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智能伺服变压器:整流、滤波电子电路工作原理

2018-07-24 08:59:40 德州信平电子有限公司 阅读

整流、滤波电子电路工作原理图

要看懂一张比较复杂的电子电路图,首先要了解电路中元件的性能,同时要掌握一些常用的单元电路,做到熟记于心。这样识读电子电路图时就可以做到快速、准确地理解电路图的原理,为实际操作创造理论条件。

本文将分类介绍电子电路中的常用单元电路,使初学者认识、了解这些单元电路的组成及基本功能,同时将简单介绍一些器件的性能、特点,以帮助初学者更好地理解电路的工作原理。

一、直流电源电路

任何一个电子电路都离不开电源,而电子电路中使用的一般都是直流电源。直流电源的获得,一种是使用干电池或蓄电池供电,另一种是将交流电源经过整流、滤波、稳压后供给电路使用。如何将交流电转换成直流电?有哪些方法?这些方法的特点又是什么?下面就来回答这些问题。

1.       整流电路

整流电路又可分为单相为波整流电路、单相全波整流电路及单相桥式整流电路,下面分别进行叙述。

(1)单相半波整流电路是最简单的一种整流电路,如图a)所示。电路由电源变压器、整流二极管D、负载RL组成。电源变压器的作用是把220V交流电降低为几伏至几十伏的交流电压。整流二极管的作用是把交流电变换为脉动直流电,其波形如图b)所示。该电路之所以能把交流电变换为脉动直流电,关键是利用了整流二极管具有单相导电的特性。当给二极管加正电压时,二极管呈导通状态(相当于开关闭合)电流可以通过;当给二极管加反向电压时,二极管呈截止状态(相当于开关断开)电流不能通过。

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                         a)

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                           b)

                                        图1-1单相半波整流电路

电路工作原理如下:当电源变压器的初级绕组接交流电压时,在次级绕组中就会感应出交流电压U2。当U2为正半周时,设A端为正,B端为负(即A端电位高于B端电位)。这时二极管承受正向电压,呈导通状态,故电流由A端经二极管D和负载RL流到B端,负载RL两端有电压Uo。当U2为负半周时,A端为负,B端为正,则二极管承受反向电压,呈截止状态。通过负载上的电流为零,负载两端的电压也为零。可见在交流电U2的一个周期内,负载RL上只有自上而下的单方向电流,实现了整流。从波形图可以看出,整流后的电压(电流)方向不变,但大小是波动的。这种大小变化、方向不变的电压(电流),称为脉动直流电。从波形图中还可以看出,这种电路仅利用了电源电压的半个波,故称为半波整流电路。

(2)单向半波整流电路的缺点是电源的利用率低,且输出电压脉动大。为了克服这一缺点,可以采用全波整流电路,如图1-2a)所示。电路中的变压器次级绕组有中心抽头,是电路的公共端,将次级绕组分成匝数相等的两个绕组。这样次级绕组有两个电压a、b,它们大小相等、极性相反。电路中使用了型号、参数相同的两只整流二极管。由图可以看出,在电流的一个周期内,两只二极管轮流导通,负载上都有单向脉动直流电输出,故称为全波整流电路。波形如图1-2d)所示。

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                            c)

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                          d)

                                       图1-2单相全波整流电路

(3)桥式整流电路是全波整流的另一种形式,如图1-3所示。其特点就是变压器的次级绕组没有中心抽头,但电路中加了两只二极管,四只二极管组成桥式整流电路。这是应用很普遍的一种整流电路。电路工作原理如下:设U1正半周时,a点电位高于b点电位,这时二极管VD1、VD3正偏导通,VD2、VD4反偏截止,电流从a点通过VD1、RL、VD3到b点形成回路(图中箭头所示)并在负载RL两端产一上正、下负的直流电压U2。在U1负半周时,b点电位高于a点电位,这时二极管VD1、VD3反相截止,VD2、VD4正偏相导通,电流从b点通过VD2、RL、VD4到a点形成回路,并在负载及RL两端产生上欺上正下负的直流电压UL。整流后的电压波形与全波整流波形完全相同。桥式整流电路在交流电和一个周期内,负载上始终有方向不变的直流电压,但每只二极管只工作半个周期,二极管承受的反向电压比全波整流电路中的二极管承受的反向电压低。

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                                       图1-3单相桥式整流电路

二、滤波电路

在上述三种电路中,输出的都是脉动直流电,虽然极性不变,但大小还是波动的,即平滑性差。这种脉动直流电中包含有大量的交流成分。这种脉动直流电压用于对直流电压平滑性要求不高的场合是可以的,如电解、电镀等设备的供电。而用在有些设备中,如电子仪器、自动控制、计算机、电视机、录音机等,则会带来一定的问题,会使仪器或电器不能正常工作。因为这些仪器或电器设备对直流电在电压的平滑性能要求比较高,即直流电压的波动性应越小越好。为些需要在整流电路和负载之间加入能把交流成分滤掉的电路,这种功能的电路就是滤波电路,又称滤波器。

(1)常见的滤波电路有电容滤波器、电感滤波器、复式滤波器三种。按整流电路不同,滤波电路可分为半波整流电容滤波电路、全波整流电容滤波电路、桥式整流电容滤波电路、全波整流电感滤波电路、桥式整流电感滤波电路、LC-Ⅰ型滤波电路、LC-Ⅱ型滤波电路等多种。各种常见的滤波电路形式如图2-1所示。

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          a)桥式整流电感滤波电路

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           b)全波整流复式滤波电路

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            c)LC-Ⅰ型滤波电路

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                    d)LC-Ⅱ型滤波电路

                                    图2-1单相全波整流电路

 

(2)电容滤波就是在整流电路之后与负载并联一个容量较大的电容。由于电容的充放电作用以及电容两端电压的存在,使得整流电路输出电压UL的脉动程度大为减弱,波形近于平滑,起到了滤波的作用。桥式整流电容滤波输出电压波形如图2-2所示(实际为滤波后的输出波形)。在这种电容滤波电路中,电容的容量越大或负载电阻越大,电容放电就越慢,输出电压也就越平滑。

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                                   图2-2桥式整流电容滤波波形

 

(3)电感滤波就是在整流电路输出端和负载之间串入一个电感线圈,它是利用电感的直流电阻小、交流电阻大(即隔交通直)的特性进行滤波的。工作原理如下:当整流电路输出脉动直流电压时,负载电流将随着增加或减少。当负载电流增加时,电感线圈中将产生与电流方向相反的感应电动势,力图阻止电流的增加,而当负载电流减少时,电感线圈中将产生与电流方向相同的感应电动势,使得负载电流的脉动程度减少了,在负载上也就可以得到一个较平滑的直流输出电压,电感量越大,滤波效果越好。

(4)复式滤波器是由电感和电容或电阻和电容组合起来的滤波器,工作原理与电容滤波器和电感滤波器相同,只不过是经过两次以上的滤波,使得输出波形更加平滑,负载上得到近乎于干电池电源电压的效果。LC-Ⅰ型滤波器、LC-Ⅱ型滤波器都是复式滤波器。


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