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深 圳 大 学 实 验 报 告

课程名称： 大学物理实验（三）
实验名称： 基础设计性实验4
整流滤波电路的设计
学院：
组号 指导教师：
报告人： 学号： 班级：
实验地点 科技楼B109 实验时间： 2011.5.12
实验报告提交时间： 2011.5.26

一、实验设计方案
1、实验目的
1.1 研究半波整流电路、 全波桥式整流电路
2.2 研究滤波电路，观察滤波器在半波和全波电路中的滤波效果
3.3研究全波整流π 型RC 滤波电路，测量整流滤波电路输出脉动电压的峰值。

2、实验原理
2.1 实验思路
利用二极管正向导通反向截至的特性，与RC电路的特性，通过二极管、电阻与电容的串并联设计出各种整流电路和滤波电路进行研究。
2.2 半波整流电路
变压器的次级绕组与负载相接，中间串联一个整流二极管，就是半波整流。利用二极管的单向导电性，只有半个周期内有电流流过负载，另半个周期被二极管所阻，没有电流。
2.2.1单相半波整流
只在交流电压的半个周期内才有电流流过负载的电路称为单相半波整流电路。

图4.1 单相半波整流电路 图4.2 单相半波整流波形图
原理：如图4.1，利用二极管的单向导电性，在输入电压Ui为正的半个周期内，二极管正向偏置，处于导通状态，负载RL上得到半个周期的直流脉动电压和电流；而在Ui为负的半个周期内，二极管反向偏置，处于关断状态，电流基本上等于零。由于二极管的单向导电作用，将输入的交流电压变换成为负载RL两端的单向脉动电压，达到整流目的，其波形如图4.2。
其中，输出电压为：
4-1
输出电流为：
4-2
整流二极管正向平均电流为：
4-3
在电路图中分析可知整流二极管截止时所承受的最高反向电压为Ui的峰值即：,整流二极管在正向导通时最大的整流电流应大于负载电流。
2.3 全波桥式整流电路

图4.3 全波桥式整流电路 图4.4 全波桥式整流电路波形图
由图4.3可知，电路中采用四个二极管，互相接成桥式结构。利用二极管的电流导向作用，在交流输入电压U2的正半周内，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，在负载RL上得到上正下负的输出电压；在负半周内，正好相反，D1、D3截止，D2、D4导通，流过负载RL的电流方向与正半周一致。因此，利用变压器的一个副边绕组和四个二极管，使得在交流电源的正、负半周内，整流电路的负载上都有方向不变的脉动直流电压和电流。
由图4.4可知，由桥式整流电路的输出电压波形可知，其输出电压为半波整流电路的两倍，所以其输出电压为
4-4
输出电流为：
4-5
整流二极管正向平均电流为：
4-6
2.4滤波电路
只允许一定频率范围内的信号成分正常通过，而阻止另一部分频率成分通过的电路，叫做滤波电路。滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路。

图4.5 滤波电路的基本形式
本文决定选用电感滤波电路进行实验，故只讨论电容滤波电路。

2.4.1半波电容滤波电路

图4.6 半波电容滤波电路

2.4.2全桥电容滤波电路

图4.7 全波桥式电容滤波电路 图4.8 全波桥式电容电路
图4.7给出了电容滤波电路在带电阻负载的工作情况。接通交流电源后，二极管导通，整流电源同时向电容充电和向负载提供电流,输出电压的波形是正弦形。在t1时刻，即达到Ui90°峰值时，Ui开始以正弦规律下降，此时二极管是否关断，取决于二极管承受的是正向电压还是反向电压。
先设达到90°后，二极管关断，那么只有滤波电容以指数规律向负载放电，从而维持一定的负载电流。但是90°后指数规律下降的速率快，而正弦波下降的速率小，所以超过90°以后有一段时间二极管仍然承受正向电压，二极管导通。随着u2的下降，正弦波的下降速率越来越快，uC 的下降速率越来越慢。所以在超过90°后的某一点，例如图4.7中的t2时刻，二极管开始承受反向电压，二极管关断。此后只有电容器C向负载以指数规律放电的形式提供电流，直至下一个半周的正弦波来到，u2再次超过uC，如图4.8中的t3时刻，二极管又重新导电。
以上过程电容器的放电时间常数为
4-7
电容滤波一般负载电流较小，可以满足td较大的条件，所以输出电压波形的放电段比较平缓，纹波较小，输出脉动系数S小，输出平均电压UO(AV)大，具有较好的滤波特性。
2.4.3π 型RC 滤波
前述电容滤波的输出波形脉动系统仍较大，尤其是负载电阻RL较小时，除非将电容容
量增加（实际应用时难于实现）。在这种情况下，要想减少脉动，可利用多级滤波方法，即
再加一级RC低通滤波电路，如图4.9 所示。 π型RC 滤波是在电容滤波之后又加了一级RC 滤波，使得输出电压更平滑（但输出电压平均值要减少）。

图4.9 π型RC 滤波电路
3实验仪器
仪器名称
型号
主要参数
用途
750接口
CI7650
阻抗1 MΩ。最大的有效输入电压范围±10 V
数据采集处理、信号发生器
计算机,DataStudio
CI6874

数据采集平台、数据处理
电压传感器
CI-6503

交直流电子学实验系统
EM-8656

连接电路

二、实验内容及具体步骤：
4.1半波整流的测量和半波滤波电路的实现
4.1.1选择一定的规格的二极管和一定阻值的电阻，按图4.1接好电路。Ui端接750数据接口产生的正弦波信号，UL端接电压传感器，ID端接电流传感器输入到计算机中。
4.1.2用750数据接口中内置的1.5W的信号发生器，产生正弦波信号。
4.1.3用计算机数据处理软件DataStudio充当示波器，观察输出波形，并记录输入、输出脉动电压的峰值。
4.1.4 将电路从图4.1修改为图4.6，Ui端接750数据接口产生的正弦波信号，UL端接电压传感器，ID端接电流传感器输入到计算机中。观察输出波形，并记录输入、输出脉动电压的峰值。
4.1.5更换不同的RL重复以上四个步骤。
4.2全桥整流电路的测量和全桥滤波电路的实现
4.2.1选择一定的规格的二极管和一定阻值的电阻，按图4.3接好电路。Ui端接750数据接口产生的正弦波信号，UL端接电压传感器，ID端接电流传感器输入到计算机中。
4.2.2用750数据接口中内置的1.5W的信号发生器，产生正弦波信号。
4.2.3观察输出波形，并记录输入、输出脉动电压的峰值。
4.2.4将电路从图4.3修改为图4.7，Ui端接750数据接口产生的正弦波信号，UL端接电压传感器，ID端接电流传感器输入到计算机中。观察输出波形，并记录输入、输出脉动电压的峰值。
4.2.5更换不同的R、C重复以上四个步骤。
4.3π 型RC滤波电路的测量
4.3.1选择一定的规格的二极管和一定阻值的电阻，按图4.9接好电路。Ui端接750数据接口产生的正弦波信号，UL端接电压传感器输入到计算机中。
4.3.2用750数据接口中内置的1.5W的信号发生器，产生正弦波信号。
4.3.3观察输出波形，并记录输出脉动电压的峰值。
4.3.4更换不同的R、C重复以上三个步骤。

三、数据记录及数据处理
1.半波整形电路的输入输出波形和滤波效果的记录
（1） R=1kΩ，C=10μF，Ui的峰值U=5V

平均输出电压为：

（2）R=1kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V

平均输出电压为：
（3） R=2kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V

平均输出电压为：
2. 全波桥式整形电路的输入输出波形和滤波效果的记录
（1） R=1kΩ，C=10μF，Ui的峰值U=5V

平均输出电压为：

（2）R=1kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V

平均输出电压为：
（3） R=2kΩ，C=47μF，Ui的峰值U=5V

3. π 型RC滤波电路
（1） R=1kΩ，C1=C2=10μF，Ui的峰值U=5V

平均输出电压为：

（2）R=1kΩ，C1=47μF，C2=10μF ,Ui的峰值U=5V

平均输出电压为：
（3） R=2kΩ，C1=C2=10μF，Ui的峰值U=5V

四、实验结论

五、思考题
1.整流滤波的目的是什么？

答：直流稳压电源组成如上图所示，整流滤波的目的是将交流信号里的交流部分尽量除去，将较纯净的直流信号供给负载。
六、实验总结

指导教师批阅意见：

成绩评定：
实验设计方案
（40分）
实验过程
（30分）
数据记录及结果陈述
（20分）
实验总结
（10分）
总分

8