我們已經(jīng)知道，人們普遍使用的市電是正弦波交流電，交流市電的特性是：有效值為220V，峰值等于有效值的√2 倍，頻率為50Hz，周期(T)是0.02s。交流電的波形如圖2-1所示。

【提示】

頻率(f)與周期(T)的關系：T=1/f，其中，頻率是指1s內正負極性交替變化的次數(shù)，周期是指正負極性變化1次所需要的時間。而有效值是指在一個周期內的平均電壓值(如圖2-1中OACD所圍成的矩形面積)。

絕大多數(shù)電子設備使用的是低壓直流電，我們日常使用的電源是220V交流市電，由于電壓太高，不能直接供給這些電子設備。所以，交流市電必須要經(jīng)過降壓，再經(jīng)變換成為直流電才能用于電子設備。在電子設備中，將交流電壓(電流)變換為單向脈動直流電壓(電流)的過程叫整流，通常稱為AC-DC轉換。這是利用二極管的單向導電特性進行轉換的，簡單方便。下面簡要分析整流濾波電路。

單相半波整流濾波電路

1.半波整流電路

半波整流電路主要由變壓器、整流二極管和負載組成。單相半波整流電路原理圖如圖2-2所示。

圖2-2a中，T為電源變壓器，假定一次側接入220V交流市電電壓U1，利用變壓器的原理在二次側得到交流電壓U2(假定變壓器為降壓變壓器)，其波形如圖2-3a所示，正負極性、幅值隨時間變化而變化，U2為有效值，峰值為

U2。在U2的正半周期間，U2的上端為正，下端為負。二極管VD正向導通，相當于開關接通，如圖2-2b中，有電流流過二極管和負載RL，在負載上得到輸出電壓Uo=U2-0.7V≈U2，如圖2-3b中0～0.01s期間的波形。

在U2的負半周期間U2變?yōu)樯县撓抡?，二極管VD因反偏而截止，相當于開關斷開，如圖2-2c中，沒有電流流過負載，即負載上的電壓Uo為0，如圖2-3b中0.01～0.02s期間。

由此可看出，半波整流只用了交流電的半個周期，而且負載有0.01s的缺電期，在負載上形成的平均電壓為Uo(AV)=0.45U2。

這里對半波整流電路是以交流電壓為例來說明的，實際上，它也可以對脈沖電壓進行整流，并且對脈沖電壓進行整流在開關電路中應用較多。

2.濾波電路

從圖2-3可以看出，整流后在負載上得到的電壓呈間斷狀態(tài)，稱為單向脈動直流電(電流方向不變，總是自上而下流過負載)，大多數(shù)的電子設備在這樣的供電情況下還是不能正常工作，表現(xiàn)出來就是出現(xiàn)故障。為了給負載供給穩(wěn)定的直流電壓，還需要將脈沖直流電進行濾波。

濾波的目的是要將脈沖直流電的脈動成分削弱，使輸出電壓更加平穩(wěn)。濾波的方式主要有電容濾波、電感濾波、阻容濾波和π形濾波等方式。

(1)電容濾波

電容濾波的電路原理圖如圖2-4所示。

電容濾波電路，實際上就是在整流濾波的電路原理圖中的負載上并聯(lián)一個電容器。下面我們分析一下增加電容器后工作情況有什么變化。

變壓器二次電壓U2波形如圖2-5a中虛線所示。當U2處在第一個正半周的上升期(0～t1)時，二極管VD導通，其電流向電容器充電，電容器上的電壓很快被充到U2的峰值。當U2下降時，電容器上的電壓暫時保持在其峰值，因為電容兩端電壓不能突變，所以二極管處于反向截止狀態(tài)，電容器上的電壓通過負載緩慢放電，電壓漸漸降低，如圖2-5a中t1～t2期間波形所示。到達t2時，由于U2變到第二個正半周上升期并使二極管重新導通，再向電容器充電，電容器的電壓UC又隨U2升高，再次達到峰值，這樣重復下去得到如圖2-5a中的實線波形，它呈鋸齒波形或三角波形。其負載電壓UL的平均電壓大幅提高。

在U1發(fā)生突變(升高或降低)時，電容器兩端的電壓不會發(fā)生大幅波動。當U1突然升高時，U2整流后對電容器的充電電流加大，因為電容器兩端電壓不能突變，所以電容器上的電壓上升緩慢，削弱了浪涌電流對負載的沖擊，還能起到保護負載的作用。同理，若U1突然下降，雖然U2也下降，但電容器上的充電電壓不能突然降低，它只能通過負載緩緩放電，從而使負載上的電壓也不會突然降低。

電容濾波過程中電壓的特點是：

1)輸出電壓沒有了間斷區(qū)，濾波后的直流電壓比無電容器時提高了，幾乎達到了U2的峰值。在實際中，由于電容器的放電及整流管內阻等因素會使輸出電壓略低，它約等于U2。

2)C越大，RL越大，放電所引起的電壓下降就越小，輸出電壓略有提高。

3)濾波后的電壓呈鋸齒波形，用示波器可清楚地看到其波形。

4)由于電源電壓只在半個周期內有輸出，電源利用率低，脈沖成分太大。

(2)電感濾波

電感濾波電路原理圖如圖2-6a所示。

由電感本身的物理特性可知，當通過電感的原電流突然增大時，電感自身就產(chǎn)生一個感應電動勢，其方向與增大的電流方向相反，兩者相抵消一部分，阻礙電流的突然增大;當通過電感的原電流突然減小時，電感自身同樣能產(chǎn)生一個感應電動勢，其方向與減小的方向相反，又阻礙電流的突然減小。這樣的特性使變化的電流不能通過電感線圈加到負載上，使負載上的電壓變化較緩，從而起到穩(wěn)壓的作用。

阻容濾波和π形濾波的電路形式如圖2-6b和d所示，它們的工作原理與上述兩種濾波電路原理很相似，請讀者自行分析。

從這幾種濾波方式的圖形可見，電容濾波簡單，阻容濾波負載電流較小，電阻不能太大;電感濾波效果好，但電感體積較大，π形濾波效果最好。

單相全波整流濾波電路

由于半波整流存在輸出電壓脈動大以及電源利用率低等缺點，因而實際應用中常采用全波整流。其電路組成如圖2-7a所示。與半波整流不同的是，變壓器多了一個中間抽頭，其1～0線圈與0～2線圈匝數(shù)相等。

查看圖2-7a、b。輸入交流電壓U1為正半周時，變壓器二次感應電壓U2分為U2a和U2b兩部分。U2a由變壓器二次1～0線圈產(chǎn)生，設極性為“1正0負”;U2b由變壓器二次0～2線圈產(chǎn)生，極性為“0正2負”。二極管VD1因正偏而導通(相當于開關接通)，電流自上而下流經(jīng)負載RL到變壓器中心抽頭0端;二極管VD2因反偏而截止(相當于開關斷開)。當輸入交流電壓U1為負半周時，變壓器二次感應電壓極性為“1負0正”、“0正2負”，因而，VD1截止，VD2導通，電流還是自上而下流經(jīng)負載到中心抽頭0端。

當交流電進入下一個周期時，又重復上述過程?？梢?，交流電的正負半周使VD1與VD2輪流導通，在負載上總是得到自上而下的單向脈動直流電流。與半波整流相比，它有效地利用了交流電的負半周。全波整流濾波波形如圖2-8所示。

由圖2-8分析可知，全波整流濾波電路的輸出電壓Uo比半波整流提高了一倍，且有

Uo=0.9U2

橋式整流及濾波電路

為了克服半波整流的缺點，實際電路中還常采用橋式整流及濾波電路。橋式整流及濾波電路原理圖如圖2-9所示。

從電路圖中可以看出，該電路用了四個整流二極管，其工作原理如下所述。

假設U2為變壓器二次交流電壓，在U2的正半周期期間，變壓器二次為上正下負，二極管VD1、VD3因正偏導通，電流由1端流出，經(jīng)VD1、RL和VD3回到變壓器2端，在負載上得到“上正下負”的電壓，此時，VD2和VD4因反向而截止，波形如圖2-10a所示。請讀者注意電流的方向和通路。

在U2的負半周期期間，變壓器二次為上負下正，二極管VD2、VD4導通，VD1、VD3截止，電流由2端流出，經(jīng)VD2、RL和VD4回到變壓器1端，在負載上得到的還是“上正下負”的電壓?？梢娫赨2的整個周期內VD1、VD3工作半周，VD2、VD4工作半周，兩組輪流導通，在負載上總是得到“上正下負”的單向脈動直流電壓，其波形變化如圖2-10b所示。

當在負載兩端并接上電容器濾波時，其輸出電壓更加平穩(wěn)。其輸出電壓波形如圖2-10c中實線所示。

橋式整流及濾波電路的特點是脈動減小、電源利用率提高。橋式整流電路的輸出電壓在無電容時約為0.9U2，橋式整流后的濾波電路同于單相濾波電路，濾波后的輸出電壓為Uo=√2U2。