数，可以改善输出电压的稳定 性。
合理布置元件和布线，减小线路阻抗 和干扰对输出电压的影响。
采用稳压器
在整流滤波电路之后加入稳压器，进 一步稳定输出电压，使其不受输入电 压和负载变化的影响。
单相桥式整流滤波电路
目录
• 电路概述 • 工作原理分析 • 电路参数计算 • 电路优化与改进 • 应用实例
01 电路概述
定义与工作原理
定义
单相桥式整流滤波电路是一种将 交流电转换为直流电的电路，通 常由四个整流二极管和滤波电容 组成。
工作原理
利用四个整流二极管的单向导电 性，将交流电的正负半波整流成 直流电，并通过滤波电容滤除交 流成分，得到平滑的直流输出。
直流电源
单相桥式整流滤波电路常用于将 交流电转换为直流电，为各种电
子设备提供稳定的电源。
电池充电器
在充电电池的充电过程中，单相 桥式整流滤波电路能够将交流电 转换为直流电，为电池提供充电
电流。
太阳能充电器
在太阳能充电器中，单相桥式整 流滤波电路用于将太阳能电池产 生的交流电转换为直流电，为电
子设备充电。
在电力系统的应用
电网监控
在电网监控系统中，单相桥式整流滤波电路用于将交流电转换为直流电，为各种传感器和仪表提供电 源。
分布式发电系统
在分布式发电系统中，单相桥式整流滤波电路用于将风能、太阳能等可再生能源产生的交流电转换为 直流电，为电力储存和分配系统提供电源。
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整流滤波电路
IR =IL+IZ
输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增 加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出 电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓
在稳这压里二V极O管减的小调应节理下解，为使图，1V由6O.于的02 输增硅入加稳电没压二压有极那VI管的么稳增大压加而电，路 已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。
管导电，Ｃ充电，vC=vL按正弦
规律变化；t2到t3时刻二极管关 断，vC=vL按指数曲线下降，放 电时间常数为RLC。电容滤波过 图10.07电容滤波波形图 程见图10.07。
需要指出的是，当
放电时间常数RLC增加时， t1点要右移， t2点要左移， 二极管关断时间加长，
导通角减小，见曲线3；
反之，RLC减少时，导通
速率在降很刚。当慢过先v。29到假所0°达设以时9二刚0，°极过正时管9弦0，关°曲v断2时开线，二始下电极下降容管的C仍然
导 下通降指就起。的数要始在速放以放超率电指电过越起数速来9始0规率越°点律时快后的向，，的放负二当某电载极刚个速Ｒ管超点率L关过，放很断指正电大。数弦。。曲曲线线
所以，在t1到t2时刻，二极
10.2.1.1 引起输出电压不稳定的原 因
引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输 入电压的变化，参见图16.01。
负载电流的变化会
即 V O=f(V I,IO)在整流电源的内阻上产生电压降，
从而使输入电压发生变化。
图16.01稳压电源方框图
10.2.1.2稳压电路的技术指
标
用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能
各种电源滤波电路图及工作原理
各种电源滤波电路图及工作原理在滤波电路中，主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件，如：电容器、电感器。
本文将对各种形式的滤波电路进行分析。
一、滤波电路种类滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；π型RC滤波电路；π型LC滤波电路；电子滤波器电路。
二、滤波原理1.单向脉动性直流电压的特点图1（a）所示是单向脉动性直流电压波形，从图中可以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的变化，所以是脉动性的。
但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解成一个直流电压和一组频率不同的交流电压，如图1（b）所示。
在图1（b）中，虚线部分是单向脉动性直流电压U o中的直流成分，实线部分是U o中的交流成分。
图1：单向脉动性电压的分解2.电容滤波原理根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。
在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。
图2所示是电容滤波原理图。
图2（a）为整流电路的输出电路。
交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的Uo图2（b）为电容滤波电路。
由于电容C1对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过C1到地，只有加到负载R L上。
对于整流电路输出的交流成分，因C1容量较大，容抗较小，交流成分通过C1流到地端，而不能加到负载R L。
这样，通过电容C1的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。
滤波电容C1的容量越大，对交流成分的容抗越小，使残留在负载R L上的交流成分越小，滤波效果就越好。
图2：电容滤波原理图3.电感滤波原理图3所示是电感滤波原理图。
由于电感L1对直流电相当于通路，这样整流电路输出的直流电压直接加到负载R L上。
对于整流电路输出的交流成分，因L1电感量较大，感抗较大，对交流成分产生很大的阻碍作用，阻止了交流电通过C1流到负载R L。
各种电源滤波电路图及工作原理
各种电源滤波电路图及工作原理在滤波电路中，主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件，如：电容器、电感器。
本文将对各种形式的滤波电路进行分析。
一、滤波电路种类滤波电路主要有下列几种：电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；兀型RC滤波电路；H型LC滤波电路；电子滤波器电路。
二、滤波原理1•单向脉动性直流电压的特点图1(R所示是单向脉动性直流电压波形，从图中可以看出，电压的方向性无论在何时都是一致的，但在电压幅度上是波动的，就是在时间轴上，电压呈现出周期性的变化，所以是脉动性的。
但根据波形分解原理可知，这一电压可以分解成一个直流电压和一组频率不同的交流电压，如图1 (b)所示。
在图1 (b)中，虚线部分是单向脉动性直流电压U。
中的直流成分，实线部分是U。
中的交流成分。
图1：单向脉动性电压的分解2.电容滤波原理根据以上的分析，由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。
在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。
图2所示是电容滤波原理图。
图2 (a)为整流电路的输岀电路。
交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电，即电路中的Uo 图2 (b)为电容滤波电路。
由于电容CI对直流电相当于开路，这样整流电路输出的直流电压不能通过Cl到地，只有加到负载RL上。
对于整流电路输出的交流成分，因Cl 容量较大，容抗较小，交流成分通过Cl流到地端，而不能加到负载R L。
这样，通过电容Cl的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。
滤波电容Cl的容量越大，对交流成分的容抗越小，使残留在负载RL上的交流成分越小，滤波效果就越好。
(a)(b)图2：电容滤波原理图3.电感滤波原理图3所示是电感滤波原理图。
由于电感Ll对直流电相当于通路，这样整流电路输出的直流电压直接加到负载R二上。
对于整流电路输出的交流成分，因Ll电感量较大，感抗较大，对交流成分产生很大的阻碍作用，阻止了交流电通过Cl流到负载Rx这样，通过电感Ll的滤波，从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压+U。
单相整流电路的主要参数
（3）电感滤波的电流波形比较平滑。
各种滤波的比较：
适用场合
整流管冲击电流
外特性
1
电容滤波
1.2
小电流
大
软
2
电感滤波0.9大电流小 Nhomakorabea硬
3
LC滤波
0.9
适应性强
小
硬
4
LC- 滤波
1.2
小电流
大
软
5
RC- 滤波
1.2
小电流
大
更软
单相整流电路的主要参数
S（脉动系数）
半波整流
0.45
157%
100%
桥式整流
0.9
67%
50%
1、电容滤波的特点
（1）电容滤波电路使用于小电流负载。
（2）电容滤波电路的外特性比较软
（3）整流二极管冲击电流较大。
2、电感滤波电路的特点
（1）电感滤波电路适用于大电流负载，而且 愈大， 愈小，滤波效果愈好。
项目六：整流、滤波及稳压电路
稳压二极管的主要参数: 1、稳定电压UZ：指稳压管通过额定电流时两端产 生的反向击穿电压值。 2、稳定电流IZ ：指稳压管产生稳定电压时通过 该管的电流值。 3、 动态电阻RZ：指稳压管两端电压变化与电流 变化的比值。该比值随工作电流的不同而改变，一 般是工作电流愈大动态电阻则愈小。 4、额定功耗Pz ：由芯片允许温升决定，其数值为 稳定电压Uz 和允许最大电流Izm 的乘积。 5、反向漏电流IR ：指稳压二极管在规定的反向电 压下产生的漏电流。
CW217--/CW217M--/CW217L-CW317--/CW317M--/CW317L--
4.三端可调负输出集成稳压器，国标型号为CW137--/CW137M--/CW137L-
CW237--/CW237M--CW237L-CW337--/CW337M--/CW337L--
5.三端低压差集成稳压器 6. 大电流三端集成稳压器
基本稳压电路
电路结构：电路是由稳压二极管Vz和电阻R等构成，稳压二极 管Vz是稳定输出电压UL，使UL输出电压受制于稳压二极管Vz的稳 压电压值上。电阻R又称为限流电阻，其作用是限制通过的电流 ，使稳压管Vz的稳定电流IZ不超过最大值，并使输出U0电压趋向 稳定。
工作原理：（1）当电网电压升高时， U1 U2 UL的电压都会跟着升高，并引起稳 压二极管两端的电压UZ增加，使输出电压 UL也增加，根据稳压二极管反向击穿特性， 当反向电压有微小增加时，就会引起反向
整流电路是将交流电转变为具有脉动成分的直 流电。
电容滤波电路(桥式电路)
10
(a) 输出电压 平均值Uo与时间常数 RLC 有关
RLC 愈大 电容器放电愈慢 Uo(平均值)愈大 T 一般取 RLC ( 3 ~ 5 ) ( 1.5 ~ 2.5 )T 2 近似估算: Uo(AV)≈1.2U2 (b) 流过二极管瞬时电流很大
UC 2 U 2 UC 1 2 2U 2
即二倍压电压。
输出端的电压： U O UC 2 2 2U 2
22
2、多倍压整流电路
2U 2 C1 + –
C3 D3 D4 C4
C5 D5
D6 C6
u1
u2
D1
D2
+C2– 2 2U 2
u2的第一个正半周：u2、C1、D1构成回路，C1 充电到： 2U 2
uo的脉动系数S与uo1的脉动系数S´的关系：
U o1m U'o1m 1 1 S S' 2 2 Uo 1 LC U'o 1 LC
20
３、LC – 型滤波电路
L
uo1
u1
u2
C1
C2
RL
uo
显然， LC – 型滤波电路输出电压的脉动系 数比只有LC滤波时更小，波形更加平滑；由 于在输入端接入了电容，因而较只有LC滤波 时，提高了输出电压。 请自行分析LC – 型滤波电路的输出 电压和脉动系数等基本参数。
u2上升, u2大于电容 上的电压uc,u2对电容充电， uo= uc u2
5
u1
u1
u2
D4
D3 b u2
只有整流电路输出 电压大于uc时，才 有充电电流。因此 二极管中的电流是 脉冲波。
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10. 直流稳压电源
u2 2U 2
0 iD1 , iD3
输入电压 ωt
Tr a D4
+
+
u1
u2
–
–
b D3
二极管D1、D3电流
0 uD1 , uD3
0 2U 2
ωt 二极管D2、D4电压
ωt
模拟电子技术
D1 iD1 iO iD2 +
D2 RL UO –
10. 直流稳压电源
思考题
模拟电子技术
10. 直流稳压电源
3. 主要性能指标
u2
2U 2
（1） 整流输出直流电压
0
uO
2U 2
因为输出电压 0
输出直流电压
模拟电子技术
ωt ωt
10. 直流稳压电源
（2）整流二极管的正向平均电流
Tr a D4
+
+
u–1
u2 –
b D3
（3）整流二极管的最高反向电压
D1iD1 iO iD2 +
D2 RL UO –
模拟电子技术
谢 谢！
模拟电子技术
1. 电路组成
a
TR
+
பைடு நூலகம்
+ D4
u_1
u2 _ D3
D1
+
RL UO D2
_
b 设
(a)
(b) 二极管D1~D4性能理想
模拟电子技术
10. 直流稳压电源
1. 工作原理
a. 当u2>0时
a
TR
+
+ D4
u_1
u2 _ D3
b
电流流动方向
输出波形
D1
+
RL UO D2
_
模拟电子技术
10. 直流稳压电源
b. 当u2<0时
a
TR
+
+ D4
u_1
u2 _ D3
b
电流流动方向
输出波形
D1
+
RL UO D2
_
模拟电子技术
10. 直流稳压电源
u2
输入电压
Tr a D4
+
+
0
u1
u2
–
–
uO
ωt 输出电压
b D3
0 iO
2U2 / RL
0
ωt 输出电流
2. 信号波形
ωt
模拟电子技术
D1 iD1 iO iD2 +
10. 直流稳压电源
10.1 直流稳压电源概述 10.2 单相整流及电容滤波电路
10.2.1 单相桥式整流电路的主要性能指标
模拟电子技术
10. 直流稳压电源
直流稳压电源的组成方框图
交
流
电源
整流
电
变压器
电路
源
滤波 电路
直
稳压
流
电路
电
源
模拟电子技术
10. 直流稳压电源
10.2.1 单相桥式整流电路的主要性能指标
Tr a D4
+
+
u–1
u2 –
b D3
1.如果D1开路或者短路，输出电压如何变化？
D1开路：半波整流，输出电压平均
值减小；
D1iD1 iO
D1短路：短接变压器二次侧，烧毁
iD2 D2 RL
+ UO 二极管D2和变压器；
– 2.如果有二极管有一个接反，后果如何？
会出现两个正偏二极管并接的情况，短接变压器二次侧，烧毁二极管 和变压器，输出电压为零。