整流滤波实验报告

一、实验目的

1、研究半波整流电路，全波整流电路。

2、电容滤波电路，观察滤波器在半波和全波整流中的滤波效果。 3、整流滤波电路输出脉动电压的峰值 4、进一步掌握示波器显示与测量的技能。

二、实验原理 1、整流和滤波

整流电路的作用是将交流电转换成直流电，严格地讲是单方向大脉动直流电，而滤波电路的作用是把大脉动直流电处理成平滑的脉动小的直流电。 (1)整流原理

利用二极管的单向导电性可实现整流。 1半波整流 ○

如图17-3所示中TR是交流变压器，D是二极管，RL是负载电阻。若输入交流电为

图17-4 半波整流电路及其波形图

v2(t)VPsint (17-5)

则经整流后输出电压VL(t)为（一个周期内）

Vsint0t VL(t)P (17-6)

t20其相应的平均值（即直流平均值，又称直流分量）

1T1 VPVL(t)dtVP0.318VP (17-7)

T02全波桥式整流 ○

前述半波整流只利用了交流电半个周期的正弦信号。为了提高整流效率，使交流电的正负半周期信号都被利用，则应采用全波整流，现以全波桥式整流为例，其电路和相应的波形如图17-4所示。

RL v0

图17-5 桥式整流电路和波形图

若输入交流电为

v2(t)VPsint （17-8） 经桥式整流后的输出电压v0(t)为（一个周期）

VPsint v0VPsint其相应直流平均值为

0tt2 （17-9）

1T2 v0v0(t)dtVP0.637VP (17-10)

T0由此可见，桥式整流后的直流电压脉动大大减少，平均值比半波整流提高了一倍（忽略整流内阻时） (2)、滤波电路

经过整流后的电压（电流）仍然是有“脉动”的直流电，为了减少波动，通常要加滤波器，常用的电路有电容、电感滤波等。先介绍最简单的滤波电路。 ○1电容滤波电路 电容滤波器是利用电容充放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电。如图17-5所示为电容滤波器在带负载

ui

u0 图17-6 全波整流电容滤波器

电阻后的工作情况。设在t0时刻接通电源，整流元件的正向电阻很小，可略去不计，在t=t1时，UC达到峰值为2Ui。此后Ui以正弦规律下降直到t2时刻，二极管D不再导电，电容开始放电，UC缓慢下降，一直到下降一个周期。电压Ui上升到和UC相等时，即t3以后，二极管D又开始导通，电容充电，直到t4时刻。在这以后，二极管D又截止，UC又按上述规律下降，如此周而复始，形成了周期性的电容器充放电过程。在这个过程中，二极管D并不是在整个半周内都导通的，从图上可以看到二极管D只在t3到t4段内导通并向电容器充电。由于电容器的电压不能突变，故在这一小段时间内，它可以被看成是一个反电动势（类似蓄电池）。

由电容两端的电压不能突变的特点，达到输出波形趋于平滑的目的。经滤波后的输出波形如图17-6所示。

三、实验内容

设计自组半波和全波桥式整流电路及滤波电路并进行测试

用所给的仪器元件器材，根据前述电路图组装整流电路及滤波电路，并对整流滤波电路进行测试。

实验仪器：AC变压器（1只）、示波器（1台）、万用表（1块）、二极管（4只1N4007）、电阻（1只1K）、电位器（1只10K）、电容器（二只10F、470F）导线和短线桥若干等。

（1）FB715-I型 物理设计性实验装置组装半波整流和全波整流电路。 （2）用示波器观察正弦波、半波整流和全波整流以及在电路中串联电阻，和在电阻两端并联电容，分别画出电压图形。

图17—7忽略内阻时的波形

0

u0

滤波后的波形 滤波前的波形

t

四、数据处理

观察的各种电路下的示波器图像如下：

交流电的正弦波图像

半波图像

全波图像

串联一个25欧的电阻，并联电容为10微法

串联一个50欧的电阻，并联电容为10微法

串联一个100欧的电阻，并联电容为10微法

串联一个200欧的电阻，并联电容为10微法

串联一个25欧的电阻，并联电容为470微法

串联一个50欧的电阻，并联电容为470微法

串联一个100欧的电阻，并联电容为470微法

串联一个200欧的电阻，并联电容为470微法

仅串联一个470微法的电容 五、实验总结

思考题：

1、半波整流电路和全波桥式整流电路的工作原理分别是？

1、半波整流电路工作原理：

设变压器二次绕组的交流电压u2= U2sinωt，式中，U2为二次电压有效值。u2的波形如图7.1.2（a）所示。

图7.1.1 单相半波整流电路

(1)正半周u2瞬时极性a(+)，b(-)，VD正偏导通，二极管和负载上有电流流过。若向压降UF忽略不计，则uo=u2。

单项半空桥式电路

(2)负半周u2瞬时极性a(-)，b(+)，VD反偏截止，IF≈0，uD=u2。 2、半波整流只利用了交流电半个周期的正弦信号。为了提高整流效率，使交流电的正负半周信号都被利用。此时采用全波整流。

全波桥式整流电路如下：

图6.2.1-3桥式整流电路和波形图

若输入交流电仍为

(8)

则经桥式整流后的输出电压为(一个周期)：

(9)

其相应直流平均值为：

(10)

由此可见，桥式整流后的直流电压脉动大大减少,平均值比半波整流提高了一倍（忽略整流内阻）

2、桥式电路和半波电路整流有什么不同，哪个更好？

半波电路中负载上只能通过一个方向的电流，而桥式整流电路却可以通过两个方向的电流，显然桥式整流电路更好，因为此电路中电流不会中断，负载两端加的电压更稳定。

3、在相同的电容下，串联不同的负载，它的纹波电压有什么不同？ 在相同的电容下，串联的电阻越小，输出的交流成分幅值越小，即输出电压越平稳。因为电阻越小，其分压也越小，故示波器上的纹波电压幅值越小。

a) 在相同的负载下，不同的电容下，它的纹波电压有什么不同？ 在相同的负载下，电容越大，纹波电压越平稳，幅值越小。因为电容越大，充电时间越长，纹波电压也就越平稳。

六、实验心得

做实验时首先要熟悉仪器，充分了解各元器件的用处和相应的数值，并且要先熟悉实验原理，在实验过程中要认真记录观察各种现象，对图像的记录要全面。