交流電及整流濾波電路

1、交流電及整流濾波電路張浩然 PB10214023一、實驗題目:交流電及整流濾波電路二、實驗目的：本實驗的目的是掌握交流電路的基本特性及交流電各參數(shù)的測量方法。了解整流濾波電路的基本工作原理。三、實驗儀器:示波器、信號發(fā)生器、數(shù)字多用表、電路板四、實驗原理：1.交流電路正弦交流電的表達式如下。 （1）幅值、頻率和初相位被稱為正弦交流電的三要素。(1)幅值峰值或最大值，記為UP或IP，峰點電位之差稱為“峰-峰值”，記為UP-P和IP-P。顯然。(2)平均值:令i(t)、u(t)分別表示時間變化的交流電流和交流電壓，則它們的平均值分別為 （2）這里T是周期，平均值實際上就是交流信號中直流分量的大小，

2、所以圖所示的正弦交流電的平均值為0。(3)有效值在實際應用中，交流電路中的電流或電壓往往是用有效值而不是用幅值來表示。許多交流電流或電壓測量設備的讀數(shù)均為有效值。有效值采用如下定義： （3）(4)周期與頻率正弦交流電通常用周期（T）或頻率（f）來表示交變的快慢，也常常用角頻率（）來表示，這三者之間的關系是 （4）需要指出的是：同頻率正弦交流電的和或差均為同一頻率的正弦交流電。此外，正弦交流電對于時間的導數(shù)（）或積分（）也仍為同一頻率的正弦交流電。這在技術上具有十分重要的意義。(5)初相位交流電t=0時的相位（）稱為交流電的初相位。它反映了正弦交流電的初始值。2.整流和濾波整流電路的作用是把交流

3、電轉換成直流電，嚴格地講是單方向大脈動直流電，而濾波電路的作用是把大脈動直流電處理成平滑的脈動小的直流電。（1） 整流原理利用二極管的單向導電性可實現(xiàn)整流。1） 半波整流圖中D是二極管，RL是負載電阻。若輸入交流電為 （5）則經(jīng)整流后輸出電壓u0(t)為（一個周期內(nèi)） u0(t)= 0 （6）其相應的平均值（即直流平均值，又稱直流分量） （7）2） 全波橋式整流前述半波整流只利用了交流電半個周期的正弦信號。為了提高整流效率，使交流電的正負半周信號都被利用，則應采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例，其電路和相應的波形如圖所示。若輸入交流電仍為 （8）則經(jīng)橋式整流后的輸出電壓u0(t)為（一個周期）

4、 （9）其相應直流平均值為 （10）由此可見，橋式整流后的直流電壓脈動大大減少，平均電壓比半波整流提高了一倍（忽略整流內(nèi)阻時）。（2） 濾波電路經(jīng)過整流后的電壓（電流）仍然是有“脈動”的直流電，為了減少被波動，通常要加濾波器，常用的濾波電路有電容、電感濾波等?，F(xiàn)介紹最簡單的濾波電路。1） 電容濾波電路電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動的直流電變成平穩(wěn)的直流電。我們已經(jīng)知道電容器的充、放電原理。圖所示為電容濾波器在帶負載電阻后的工作情況。設在t0時刻接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不計，在t=t1時，UC達到峰值為。此后Ui以正弦規(guī)律下降直到t2時刻，二極管D不再導電，電容開始放電，

5、UC緩慢下降，一直到下一個周期。電壓Ui上升到和UC相等時，即t3以后，二極管D又開始導通，電容充電，直到t4。在這以后，二極管D又截止，UC又按上述規(guī)律下降，如此周而復始，形成了周期性的電容器充電放電過程。在這個過程中，二極管D并不是在整個半周內(nèi)都導通的，從圖上可以看到二極管D只在t3到t4段內(nèi)導通并向電容器充電。由于電容器的電壓不能突變，故在這一小段時間內(nèi)，它可以被看成是一個反電動勢（類似蓄電池）。由電容兩端的電壓不能突變的特點，達到輸出波形趨于平滑的目的。經(jīng)濾波后的輸出波形如圖所示。2） 型RC濾波前述電容濾波的輸出波形脈動系統(tǒng)仍較大，尤其是負載電阻RL較小時。除非將電容容量增加（實際應

6、用時難于實現(xiàn)）。在這種情況下，要想減少脈動可利用多級濾波方法，此時再加一級RC低通濾波電路，如圖所示，這種電路也稱型RC濾波電路。由圖可見，型RC濾波是在電容濾波之后又加了一級RC濾波，使得輸出電壓更平滑（但輸出電壓平均值要減少）。五、實驗內(nèi)容：1.測量交流電壓選擇信號發(fā)生器（XD-8）的頻率為500Hz，測出信號發(fā)生器的輸出電壓。(1)用數(shù)字多用表測量電壓的有效值，計算峰-峰值。(2)用示波器觀察及測量其電壓峰-峰值，計算有效值，畫出波形圖。(3)在坐標紙上畫出上面兩組數(shù)據(jù)曲線（示波器讀數(shù)作x軸坐標，數(shù)字多用表讀數(shù)作y軸坐標），計算相對誤差。2.整流波形的測量，實驗電路如圖所示(1)用數(shù)字多

7、用表分別測量半波整流和全波整流的輸入電壓Ui、輸出電壓U0，計算平均值。(2)分別畫出整流前、后的輸入、輸出波形圖。(3)用示波器測量半波整流和全波整流的輸入信號ui和輸出信號u0，計算平均值、有效值U0。3.濾波電路實驗電路圖按圖接線。(1)加濾波電容C，調節(jié)信號發(fā)生器輸出電壓，使Ui=5V，測U0。(2)用示波器觀察兩個濾波電路的輸入、輸出波形，畫出波形圖。六、數(shù)據(jù)處理：1.測量交流電的電壓：取信號發(fā)生器頻率，用數(shù)字多用表測量電壓的有效值，計算峰-峰值及相對誤差。應有，則可得 且相對誤差有可得表格如下：1614121086425.644.934.23.552.852.121.430.715

8、.6568544.9497474.2426413.5355342.8284272.121321.4142140.7071070.2988340.4005571.0152540.4074960.7569430.062281.1039470.407496則：對進行線性擬合，可得圖像如下：擬合所得斜率為，相對誤差有2.整流波形的測量：Up-p=10V時從示波器讀出周期T=1.975ms，所以其電壓波形圖如下圖所示：半波整流之后有測量數(shù)據(jù)：半波整流4.721.50.97511.521.790.780.230.951.020.240.3則：1.當U=10.0V時，可得：半波整流電壓的平均值有：半波整流電

9、壓的有效值有：相對誤差有：2.當U=2.0V時，可得：半波整流電壓的平均值有：半波整流電壓的有效值有：相對誤差有：同時可得波形圖如下： 當U=10.0V時： 當U=2.0V時：全波整流之后有測量數(shù)據(jù)：全波整流4.674.432.770.9450.9450.0422.81.46對于有：由示波器測量，輸出電壓的平均值有：輸出電壓的有效值有：由數(shù)字多用表測量，輸出電壓的平均值有：輸出電壓的有效值有：可得相對誤差有：同時可得波形圖如下：3.濾波波形的測量：有實驗數(shù)據(jù)如下：輸入交流電峰峰值整流電路半波整流4.480.184.530.055全波整流4.340.174.420.046對于半波整流濾波電路有：

10、由示波器測量，有輸出電壓的有效值為：由數(shù)字多用表測量，有輸出電壓的有效值為：對于全波整流濾波電路有：由示波器測量，有輸出電壓的有效值為：由數(shù)字多用表測量，有輸出電壓的有效值為：可畫出草圖如下： 對于全波整流有：對于半波整流電路有：由于沒有實際測量周期等數(shù)值，草圖上的橫縱坐標刻度并沒有實際意義，所作僅為描述波形的大致草圖。七、誤差分析：1.二極管正向電阻并不為零，會使輸出電壓發(fā)生偏差，在處理時忽略其電阻的影響，所求結果并不為實際值，是誤差來源之一。2.實驗中用到了示波器和數(shù)字多用電表，儀器的系統(tǒng)誤差也是引入誤差的原因之一。3.利用示波器進行數(shù)據(jù)測量時，由于其顯示波形的線條和測量的標準線都有一定的寬度，所以造成讀數(shù)本身