整流电路与滤波电路的原理与使用

整流电路
二极管具有单向导电性，利用这一特性可以组成整流电路，将交流电变为脉动的直流电。在小功率直流电源中，经常采用单相半波、单相全波、单相桥式整流电路。
一、单相半波整流电路
   1、电路组成与工作原理
    电路中 用变压器T将电网的正弦交流电压U1变成U2，设U2=√2U2sinωt;
    U2为变压器二次侧的交流电压有效值，在U2的正半周二极管D导通（正偏压），电流Id流过加到负载rl上，则负载电压等于变压器二次电压，即：ul=U2=√2U2sinωt(0<=   ωt<=π）
在U2的负半周时，二极管反向偏压而截止，Id=0负载上没有电流流过，二极管承受一个反向电压，其值就是变压器的U2；因在交流电压的一个周期内只有正半周导通所以称为半波整流。
    2、负载上的直流电压与电流的估算 
      直流电压是指一个周期内脉动电压的平均值。半波整流电路ul=0.45U2(大约数）；负载上的电流
      il=ul/rl=0.45*U2/RL; 
二、单相全波整流电路
   1、变压器中心抽头的全波整流电路
    
    全波整流电路利用具有中心抽头的变压器与两个二极管配合，使D1、D2在正负半周轮流导通，而且二者流进rl的电流保持同一方向，从而使正、负半周在负载上均有输出电压。
    负载上的直流电压和电流的计算
    因正、负半周在负载上都有输出电压所以全波整流电路负载上的电压是半波的2倍；
    ul=2*(√2/π）*U2=0.9U2;   il=0.9*(U2/rl)
    但全波整流电路必须采用具有中心抽头的变压器且要对称的，每个线圈只有一半时间通过电流，变压器的利用率不高。
2、桥式整流电路 
       为了克服全波整流的缺点现在多采用如图的桥式整流电路；
      整流过程 ：四个二极管两两轮流导通，正半周时电流由D1---RL---D3回到U2的负端，正半周时，电流由D2---RL---D4回到U2的正端；无论是正半周还是负半周流过RL的电流的方向是一致的，所以它的电压：ul=0.9U2; 电流IL=0.9*(U2/RL)

滤波电路  
    上面学习的整流电路,它们的输出电压都含有较大的脉动成分,只在一些特殊的场合使用,一般的直流电路都需要较理想的一条直线似的的直流电压,这就要平滑脉动的电压使其达到,这种措施就是滤波.
    滤波器一般由电感或电容以及电阻等元件组成.
(一)电容滤波
    利用电容两端电压不能突变只能充放电的特性来达到平滑脉冲的电压的目的.
      在正半周D导通时分两个电流:一是电流IL向负载供电,二是IC向电容充电;如忽略D的压降则在电容上的电压等于U2,当U2达到最大的峰值后开始下降,此时电容C上的电压UC也将由于放电而逐渐下降,当U2<UC时,二极管被反偏而截止,于是UC向负载供电且电压继续下降,直到下一个正半周U2>UC时二极管再导通,再次循环下去.

    但半波整流滤波的输出的电压还是带有锯齿装的成分现在多用桥式整流滤波电路;原理同上.
根据上面的分析可知, 采用电容滤波后,有如下特点:
1、负载电压中的脉动的成分降低了许多；
2、负载电压的平均值有所提高。在RL一定时滤波电容越大，UL越大。设计时可估算：
     UL=1---1.1U2(半波);UL=1.2U2(全波桥式整流)
      滤波电容的确定: RL*C>=(3--5)T(半波整流时);RL*C>=(3--5)T/2(全波桥式整流时);T为交流电的周期.