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作者：孫瑞濤 傅立葉曾告訴我們：“非正弦波都能由直流分量與基波頻率整數(shù)倍的正弦分量累加和表示”。有人會覺得正弦波的表達(dá)式為什么不由直流分量與非正弦波累加和表示？原因是正弦波據(jù)有非失真性。從電學(xué)的角度來說正弦波流過線性RLC電路其輸出電壓還是正弦波。既然這樣只能希望先輸出波形為非正弦波，再通過濾波電路濾除分低頻和高頻交流分量，使其輸出為直流分量。 由于二極管的單向?qū)щ娦?，想?/font>單相半波整流電路并非難事，如圖（1）所示。但是從圖（2）中可看出圖（1）的電路有明顯缺點(diǎn)，。變壓器輸出電流會有斷流現(xiàn)象，電流的7次以下諧波分量較多對變壓器不利，而且輸出電壓的平均值低。所以在電子技術(shù)中運(yùn)用不廣泛。   1.橋式整流電路的搭建思路 由于二極管的單向?qū)щ娦允沟脝蜗喟氩ㄕ麟娐吩诮涣麟娯?fù)半周時(shí)電阻上無電流，導(dǎo)致電阻上的電壓為0.是否可以搭建電路使得交流電在負(fù)半周時(shí)有電流流過電阻，且在電阻上產(chǎn)生一個(gè)上正下負(fù)的電壓？ （1）：交流電正半周時(shí)，可在電阻上產(chǎn)生上正下負(fù)電壓，暫時(shí)先把U2與R相連。如圖（3）所示 ![5YQ896P1W[)3(8N09WP]N4S.png](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2017/10/2611/114510678_3_20171026115330695 "5YQ896P1W[)3(8N09WP]N4S.png") (2)：為了使電阻R在交流電負(fù)半周期得到上正下負(fù)電壓，可在對角線上接二極管。如圖（4）所示  交流電負(fù)半周期，VD1陽極電位等于陰極電位，二極管截止。為了電阻下端不直接與VD1陽極相連，且在交流正半周可以形成電流回路，可加二極管VD4。把圖（5）整理可得常見橋式整流橋畫法。如圖（5）（6）所示   2.橋式整流電路波形分析 根據(jù)圖(6)可畫出U2，i,U0的波形。如圖（7）所示  i與i1的波形是有所區(qū)別的。i是指交流電向外流出的電流是交變的.i1是指電阻上電流，由于電阻上的電壓在交流電一個(gè)周期內(nèi)總是上正下負(fù)，所以i1的方向不變。下面根據(jù)圖（7）分析單向橋式整流電路的優(yōu)缺點(diǎn)： （1）變壓器輸出電流不存在斷流是正弦波。 （2）輸出電壓波形是脈動的與理想的直流波形相差太大，需加濾波電路。 三、整流濾波電路 (1)整流濾波電路搭建思路 由圖（7）可知，由于整流橋輸出的電壓電流是非正線波，通過傅立葉分解可以得到許多的正弦交流分量。從理論上來講大電容對對正弦交流電有直通作用，可濾除大量的諧波。即絕大部分正弦電流流經(jīng)電容形成回路，而絕大部分直流電流經(jīng)負(fù)載電阻，在電阻上形成直流電壓。也就是說電流分流。既然是分流，那么負(fù)載肯定與電容并聯(lián)。通過上述分析可得圖（8） ![%`]XE@_8B40Q`9X)@9FL.png](http://image109.360doc.com/DownloadImg/2017/10/2611/114510678_8_20171026115333226 "%`]XE@_8B40Q`9X)@9FL.png") （2）整流濾波電路分析 工作原理： 當(dāng)正弦交流電處在正半周時(shí)，電流經(jīng)VD3流到A點(diǎn)，在A點(diǎn)開始分流，交流電流給C充電，直流電流經(jīng)R產(chǎn)生直流電壓，在B點(diǎn)兩股電流匯合經(jīng)VD4流向U2形成回路。注意:當(dāng)C足夠大R一定時(shí),交流電大概在峰值時(shí)，VD3截止,電容C給R緩慢充電。 當(dāng)交流電處在負(fù)半周期時(shí)，且VD1陽極點(diǎn)位大于陰極點(diǎn)位0.7V時(shí)，VD1導(dǎo)通電流經(jīng)VD1流到A點(diǎn)分流，交流電流給電容充電，直流電流經(jīng)電阻產(chǎn)生直流電壓，兩股電流在B點(diǎn)匯合經(jīng)VD2流向U2形成回路。一旦VD1陽極電位不在比陰極電位大0.7V，VD1截止。電容C給R緩慢充電。 綜合上述可得圖（9）  下面解釋一下圖（9）中電流i波形是如何畫出來的 假設(shè)U2的初相位為0，忽略二極管導(dǎo)通壓降，那么C、R上的電壓就是U2.根據(jù)電容電壓滯后電流90度、電阻上的電流與電壓同相位且電容C足夠大。那么U2的電流超前電壓90度，可畫出i的波形。然后再根據(jù)電容充電時(shí)U2有電流流出。電容放電時(shí)二極管截止，U2沒有電流流出，在放電的那段時(shí)間i=0.就可畫出圖（9）中i的波形。 （3）整流濾波電路的優(yōu)缺點(diǎn) 1） 當(dāng)RC越大， 電路輸出電壓波形越接近直流。 2） 一旦RC大，變壓器輸出電流斷流現(xiàn)象更明顯，對變壓器不利。 3）當(dāng)電網(wǎng)波動時(shí)，輸出的直流電壓值會變化。需加穩(wěn)壓電路 四、7805芯片構(gòu)成的穩(wěn)壓電路 1. 穩(wěn)壓電路性能比較 如果在整流濾波電路中加穩(wěn)壓二極管，雖說能起到穩(wěn)壓作用但是在電網(wǎng)欠壓時(shí)，穩(wěn)壓二極管不能正常工作。為了使穩(wěn)壓二極管正常工作需加限流電阻，限流電阻上會消耗部分功率，而且電路保護(hù)措施也少。所以說在整流濾波電路中加穩(wěn)壓二極管運(yùn)用不廣泛。 在串聯(lián)型可調(diào)穩(wěn)壓電路中加入過流保護(hù)、過熱保護(hù)時(shí)，雖說電路性能不錯(cuò)，但是電路體積相對大了點(diǎn)、成本相對高些。沒有78系列穩(wěn)壓芯片性價(jià)比高，而且78系列芯片防護(hù)措施多性能較好。所以說78系列穩(wěn)壓芯片在實(shí)際中運(yùn)用較廣。 2.7805穩(wěn)壓電路元件作用簡介  看到圖（10）可能會有這樣的疑問，為什么在7805輸入端加2個(gè)電容，說電解電容C1濾除低頻信號、小電容C2濾除高頻低頻信號 ？ 從理論的角度來說加一個(gè)大的電解電容就可以了。但是實(shí)際中由于電解電容制造工藝使得電解電容略帶感性。當(dāng)?shù)皖l信號流過電解電容時(shí)，由XL=W*L可知，其感抗微乎其微。當(dāng)高頻信號流過電解電容時(shí)，雖說電感量很小但角頻率大，此時(shí)不能忽略電感的影響，也就是說高頻信號流經(jīng)電解電容會受到感抗的阻礙，而低頻信號流經(jīng)電解電容幾乎不會受到阻礙。所以說電解電容C1是濾除低頻信號。為了濾除高頻信號可加小電容C2。 C1的取值不是越大越好。如果C1過大對變壓器不利，如果C1過小其輸出電壓波形與橋式整流電路電壓波形一樣，是脈動直流電。7805不能正常工作。所以說C1要取得合適。 7805輸出電壓有正負(fù)0.2的波動，加C3、C4可使輸出的電壓更加穩(wěn)定在5V，也可以防止外部干擾信號灌入7805芯片內(nèi)部。 3、元件參數(shù)選取 下面根據(jù)圖（10）用一個(gè)例題來說明如何理論選取元件參數(shù)值 設(shè)計(jì)一個(gè)直流穩(wěn)壓電源，其輸入為220V/50HZ的交流電源，輸出電壓U0為5V,最大輸出電流為1.5A,采用單相橋式整流電路帶濾波電容帶三端集成穩(wěn)壓器,試求電路中各個(gè)元件的參數(shù)。 （1）選取電源變壓器的變壓比 在選取變壓器之前要知道7805輸入端電壓要大于7V但最好不要超過15V，雖說其最大輸入電壓為35V左右。根據(jù)這條原則可選取220/9的變壓器?，F(xiàn)在來驗(yàn)證一下220/9V變壓器是否合適. 當(dāng)電網(wǎng)過壓時(shí)7805輸入端電壓為U3=1.2*9*1.1=11.9V. 當(dāng)電網(wǎng)欠壓時(shí)輸入端電壓為U3=1.2*9*0.9=9.8V 無論過壓還是欠壓都在希望值內(nèi)，所以合適。 1）取220/9V變壓器，變壓比K=220/9=24。 2）7805輸出最大功率為7.5W，考慮到電路中其它元件的消耗，暫取變壓器的額定功率為2.5~3.5倍的7.5W. （2）整流二極管的選取 1）由于7805輸出最大電流為1.5A,而2組二極管輪流導(dǎo)通，那么一個(gè)周期內(nèi)流過每個(gè)二極管的平均電流為： Id=I/2=1500/2=750mA。 2）考慮到電網(wǎng)正負(fù)百分之10的波動，二極管承受最大反相電壓為Urm=1.1*1.414*9=14V 實(shí)際選取二極管時(shí)，要留有余量。 （3）電容選取 由于電解電容性能差，其耐壓值最好要大于等于實(shí)際電容兩端電壓2倍。 取C1=1000UF,耐壓25V的電容，C2=0.1UF,耐壓25的電容C3=10UF,耐壓10V的電容，C4=0.1UF,耐壓10V的電容 （4）三端穩(wěn)壓芯片選取 取7805穩(wěn)壓芯片，其輸出電壓5V,最大輸出電流1.5A，最大輸出功率7.5W，并帶散熱片。 上述只是做理論上的選取，實(shí)際選取參數(shù)要參考手冊，并做調(diào)整。 3.電路故障分析 （1）上電后電解電容爆掉 仔細(xì)觀察電解電容是否接反、整流橋上的4個(gè)二極管是否全部接反。 (2) 7805不能正常工作，輸出電壓明顯低于5V 先看電解電容是否鼓包，如果沒有發(fā)現(xiàn)用萬用表測7805輸入端電壓是否低于7V（注意：不要測電解電容C1的+端，如果+端與7805的1腳之間存在斷路故障，測出來的C1正端電壓大于7V，會誤認(rèn)為7805芯片問題）,如果低于7V，用萬用表測變壓器二次電壓是否過低。如不是測電解電容是否明顯漏電，把電解電容一引腳從電路板上斷開，萬用表打到1K檔并校零，正表筆接電解電容正端負(fù)表筆接電解電容另一端，如果指針從無窮大打到0后不動或返回的幅度過小說明電解電容漏電。如果正常懷疑二極管開路測整流橋上的二極管是否開路。斷電數(shù)字式萬用表打到蜂鳴檔（如果是指針式萬用表打到R*100或R*1K,不要打到R*1檔，因?yàn)殡娮铏n位越內(nèi)部阻值越。打到R*1檔萬用表的電流大概是100多毫安，可能燒斷表筆中的導(dǎo)線）斷開整流橋與變壓器的連接，測二極管正向是否導(dǎo)通。把正表筆接二極管陽極負(fù)表筆接陰極，如果不響說明二極管開路（整流橋與變壓器相連是測不準(zhǔn)的，如果VD2開路，測其正向是否導(dǎo)通時(shí)，萬用表的電流會經(jīng)過VD4,U2，到VD2的陰極，即萬用表測的是VD4與U2之間的電阻，而U2內(nèi)部的電感對直流電相當(dāng)于短路內(nèi)部電阻又很小，所以鳳鳴器響會誤導(dǎo)判斷）。 （3）7805芯片發(fā)熱 觀察7805芯片的引腳是否接反，熱片是否有問題，測輸出端負(fù)載電阻是否變小。如果問題還沒解決換7805芯片試試。 （4）變壓器發(fā)熱 斷開電源與變壓器的連接，感覺一下變壓器的溫度。 如果變壓器發(fā)熱嚴(yán)重，懷疑整流橋二極管擊穿測二極管反向是否截止。指針式萬用表正表筆接二極管陰極，負(fù)表筆接二極管陽極。如果二極管擊穿指針從無窮打到0后不動，如果沒有擊穿指針從無窮打到0在從0返回到無窮（這種測量方法雖說很簡單但是如果C1漏洞就不一定測的準(zhǔn)）。如果二極管沒問題懷疑變壓器有重大問題。 如果變壓器發(fā)熱不是很嚴(yán)重測電源電壓是否正常，如果正常懷疑變壓器本身有問題。 |
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