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整流濾波電路是常用電源電路，由整流電路和濾波電路兩部分組成，主要功能和作用是將交流電源降壓、整流、濾波為合適的直流電壓，作為電子電路的工作電源。

1.整流電路

整流電路是將交流電轉(zhuǎn)換為直流電的電路。整流電路是利用二極管等具有單向?qū)щ娞匦缘碾娮悠骷M(jìn)行工作的，包括半波整流、全波整流、橋式整流等電路形式。

(1)半波整流電路

半波整流電路是最簡單、最基本的整流電路，如圖8-2所示，由電源變壓器T、整流二極管VD組成，RL為負(fù)載電阻。

電源變壓器T的一次繞組L1接交流電源電壓U1(通常為交流220V市電)，經(jīng)過變壓器T的降壓，在其二次繞組L2兩端得到所需要的交流電壓U2，再經(jīng)VD整流成為直流電壓Uo。電路工作過程如下。

在交流電壓U1正半周時(shí)，U2的極性為上正下負(fù)，如圖8-3(a)所示。大家知道，二極管具有單向?qū)щ娦?，即電流只能從正極流向負(fù)極。U2正半周期時(shí)，VD加的是正向電壓，因此VD導(dǎo)通，電流I由U2正極經(jīng)VD、負(fù)載電阻RL回到U2負(fù)極，形成電流回路，并在RL上產(chǎn)生電壓降(即為輸出電壓Uo)，其極性為上正下負(fù)。

在交流電壓U1負(fù)半周時(shí)，U2的極性為上負(fù)下正，如圖8-3(b)所示。這時(shí)，VD加的是反向電壓，因此VD截止，電流I=0A，負(fù)載電阻RL上無電壓降，輸出電壓Uo=0V。

半波整流電路工作波形如圖8-4所示。從圖中可見，半波整流電路只有在交流電壓U2正半周時(shí)才有輸出電壓Uo，負(fù)半周時(shí)無輸出電壓，輸出電壓的直流分量較少，交流分量較多。由于只利用了交流電壓U2正弦波的半個(gè)周期，所以半波整流電路的效率較低。

(2)全波整流電路

為了提高整流效率、減少輸出電壓Uo的脈動(dòng)分量，往往采用全波整流電路。全波整流電路實(shí)際上是2個(gè)半波整流電路的組合，電路如圖8-5所示，采用了2個(gè)整流二極管VD1和VD2。

全波整流時(shí)電源變壓器T的二次繞組匝數(shù)為半波整流時(shí)的2倍，且中心抽頭將T的二次繞組分為L2與L32個(gè)部分。當(dāng)電源變壓器T一次繞組L1接入交流電源U1時(shí)，在二次繞組L2與L3上則分別產(chǎn)生U2與U32個(gè)大小相等、相位相反的交流電壓。

在交流電壓U1正半周時(shí)，U2與U3均為上正下負(fù)，如圖8-6(a)所示。U2對于VD1而言是正向電壓，因此VD1導(dǎo)通，電流I1經(jīng)VD1流過負(fù)載電阻RL，RL上電壓Uo為上正下負(fù);而U3對于整流二極管VD2而言是反向電壓，因此VD2截止。

在交流電壓U1負(fù)半周時(shí)，U2與U3均為上負(fù)下正，如圖8-6(b)所示。這時(shí)，U2對于VD1而言是反向電壓，因此VD1截止;U3對于VD2而言是正向電壓，因此VD2導(dǎo)通，電流I2經(jīng)VD2流過負(fù)載電阻RL，RL上電壓Uo仍為上正下負(fù)。

綜上所述，在交流電壓正半周時(shí)，VD1導(dǎo)通，由二次電壓U2向負(fù)載電阻RL供電;在交流電壓負(fù)半周期時(shí)，VD2導(dǎo)通，由二次電壓U3向負(fù)載電阻RL供電。由于U2與U3大小相等、相位相反，所以交流電壓的正、負(fù)半周均在負(fù)載電阻RL上得到利用。

全波整流電路工作波形如圖8-7所示。從波形圖可見，全波整流電路利用了輸入交流電壓的整個(gè)正弦波，因此其輸出電流和輸出電壓的脈動(dòng)頻率為半波整流時(shí)的2倍，其中的直流分量也是半波整流時(shí)的2倍，整流效率大大提高。

(3)橋式整流電路

橋式整流電路是另一電路形式的全波整流電路，電路如圖8-8所示。橋式整流電路雖然需要使用4只整流二極管，但是電源變壓器二次繞組不必繞2倍匝數(shù)，也不必有中心抽頭，制作更為方便，因此得到了非常廣泛的應(yīng)用。

橋式整流電路工作過程如圖8-9所示。

在交流電壓U1正半周時(shí)，電源變壓器二次電壓U2的極性為上正下負(fù)，4只整流二極管中，VD1、VD4因所加電壓為反向電壓而截止，VD2、VD3因所加電壓為正向電壓而導(dǎo)通，電流I1流過負(fù)載電阻RL，在RL上產(chǎn)生電壓降(即為輸出電壓Uo)，電壓極性為上正下負(fù)。

在交流電壓U1負(fù)半周期時(shí)，電源變壓器二次電壓U2的極性為上負(fù)下正，4只整流二極管中，VD2、VD3因所加電壓為反向電壓而截止，VD1、VD4因所加電壓為正向電壓而導(dǎo)通，電流I2流過負(fù)載電阻RL，在RL上產(chǎn)生電壓降(即為輸出電壓Uo)，電壓極性仍為上正下負(fù)。

橋式整流電路中，由于4只整流二極管巧妙地輪流工作，交流電壓的正、負(fù)半周均在負(fù)載電阻RL上得到了利用，從而實(shí)現(xiàn)了全波整流，其工作波形與圖8-7所示全波整流電路波形相同。

2.負(fù)壓整流電路

以上整流電路得到的都是正電壓，如果需要得到負(fù)電壓，則可采用負(fù)壓整流電路。負(fù)壓整流電路同樣具有半波整流、全波整流、橋式整流等電路形式。

(1)負(fù)壓半波整流電路

負(fù)壓半波整流電路如圖8-10所示，與圖8-2所示正電壓的半波整流電路相比較，僅僅是將整流二極管VD反接即可。

由于VD反接，因此只有在輸入交流電壓U2負(fù)半周時(shí)，VD才為正向使用而導(dǎo)通，電流I流向如圖8-10中虛線箭頭所示，在負(fù)載電阻RL上即可得到上負(fù)下正的輸出電壓Uo(即負(fù)電壓輸出)。

在輸入交流電壓U2正半周時(shí)，整流二極管VD因所加電壓為反向電壓而截止，負(fù)載電阻RL上因?yàn)闊o電流而無輸出電壓Uo。圖8-11所示為負(fù)壓半波整流電路工作波形圖。

(2)負(fù)壓全波整流電路

將全波整流電路中的整流二極管VD1和VD2都反接，即為負(fù)壓全波整流電路。交流電壓U1負(fù)半周時(shí)電流為I1，交流電壓U1正半周時(shí)電流為I2，如圖8-12所示。負(fù)載電阻RL上得到的輸出電壓Uo為負(fù)電壓(上負(fù)下正)。

(3)負(fù)壓橋式整流電路

將橋式整流電路中的4只整流二極管VD1、VD2、VD3、VD4全部反接，即為負(fù)壓橋式整流電路，如圖8-13所示。

交流電壓U2正半周時(shí)，電流由U2上端經(jīng)VD1、RL(從下到上)、VD4回到U2下端;交流電壓U2負(fù)半周時(shí)，電流由U2下端經(jīng)VD3、RL(從下到上)、VD2回到U2上端;負(fù)載電阻RL上得到的輸出電壓Uo為負(fù)電壓(上負(fù)下正)。圖8-14所示為負(fù)壓全波(含橋式)整流電路工作波形圖。

3.濾波電路

整流電路輸出的是直流脈動(dòng)電壓，其中含有大量的交流成分。濾波電路的作用就是將直流脈動(dòng)電壓中的交流成分濾除，以得到平滑實(shí)用的直流電壓。

濾波電路有許多種類，例如電容濾波電路、電感濾波電路、倒L形LC濾波電路、π形LC濾波電路、RC濾波電路等，如圖8-15所示。由于電感元件體積大、笨重，而且在負(fù)載電流突然變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的感應(yīng)電動(dòng)勢，易造成半導(dǎo)體管的損壞，所以在實(shí)際電路中通常使用電容濾波電路和RC濾波電路。在一些要求較高的電路中，還使用有源濾波電路。

(1)電容濾波電路

電容濾波電路采用1只電容器濾波。如圖8-16所示，T為電源變壓器，VD1～VD4為整流二極管，C為濾波電容器，RL為負(fù)載電阻。

電容濾波電路是利用電容器的充放電原理工作的，其工作過程可用圖8-17進(jìn)行說明。Uo為整流電路輸出的脈動(dòng)電壓，UC為濾波電路輸出電壓(即濾波電容C上電壓)。

在t0時(shí)刻，UC=0V。t0～t1時(shí)刻，隨著整流輸出脈動(dòng)電壓Uo的上升，Uo>UC，整流二極管導(dǎo)通，Uo向?yàn)V波電容C充電，使C上電壓UC迅速上升，充電電流為IC。同時(shí)，Uo向負(fù)載電阻RL供電，供電電流為IR，如圖8-17(a)所示。

到t1時(shí)刻，C上電壓UC=Uo，充電停止。t1～t2時(shí)刻，Uo處于下降和下一周期的上升階段，但因?yàn)閁o

t2～t3時(shí)刻，Uo上升再次達(dá)到Uo>UC，整流二極管導(dǎo)通，Uo又開始向C充電，補(bǔ)充C上已放掉的電荷。

t3～t4時(shí)刻，Uo又處于Uo

從波形圖可見，在起始的若干周期內(nèi)，雖然濾波電容C時(shí)而充電、時(shí)而放電，但其電壓UC的總趨勢是上升的。經(jīng)過若干周期以后，電路達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，每個(gè)周期C的充、放電情況都相同，即C上充電得到的電荷剛好補(bǔ)充了上一次放電放掉的電荷。

正是通過電容器C的充、放電，輸出電壓UC才保持基本恒定，成為波動(dòng)較小的直流電。濾波電容C的容量越大，濾波效果相對就越好。

電容濾波電路雖然很簡單，但是濾波效果不是很理想，輸出電壓中仍有交流分量，因此實(shí)際電路中使用較多的是RC濾波電路。

(2)RC濾波電路

RC濾波電路中采用了2個(gè)濾波電容C1、C2和1個(gè)濾波電阻R1，組成π形狀，如圖8-18所示。RC濾波電路可看作是在C1電容濾波電路的基礎(chǔ)上，再經(jīng)過R1和C2的濾波而形成的，整個(gè)濾波電路的最終輸出電壓即為C2上的電壓UC2。

R1和C2可看作是一個(gè)分壓器，如圖8-19所示，輸出電壓UC2等于C1上電壓UC1經(jīng)R1與C2分壓后在C2上所得到的電壓。

對于C1初步濾波輸出電壓UC1中的直流分量來說，C2的容抗極大，幾乎沒有影響，輸出端直流電壓的大小取決于濾波電阻R1與負(fù)載電阻RL的比值，只要R1不是太大，就可保證RL得到絕大部分的直流輸出電壓。

對于UC1中的交流分量來說，C2的容抗很小，交流分量很大部分被旁路到地。因此，RC濾波電路輸出直流電壓的紋波很小。

(3)有源濾波電路

利用晶體管的直流放大作用可以構(gòu)成有源濾波電路，如圖8-20所示。VT1為有源濾波管。R1是偏置電阻，為VT1提供合適的偏置電流。C2是基極旁路電容，使VT1基極可靠地交流接地，確?；鶚O電流中無交流成分。C3為輸出端濾波電容。

有源濾波電路的工作原理是：雖然整流電路輸出并加在VT1集電極的是脈動(dòng)直流電壓，其中既有直流分量也有交流分量，但晶體管的集電極-發(fā)射極電流主要受基極電流的控制，而受集電極電壓變動(dòng)的影響極微。由于C2的旁路濾波作用，VT1的基極電流中幾乎沒有交流分量，從而使VT1對交流分量呈現(xiàn)極高的阻抗，在其輸出端(VT1發(fā)射極)得到的就是較純凈的直流電壓(UC3)。

因?yàn)榫w管的發(fā)射極電流是基極電流的(1+β)倍，所以C2的作用相當(dāng)于在輸出端接入了一個(gè)容量為(1+β)倍C2容量的大濾波電容。有源濾波電路具有直流壓降小、濾波效果好的特點(diǎn)，主要應(yīng)用在濾波要求高的場合。

4.倍壓整流電路

倍壓整流電路可以使整流輸出電壓數(shù)倍于輸入電壓。在需要輸出電壓較高、輸出電流較小的場合，可以采用倍壓整流電路。

(1)2倍壓整流電路

典型的2倍壓整流電路如圖8-21所示，它在空載時(shí)的輸出直流電壓是輸入交流電壓峰值的2倍。

倍壓整流電路是利用電容器充、放電原理實(shí)現(xiàn)倍壓輸出的，其工作原理如下。

在輸入交流電壓U2負(fù)半周時(shí)，整流二極管VD1導(dǎo)通，C1很快被充電至U2峰值，C1上電壓UC1=√2U2，極性為左負(fù)右正，如圖8-22(a)所示。

在輸入交流電壓U2正半周時(shí)，整流二極管VD1截止、VD2導(dǎo)通，U2與C1上電壓UC1串聯(lián)后經(jīng)VD2向C2充電，C2上電壓等于U2峰值與C1上電壓UC1之和，即UC2=2√2U2，極性為上正下負(fù)，如圖8-22(b)所示。UC2即為輸出電壓Uo，所以，負(fù)載電阻RL上得到的輸出直流電壓Uo是U2峰值的2倍。

(2)多倍壓整流電路

根據(jù)2倍壓整流電路原理可以構(gòu)成多倍壓整流電路，一般來講，n倍壓整流電路需要n個(gè)整流二極管和n個(gè)電容器。但是，倍壓整流的倍數(shù)越高，電路的輸出電流越小，即帶負(fù)載能力越弱。

3倍壓整流電路如圖8-23所示，由3個(gè)整流二極管VD1～VD3和3個(gè)電容器C1～C3組成。在輸入交流電壓U2的第一個(gè)正半周期時(shí)，U2經(jīng)VD1對C1充電至√2U2。在U2的第一個(gè)負(fù)半周期時(shí)，U2與C1上的電壓串聯(lián)后經(jīng)VD2對C2充電至2√2U2。在U2的第二個(gè)正半周期時(shí)，VD3導(dǎo)通使C3也充電至2√2U2。因?yàn)檩敵鲭妷篣o=UC1+UC3=3√2U2，所以在負(fù)載電阻RL上即可得到3倍于U2峰值的電壓。

4倍壓整流電路如圖8-24所示，由4個(gè)整流二極管VD1～VD4和4個(gè)電容器C1～C4組成，工作原理分析同3倍壓整流電路。輸出電壓Uo=UC2+UC4=4√2U2，在負(fù)載電阻RL上可得到4倍于U2峰值的電壓。

按以上電路規(guī)律，還可以組成5倍壓、6倍壓甚至更多倍壓的倍壓整流電路。