用示波器观察交流电整流波形值得注意的问题
作者：班陈隆
来源：《科技创新导报》2011年第30期

        摘 要:文中阐述交流电的半波整流型滤波的基本原理,阐述用示波器观察全波整流、半波整流、和整流器波形实验中值得注意的问题。

        关键词:整流 滤波 示波器 桥式整流

        中图分类号:O4-0 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)10(c)-0083-02

        实验室常用的直流稳压电源,它的原理是把交流电压转换成直流电压输出,这里要使交流电压变成直流电压。首先通过变压器进行降压变成低压输出,然后再把低压的交流进行整流后,才得到直流电压。为了使整流后得到的直流电压平稳,必须通过电容进行滤波和π滤波。这样直流电压的输出才能稳定。因此整流电路在交流电变成直流电起着重要的作用。它不仅在直流稳压源上应用,而且在许多电子仪器均得到广泛的应用。

        示波器的主要应用在于观察和测量各种电信号,也可以用来观测各种非电量的信号。这里主要用于观察交流的半波整流、全波整流、全波整流电容滤波、全波整流π滤波的波形。

        为了让学生掌握交流电的半波整流、全波整流、电容滤波、π型滤波的原理,我们让学生设计一桥式整流电路进行实验,用示波器观察几种波形。

        1 原理

        桥式电路如图1所示,电路由四个整流二极管D1、D2、D3、D4组成,图中在二极管D1一个的正极设开关K。当开关K打开时,电路为桥式半波整流。当输入端为正半周时,D2、D4导通,电流经D2流入,D4流出,D3因为负极的电位高于正极电位,所以处于截止。D1支路不通。当输入为负半周时,D3导通,D1支路断开不通,D2和D4截止。当开关K闭合时,电路为桥式全波整流;当输入端为正半周时,D2、D4导通,D1、D3截止。当输入端为负半周时,D1、D3导通,D2、D4截止。由此可见,在交流电正负半周都有同一方向的电流输出。因此,当外加交流电的数值与半波整流电路输出相等时,全波整流电路中的电压、电流要比半波整流多一倍。

        1.1 半波整流公式推导及波形

        由图1可交流电通过一个半导体二极管时,变成脉动直流电,称为半波整知,输出电压在一个工频周期内,只是正半周导电,在负载上得到半个正弦波。

        负载上输出平均电压为

        流过负载和二极管的平均电流为

        半波整流波形如图2

        1.2 全波整流公式推导及波形

        全波整流电路如图3所示。

        由图3可知,输出平均电压为

        经过负载的平均电流为

        二极管所承受的最大反向电压

        全波整流波形如图4所示

        1.3 电容滤波

        电容滤波电路如图5(a)所示,交流电经过整流后的电压（电流）仍然有“脉动”的直流电,为了减少波动,通常用电容滤波,电容器是利用电容充电和放电来使脉动的直流电变成平稳的直流电,如图5（b）所示,滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同,达到实现滤波的目的。

        1．4 π型滤波图5全波整流电容滤波电路及波形

        π型滤波电路如图6所示。

        从右端输入的交流电经过二极管整流后,变成脉动直流电,C1、C2是滤波电容,R是π型滤波电阻,RL为负载电阻,输出的脉动直流电包含有交流和直流成分,脉动直流电输入后,流经另一由于C1的容量较大,容抗1流过,而路的电较小,所以大部分交流成分经C流就是脉动较小的直流电。但有交、直流两部分通过C2、RL将产生不同的分流比,使负载两端有较大的直流电流和很小的交流电流。及交流分量几乎全部降落在电阻RL上,只有很小一部分降落在电容C2上,从而起到了滤波的作用。

        实验内容及步骤

        (1)将全波整流电路输出端连接到示波器C1通道。

        (2)断开K、K1、K2开关。接通示波器电源开关,调试好示波器。

用示波器观察交流电整流波形值得注意的问题