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? 交流電路
正弦交流電的表達(dá)式如下，其曲線如圖6.2.1-1所示。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(1)
?
由此可見(jiàn)，正弦交流電的特征表現(xiàn)在整弦交流電的大小、變化快慢及初始值三方面。而它們分別由幅值（或有效值）、頻率（或周期）和初相位來(lái)確定。所以幅值、頻率、初相位被稱(chēng)為正弦交流電的三要素。
? ? ? ? ?幅值、平均值和有效值
– ? ?幅值
峰值或最大值，記為 或 ，峰點(diǎn)電位之差稱(chēng)為“峰-峰值”，記為 和 。顯然 ?。
– ? ?平均值
令 、 分別表示隨時(shí)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 是周期，平均值實(shí)際上就是交流信號(hào)中直流分量的大小，所以圖6.2.1-1所示的正弦交流電的平均值為0。
– ? ?有效值
在實(shí)際應(yīng)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(lái)表示。許多交流電流或電壓測(cè)量設(shè)備的讀數(shù)均為有效值。有效值采用如下定義：
? ? ? ? ? ? ? ?(3)
? ? ? ? ?周期與頻率
正弦交流電通常用周期 或頻率 來(lái)表示交變的快慢，也常常用角頻率 來(lái)表示，這三者之間的關(guān)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(duì)于時(shí)間的倒數(shù) 或積分 也仍為同一頻率的正弦交流電。這在技術(shù)上具有十分重要的意義。
? ? ? ? ?初相位
交流電 時(shí)的相位 稱(chēng)為交流電的初相位。它反映了正弦交流電的初始值。
? ? ? ? ?整流和濾波
整流電路的作用是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，嚴(yán)格地講是單方向大脈動(dòng)直流電，而濾波電路的作用是把大脈動(dòng)直流電處理成平滑的脈動(dòng)小的直流電。
? ? ? ? ?整流原理
利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓪?shí)現(xiàn)整流。
– ? ?半波整流
圖6.2.1-2中D是二極管， 是負(fù)載電阻。若輸入交流電為
? ? ? ? ? ? ?(5)
?
則整流后輸出電壓為（一個(gè)周期內(nèi)）
? ? ? ? ? ? ? ?(6)
其相應(yīng)的平均值（即直流平均值，又稱(chēng)直流分量）
? ? ? ? ? ? ? ?(7)
– ? ?全波橋式整流
前述半波整流只利用了交流電半個(gè)周期的正弦信號(hào)。為了提高整流濾波效率，使交流電的正負(fù)半周信號(hào)都被利用，則應(yīng)采用全波整流，現(xiàn)以全波橋式整流為例，其電路和相應(yīng)的波形如圖6.2.1-3所示。
?
若輸入交流電仍為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (8)
則經(jīng)橋式整流后的輸出電壓為（一個(gè)周期）
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(9)
其相應(yīng)直流平均值為
? ? ? ? ? ? ? (10)
由此可見(jiàn)，橋式整流后的直流電壓脈動(dòng)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(shí)）。
? ? ? ? ?濾波電路
經(jīng)過(guò)整流后的電壓（電流）仍然是有“脈動(dòng)”的直流電，為了減少波動(dòng)，通常要加濾波器，常用的濾波電路有電容、電感濾波等。現(xiàn)介紹最簡(jiǎn)單的濾波電路。
– ? ?電容濾波電路
電容濾波器是利用電容充電和放電來(lái)使脈動(dòng)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6.2.1-4所示為電容濾波器在帶負(fù)載電阻后的工作情況。設(shè)在 時(shí)刻接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不記，在 ? 時(shí)， 達(dá)到峰值為 。此后 以正弦規(guī)律下降直到 時(shí)刻，二極管D不再導(dǎo)電，電容開(kāi)始放電， 緩慢下降，一直到下一個(gè)周期。電壓 上升到和 相等時(shí)，即 以后，二極管D又開(kāi)始導(dǎo)通，電容充電，直到 。在這以后，二極管D又截止， 又按上述規(guī)律下降，如此周而復(fù)始，形成了周期性的電容器充電放電過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，二極管D并不是在整個(gè)半周內(nèi)都導(dǎo)通的，從圖上可以看到二極管D只在 到 段內(nèi)導(dǎo)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(shí)間內(nèi)，它可以被看成是一個(gè)反電動(dòng)勢(shì)（類(lèi)似蓄電池）。
?
由電容兩端的電壓不能突變的特點(diǎn)，達(dá)到輸出波形趨于平滑的目的。經(jīng)濾波后輸出的波形如圖6.2.1-5所示。
?
– ? ? 型 濾波
前述電容濾波的輸出波形脈動(dòng)系統(tǒng)仍較大，尤其是負(fù)載電阻 較小時(shí)。除非將電容容量增加（實(shí)際應(yīng)用時(shí)難于實(shí)現(xiàn)）。在這種情況下，要想減少脈動(dòng)可利用多級(jí)濾波方法，此時(shí)再加一級(jí) ? 低通濾波電路，如圖6.2.1-6所時(shí)，這種電路也稱(chēng) 型 濾波電路。
由圖可見(jiàn)， 型 濾波是在電容之后又加了一級(jí) 濾波，使得輸出電壓更平滑（但輸出電壓平均值要減少）。
實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
? ? ? ? ?測(cè)量交流電壓（或電流）
?
選擇信號(hào)發(fā)生器（XD-8）的頻率為500Hz，測(cè)出信號(hào)發(fā)生器15V擋從1V-15V的輸出電壓。
? ? ? ? ?用數(shù)字多用表測(cè)量電壓的有效值，計(jì)算峰-峰值。
? ? ? ? ?用示波器觀察及測(cè)量其電壓峰峰值，計(jì)算有效值，畫(huà)出波形圖。
在坐標(biāo)紙上畫(huà)出上面兩組數(shù)據(jù)曲線（示波器讀數(shù)作x軸坐標(biāo)，數(shù)字多用表讀數(shù)作y作軸坐標(biāo)），計(jì)算相對(duì)誤差。
? ? ? ? ?整流波形的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)電路如圖6.2.1-7所示
?
? ? ? ? ?用數(shù)字多用表分別測(cè)量半波整流和全波整流的輸入電壓 、輸出電壓 ，計(jì)算平均值 。
? ? ? ? ?用示波器觀察半波整流和全波整流的輸入信號(hào) 和輸出信號(hào) ，分別畫(huà)出 、 的圖形。
? ? ? ? ?用示波器測(cè)量半波整流和全波整流的輸入信號(hào) 和輸出信號(hào) ，計(jì)算平均值 、有效值 ?
? ? ? ? ?濾波電路
實(shí)驗(yàn)電路圖按圖6.2.1-4接線
? ? ? ? ?不加濾波電容 ，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓，使 ，測(cè) 。
? ? ? ? ?加濾波電容 ，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓，使 ，測(cè) 。
實(shí)驗(yàn)按圖6.2.1-6電路接線。調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器輸出電壓，使 ，測(cè) 。
? ? ? ? ?用示波器觀察兩個(gè)濾波電路的輸入、輸出波形，畫(huà)出波形圖。
? ? ? ? ?測(cè)交流電路的頻率響應(yīng)和相位
讓圖6.2.1-8所示的兩電路分別通過(guò)1kHz、10kHz、100kHz的交流信號(hào)，觀察其輸出信號(hào)的幅度隨頻率變化的情況，以及輸出信號(hào)相位變化的情況。
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? ? ? ? ?整流器特性
如果整流器具有前面所描述的理想特性，那么無(wú)論在什么電壓下，整流平均電壓都應(yīng)同交流電壓的幅度成正比。也就是說(shuō)，直流電壓表上的直流刻度和交流電壓表上的交流刻度將只相差一個(gè)常數(shù)轉(zhuǎn)換因子。但實(shí)際上，常常只是在電壓足夠高時(shí)直流電壓才與交流電壓近似成正比，而在小電壓下，則更接近于與交流電壓的平方成正比。
按圖6.2.1-7電路所示，用數(shù)字多用表測(cè) 、 ，并作直流電壓隨交流電壓變化的曲線。清注意兩者成正比的電壓范圍。
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設(shè)計(jì)性內(nèi)容
? ? ? ? ?自行設(shè)計(jì)方案將220V 50HZ的電網(wǎng)電壓變成脈動(dòng)較小的6V直流電壓。






實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)
? ? ? ? ?用實(shí)驗(yàn)的方法驗(yàn)證正弦波交流電的有效值和峰-峰值之間理論上的關(guān)系。
? ? ? ? ?通過(guò)整流濾波電路若干輸入、輸出電壓參數(shù)的測(cè)量，加深對(duì)半波整流/濾波、全波整流/濾波電路的工作原理的理解，并就實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量的數(shù)值和理論上有所差異的現(xiàn)象，能給出合理的分析。
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實(shí)驗(yàn)難點(diǎn)
? ? ? ? ?濾波電路的工作原理。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的交流电及整流滤波电路的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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