构建可靠低压交直流电源：桥式整流与电容滤波

零件与材料

• 低压交流电源（6V RMS，120VAC 输入）
• 桥式整流模块（如 Radio Shack #276-1185 或同等）
• 电解电容，1000µF，≥25V DC（Radio Shack #272-1047 或同等）
• 四个"香蕉"插头接线柱或类似端子硬件（Radio Shack #274-662 或同等）
• 金属外壳（最好可作散热器用箱体）
• 12V、25W 白炽灯（重载测试用）
• 匹配灯泡灯座

零件与材料说明

商用桥式整流模块优于四分立二极管组装，因模块设计用于安装散热器，提供可靠、可维护连接。金属外壳作整流器散热器，帮助半导体结温保持安全范围。

电解电容工作电压应至少为电源 RMS 电压 2 倍，以容纳峰值电压并留安全余量。6V RMS 电源用 25V 电容足矣；尺寸成本允许下更高耐压更好。

大功率 12V 灯（25W 或 50W）房车船用供应店易购。提供真实重载评估纹波抑制效果。

参考文献

《电路课程》第二卷，第八章：Filters（滤波器）

学习目标

• 理解电容滤波如何平滑整流器直流输出
• 认识功率半导体散热的重要性

原理图

实物接线图

实验步骤

本实验构建整流滤波电路，将早期电源模块低压交流输出转为稳定直流源。成品可替代电池用于电池供电实验，加变压器、线缆、插头后可扩展为自包含 120VAC→DC 单元。

构建整流部分

桥式整流器须承受至少变压器副边额定电流，耐压 ≥2× RMS 副边电压以容纳峰值留余量。Radio Shack 模块（25A、50V）对 6VAC 电源完全满足。

多数整流模块含快速断开端子。导线端压接"快断"接线耳以获可靠、可替换连接。避免直接焊半导体管脚防热损伤并利维护。

整流器固定在金属外壳内。外壳表面积作散热器，散发大电流产生热量。

构建滤波部分

电解电容跨接整流器直流输出端，确保极性正确。电容作低阻抗储能池平滑直流波形，降低纹波。因电解电容极性敏感，反接会导致灾难性失效——最终组装前用测试点或万用表验证极性。

测试电路

组装后按图连接整流/滤波单元至低压交流电源：

测交流电源输出，应约 6V RMS。切万用表至直流档测整流输出。直流电压将接近交流峰值（≈8.5V），展示滤波效果。

评估纹波：表切交流伏（或交流毫伏）档。纹波将远低于无滤波整流器。定性检查可用音频检测器"听"：微弱音调指示残余纹波。

接 25W 灯跨接直流输出：

重测纹波。重载下滤波电容峰间放电，纹波增大。演示滤波的载荷依赖性。

降低纹波

重载下需更低纹波，可增大滤波电容或实施多级滤波如电容-电感-电容（C-L-C）网络。例如：

用额定电流足够的铁芯扼流圈；其电感阻交流通直流。若无合适扼流圈，降压变压器次级绕组可作扼流圈——初级悬空——因变压器磁芯天然对纹波提供感性阻抗。

计算机仿真

验证设计，用以下网表跑 SPICE 仿真：

Fullwave bridge rectifier
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 2 mod1
.model mod1 d
.tran .5m 25m
.plot tran v(1,0) v(2,3)
.end

调整负载电阻探究不同载荷下纹波行为。

相关练习册

• Basic AC-DC Power Supplies Worksheet（基础交直流电源练习册）