整流器/滤波电路

零件和材料

• 低压交流电源
• 桥式整流器包（Radio Shack 目录号 # 276-1185 或同等产品）
• 电解电容器，1000 µF，至少 25 WVDC（Radio Shack 目录 # 272-1047 或同等产品）
• 四个“香蕉”插孔式接线柱或其他终端硬件，用于连接到电位计电路（Radio Shack 目录 # 274-662 或同等产品）
• 金属盒
• 12 伏灯泡，25 瓦
• 灯座

零件和材料的注意事项

强烈建议使用桥式整流器“包”而不是从单个二极管构建桥式整流器电路，因为这种“包”是用螺栓固定在金属散热器上的。建议使用金属盒而不是塑料盒，因为它可以作为整流器的散热器。

本实验可以使用较大的电容值，只要其工作电压足够高即可。为安全起见，请选择额定工作电压至少是低压交流电源的交流有效电压输出的两倍的电容器。

可以从休闲车 (RV) 和划船用品商店购买高功率 12 伏灯。常见的尺寸是 25 瓦和 50 瓦。该灯将用作电源的“重”负载。

交叉引用

电路课程 ，第 2 卷，第 8 章：“过滤器”

学习目标

• AC/DC 电源中的电容滤波器功能
• 散热器对功率半导体的重要性

原理图

插图

说明

该实验涉及构建整流器和滤波电路，以连接到先前构建的低压交流电源。使用此设备，您将拥有适合在电池供电实验中替代电池的低压直流电源。

如果您想让该设备成为自己的、独立的 120VAC/DC 电源，您可以将低压交流电源的所有组件添加到该电路的“交流输入”侧：变压器、电源线、和插头。即使您不选择这样做，我也建议您使用比所需更大的金属盒，以便为您以后可能会选择添加到此项目中的额外电压调节电路提供空间。

构建整流器部分

桥式整流器单元的额定电流应至少与变压器次级绕组的额定电流一样高，电压至少应是变压器输出 RMS 电压的两倍（这允许峰值电压，加上额外的安全边际）。零件清单中指定的 Radio Shack 整流器的额定电压为 25 安培和 50 伏，足以满足交流实验章节中指定的低压交流电源的输出。

这种尺寸的整流器单元通常配备“快速断开”端子。出售免费的“快速断开”接线片，可压接到电线的裸露末端。

这是终端连接的首选方法。您可以将电线直接焊接到整流器的接线片上，但我建议不要直接焊接到任何半导体组件上，原因有两个：焊接过程中可能会发生热损坏，以及在发生故障时难以更换组件。

迄今为止，半导体设备比这些实验中涵盖的大多数组件更容易出现故障，因此如果您打算使电路永久化，则应该构建它以进行维护。 “可维护结构”包括使所有精密部件都可更换。

它还意味着使整个电路中的仪表探头都可以访问“测试点”，以便可以在最不方便的情况下执行故障排除。端子排本身提供了用于进行电压测量的测试点，并且它们还允许在不牺牲连接耐用性的情况下轻松断开电线。

将整流器单元用螺栓固定在金属盒内部。盒子的表面积将充当散热器，在整流器单元通过高电流时保持冷却。

任何旨在降低电子元件工作温度的金属散热器表面都称为散热器 .一般来说，半导体器件容易因过热而损坏，因此当相关电路可能处理大量功率时，提供一条从器件到环境空气的热传递路径非常重要。

构建过滤器部件

电路中包含一个电容器作为滤波器 以降低纹波电压。确保将电容器正确连接到整流器的直流输出端子上，使极性匹配。

作为电解电容器，它对极性反转造成的损坏很敏感。特别是在该电路中，变压器和整流器的内阻小，短路电流大，损坏的可能性很大。

警告： 这个电路中的一个失败的电容器很可能会以惊人的力量爆炸！

测试电路

整流/滤波电路搭建完成后，按如下方式连接到低压交流电源上：

测量低压电源输出的交流电压。如果电路如图所示连接，您的仪表应显示大约 6 伏。

该电压测量值是交流电源的 RMS 电压。现在，将万用表切换到直流电压功能，测量整流/滤波电路输出的直流电压。

它的读数应大大高于之前测量的交流输入的 RMS 电压。电容器的滤波作用提供等于峰值的直流输出电压 交流电压，因此电压指示更大：

使用设置为交流电压（或交流毫伏）的数字电压表测量交流纹波电压幅度。您应该注意到该电路中的纹波电压比之前构建的任何未滤波整流器电路中测量的纹波电压小得多。

随意使用您的音频检测器来“聆听”整流器/滤波器单元输出的交流纹波电压。像往常一样，将一个小的“耦合”电容器与检测器串联，使其不响应直流电压，而只响应交流纹波。

应该听到很少的声音。进行空载交流纹波电压测量后，将 25 瓦灯泡连接到整流器/滤波器电路的输出，如下所示：

重新测量整流器/滤波器单元“直流输出”端子之间存在的纹波电压。负载重时，滤波电容器在整流电压峰值之间放电，导致纹波比以前更大：

减少纹波

如果在重载条件下需要较小的纹波，可以使用更大的电容器，或者可以使用两个电容器和一个电感器构建更复杂的滤波电路：

如果您选择构建这样的滤波电路，请务必使用铁芯电感以获得最大电感，并且使用足够粗的导线以安全地处理电源的全部额定电流。用于过滤目的的电感器有时被称为扼流圈 因为它们“扼杀”了到达负载的交流纹波电压。

如果无法获得合适的扼流圈，则可以使用降压电源变压器的次级绕组，例如在低压电源中将 120 伏交流电降压到 12 或 6 伏交流电的类型。保持初级（120 伏）绕组开路：

计算机模拟

SPICE 节点编号示意图：

网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字逐句）：

全波桥式整流器 v1 1 0 sin(0 8.485 60 0 0) rload 2 3 10k c1 2 3 1000u ic=0 d1 3 1 mod1 d2 1 2 mod1 d3 3 0 mod1 d4 0 mod. 1 mod1 .5m 25m .plot tran v(1,0) v(2,3) .end 

您可以将仿真中的 Rload 值从 10 kΩ 降低到某个较低的值，以探索负载对纹波电压的影响。由于它带有 10 kΩ 负载电阻，因此在 SPICE 绘制的波形上无法检测到纹波。

相关工作表：

• 基本 AC-DC 电源工作表