电路自主设计实验交流整流电源.docx
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电路自主设计实验交流整流电源
自主设计电路实验
实验名称:
交流电源整流电路的研究
实验日期:
2013年11月30日
实验室名称:
哈工大-福禄克电工技术联合实验室
一、实验目的
1、研究半波整流电路、全波桥式整流电路。
2、电容滤波电路,观察滤波器在半波和全波整流电路中的滤波效果。
3、整流滤波电路输出脉动电压的峰值。
4、初步掌握示波器显示与测量的技能。
二、实验仪器与设备及型号
1、TFG2000G型DDS函数信号发生器
2、UT-56型数字万用表
3、SS-7802A型示波器
4、电阻及电容,二极管等
三、总体设计方案或技术路线
1、利用二极管的单向导电作用,可将交流电变为直流电。
常用的二极管整流电路有单相半波整流电路和桥式整流电路等。
2、在桥式整流电路输出端与负载电阻RL并联一个较大电容C,构成电容滤波电路。
整流电路接入滤波电容后,不仅使输出电压变得平滑、纹波显著成小,同时输出电压的平均值也增大了。
四、实验原理及理论分析
1.半波整流
如图,变压器次级电压e2,是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压,它的波形如图5-2(a)所示。
在0~π时间内,e2为正半周即变压器上端为正下端为负。
此时二极管承受正向电压面导通,e2通过它加在负载电阻Rfz上,在π~2π时间内,e2为负半周,变压器次级下端为正,上端为负。
这时D承受反向电压,不导通,Rfz,上无电压。
在2π~3π时间内,重复0~π时间的过程,而在3π~4π时间内,又重复π~2π时间的过程…这样反复下去,交流电的负半周就被"削"掉了,只有正半周通过Rfz,在Rfz上获得了一个单一右向(上正下负)的电压,如图5-2(b)所示,达到了整流的目的,但是,负载电压Usc。
以及负载电流的大小还随时间而变化,因此,通常称它为脉动直流。
这种除去半周、图下半周的整流方法,叫半波整流。
不难看出,半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的,电流利用率很低(计算表明,整流得出的半波电压在整个周期内的平均值,即负载上的直流电压Usc=0.45e2)因此常用在高电压、小电流的场合,而在一般无线电装置中很少采用。
2,桥式整流电路。
工作原理如下:
e2为正半周时,对D1、D3加正向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。
电路中构成e2、Dl、Rfz、D3通电回路,在Rfz,上形成上正下负的半波整流电压,e2为负半周时,对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。
电路中构成e2、D2、Rfz、D4通电回路,同样在Rfz上形成上正下负的另外半波的整流电压。
五、详细实验步骤及实验结果数据,图像记录(电路图由OrCADpspice15.7绘制)
1、打开信号发生器,将其参数调整为正弦波,Vp-p=5V。
连接好示波器,将信号输入线与信号发生器连接,校准图形基准线。
2、如图,在交直流电路实验板板上连接好半波整流电路,将信号连接线与电阻并联。
3、如图,在面包板上连接好全波整流电路,将信号输入线与电阻连接(具体元件参数不以此图为准,图仅为仿真时用)。
4、在全波整流电路中将电阻换成470μF的电容,将信号接入线与电容并联。
5、如图,选择2200μF的电容,连接好整流滤波电路,将信号接入线与电阻并联。
改变电阻大小(200Ω、100Ω、50Ω)
200Ω
100Ω
50Ω
25Ω
6、更换470μF的电容,改变电阻(200Ω、100Ω、50Ω、25Ω)
200Ω
100Ω
50Ω
25Ω
六、数据记录及处理
1半波整流电路输出电压的测试
输入信号:
交流电500Hz,Up-p=5v
直流成分V
交流成分V
万用表测
示波器测
万用表测
示波器测
1.463
1.623
1.703
4.616
2全波整流电路输出电压的测试
输入信号:
交流电500Hz,Up-p=5v
测试条件
测试结果
CL/uF
RL/Ω
U0/V
U/V
470
100
2.823
4.380
155.15%
470
200
2.788
1.395
199.85%
2200
200
4.321
0.153
3.54%
2200
100
4.530
0.160
3.52%
七、实验结论
1.输出电压与输入交流电压、纹波电压的关系为
2.实验数据明显看出,R为主要影响整流电路效果的参数,当C一定时,R越大Vr(avg)越小,V输越大。
3.R不变时,输出电压与电容的关系由上面的公式可知。
当R一定时,C越大Vr(avg)越小,V输越大。
4.显然,全波整流电路效果优于半波整流电路。
八、实验中出现的问题及解决对策
1.在实验前的仿真中,由于对于实验原理没有足够了解,于是设计的电路图如下,即直接用正弦电源作为激励。
但是在仿真时出现了如下问题
原因是如果不加变压器的时候不共地,所以不能实现。
输入端和输出端的地线把其中的一支二极管给短路了。
2.在实验前,我多方查相关资料,进行仿真,但实验中还是出现了诸如二极管分不清正负极导致接反,示波器多次调整却无法显示稳定波形的问题,但耐心处理,细心连线,最后问题都能得到解决。
八、本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
在做实验以前,我本以为这是一个十分简单的实验。
但是直到开始做之后才发现自己有太多不懂的东西,太多意想不到的困难,比如二极管,变压器的特性,还有仿真软件的运用等,甚至一些直到报告落笔也未完全清楚。
电路连接之前的仿真,对于元件型号的选取,参数的选择感到迷惑,时不时出现的错误提示也让我感到烦心。
进入实验室之后,线路连接更是错了一遍又一遍,尤其是在示波器调不出波形时,实在不知道自己到底只是再花一点时间就可以调出来还是全盘接错,感觉自己就像是在暗室中不断摸索与碰壁的老鼠,在自己也不了解的地方变换着各种方法去试探,直到撞到一处终于不是墙的地方——那就是出口。
九、参考文献
[1]孙立山,陈希有电路理论基础[M]北京:
高等教育出版社2013
[2]康华光.电子技术基础数字部分[M]北京:
高等教育出版社2000
[3]张立.现代电力电子技术基础[M]北京:
高等教育出版社1999
[4]杨世彦电工学(中册)电子技术[M]北京:
机械工业出版社2003
[5]唐介电工学[M]北京:
高等教育出版社1999
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