整流与滤波电路原理

一、整流电路

整流电路的关键问题是利用二极管的单向导电性，将交流电压变换成单相脉动电压。单相整流电路可分半波、全波、桥式、倍压整流等。由于半波整流电路只在电源的半个周期工作，电源利用率低，输出波形脉动较大，且电路简单。

1、全波整流电路

如下图所示，全波整流是由两个单相半波整流电路组成的，变压器的二次线圈的中心抽头把U2分成两个大小相等，方向相反的U21和U22

图1 全波与桥式整流电路

工作原理：在正弦交流电源的正半周，VD1正向导通，VD2反向截至，电流经VD1，负载电阻RL回到变压器中心抽头0点，构成回路，负载得到半波整流电压和电流。

同理，在电源的负半周，VD2导通，VD1截止。电流经VD2，RL流回到变压器中心抽头0点，负载RL又得到半波电压和电流。在负载上得到的电压和电流波形图见图2a。

电路一直重复上述过程，由此可见，全波整流电路的两只二极管VD1，VD2是轮流工作的。

2、桥式整流电路

如上图b）所示，单相桥式整流电路由电源变压器T，整流二极管VD1.VD2.VD3,VD4和负载电阻RL组成。与全波整流电路一样，变压器将电网交流电压变换成整流电路所需的交流电压，设

当电源电压处于U2的正半周时，变压器二次绕组的a端电位高于b端电位，VD1，VD3在正向电压作用下导通，VD2和VD4在反向电压作用下截止，电流从变压器二次绕组的a端出发，经VD1，RL,VD3，由b端返回构成通路。由电流通过负载电阻RL，输出电压Uo=U2..。

相同原理可以分析电源电压处于负半周的情况。

在交流电压的整个周期内，整流器件在正负半周内各导通一次，负载电阻始终有电流通过，并且保持为同一方向，得到两个半波电压和电流，如图2b所示。所以桥式整流也是一种全波整流电路

图2 全波与桥式整流电压电流波形图

二、滤波电路

整流电路可以使交流电转换为脉动直流电，这种脉动直流电不仅包含直流分量，还有交流分量。但是需要的是直流分量，因此必须把脉动直流中的交流分量去掉。从阻抗观点看，电感线圈的直流电阻很小，而交流阻抗很大；电容器的直流电阻很大，交流电阻很小。如果组合起来就能很好地滤除交流分量。这种组合就是滤波器。常用的滤波电路有以下几种形式。

1、电容滤波电路

如下图就是电容滤波电路，即在负载两端并联一只电容。

工作原理：利用电容两端电压不能突变的特性，当二级管导通时，一方面给负载供电，另一方面对电容充电。充电到一定程度，电容开始经过负载电阻放电。放电速度较慢，会持续到交流电的负半周，然后再重复上述过程。

输出电压的大小和脉动程度与放电时间常数有关。

桥式整流电容滤波后，输出电压Uo=（1.1~1.4）U2.。滤波电容选用几十微法以上的电解电容，要注意其耐压值应高于1.4倍U2.。

2、电感滤波电路

如果要求负载电流较大时，输出电压仍较平稳，则采用电感滤波电路。如下图所示。

电感线圈上的直流阻抗很小，所以脉动直流电压中的直流分量很容易通过电感线圈，几乎全部到达负载电阻RL，而电感对交流的阻抗很大，所以脉动电压中的交流分量很难通过电感线圈。由于电感和负载电阻串联，对交流分量可看成一个分压器，如果电感的感抗比负载电阻大很多，那么交流分量将大部分降在电感上，这样就可以将脉动较大的直流输出变为较平稳的直流输出

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