整流滤波电压电流转换电路.docx

整流电路整流电路rectifying circuit把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调 节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。 20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与 负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。 变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电 路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路按其组成器件可分为不控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。后 两种电路按其控制方式又可分为相控整流电路和斩波整流电路（见电力电子电路）。 相控整流电路由于采用电网换相方式，不需要专门的换相电路，因而电路简单、工作 可靠，得到广泛应用。但相控整流电路在控制用a较大时，功率因数较低，网侧电流谐波含量较大。因而在大功率调速传动中，低速运行时，采用斩控整流电路可解决功 率因数变坏的问题。整流电路（Rectifier）是电力电子电路中最早出现的一种，它将交流电变为直流 电，应用十分广泛，电路形式各种各样；按组成的器件可分为不可控、半控和全控三 种，按电路结构可分为桥式电路和零式电路，按交流输入相数分为单相电路和多相电 路，按变压器二次侧电流的方向是单相或双相，又分为单拍电路和双拍电路；实用电 路是上述的组合结构。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。由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较 平滑，即电容C具有平波的作用；与负载串联的电感 L,当电源供给的电流增加（由 电源电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来， 使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。滤波电路形式很多，为了掌握它的分析规律，把它分为电容输入式（电容器C接在最前面）和电感输入式（电感器L接在最前面）。前一种滤波电路多用于小功率电 源中，而后一种滤波电路多用于较大功率电源中（而且当电流很大时，仅用一电感器 与负载串联）。2008年05月05日 星期一 02:31交 流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不 断地变化之中。这种脉动直流一般是不能直接用来给无线电装供电的。要把脉动 直流变成 波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。 换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改 造成接近恒稳的直流电。一、电容滤波电容器是一个储存电能的仓库。在电路中，当有电压加到电容器两端的时候，便 对电容器充电，把电能储存在电容器中；当外加电压失去（或降低）之后，电容 器 将把储存的电能再放出来。充电的时候，电容器两端的电压逐渐升高，直到 接近充电电压；放电的时候，电容器两端的电压逐渐降低，直到完全消失。电容 器的容量越大，负载电阻值越大，充电和放电所需要的时间越长。这种电容带两端电压不能 突变的特性，正好可以用来承担滤波的任务。图5-9是最简单的电容滤波电路，电容器与负载电阻并联，接在整流器后面，下 面以图5-9（a）所示半波整施情况说明电容滤波的工作过程。在二极管导通期间，e2向负载电阻Rfz提供电流的同时，向电容器C充电，一直充到最大值。e2达到最大值以后逐渐下降；而电容器两端电压不能突然变化，仍然保持较高 电压。这时，D受反向电压，不能导通，于是Uc便通过负载电阻Rfz放电。由于C和Rfz较大，放电速度很慢，在e2下降期间里，电容器C上的电压降得不 多。当e2下一个周期来到并升高到大于Uc时，又再次对电容器充电。如此重复，电容器c两端（即负载电阻Rfz:两端）便保持了一个较平稳的电压，在波形图上呈现出比较平滑的波形。图5-10（a）（b）中分别示出半波整流和全波整流 时电容滤波前后的输出波形。国5 -10滤波前后波形01显然，电容量越大，滤波效果越好，输出波形越趋于平滑，输出电压也越高。但 是，电容量达到一定值以后，再加大电容量对提高滤波效果已无明显作用。通常 应根据负载电用和输出电说的大小选择最佳电容量。表5-2中所列滤波电容器容 量和输出电流的关系，可供参考。电容器的耐压值一般取J忍击，的1. 5倍。表5-3中列出带有滤波器的整流电路中各电压的关系。表一、输出电流2A左右1A左右0.5-1A 左 右0.1-0.5A100-50mA50mA以下滤波电容4000u2000u1000u500u200u-500u200u表二、输入交流电压（有效值）负载开路时的 输出电压带负载时的 输出电压每管承受的最 大反向电压半波整流全波整流桥式整流E2E2+E2E2约 0.6E2约 1.2E2约 1.2E22处么2处么采用电容滤波的整流电路，输出电压随时出电流变化较大，这对于变化负载（如乙类推挽电路）来说是很不利的。二、电感滤波利用电感对交流阻抗大而对直流用抗小的特点，可以用带铁芯的线圈做成滤波 器。电磁滤波输出电压较低，相输出电压波动小，随负载变化也很小，适用于负 载电流较大的场合。三、复式滤波器把电容按在负载并联支路，把电感或电阻接在串联支路，可以组成复式滤波器， 达到更佳的滤波效果口这种电路的形状很象字母n，所以又叫n型滤波器。图5-12所示是由电磁与电容组成的LC滤波器，其滤波效能很高，几乎没有直 流电压损失，适用于负载电流较大、要求纹波很小的场合。但是，这种滤波器由 于电感体积和重量大（高频时可减小），比较笨重，成本也较高，一般情况下使 用得不多。由电阻与电容组成的RC滤波器示于图5-13中。这种复式滤波器结构简单，能 兼起降压、限流作用，滤波效能也较高，是最后用的一种滤波器。上述两种复式 滤波器，由于接有电容，带负载能力都较差。电压电流转换在工业控制和许多 传感器的应用电路中，摸拟信号输出时，一般是以电压输出。在 以电压方式长距离传输模拟信号时，信号源电阻或传输线路的直流电阻等会引起电压 衰减，信号接收端的输入电阻越低，电压衰减越大。为了避免信号在传输过程中的衰减， 只有增加信号接收端的输入电阻，但信号接收端输入电阻的增加，使传输线路抗干扰性 能降低，易受外界干扰，信号传输不稳定，这样在长距离传输模拟信号时，不能用电压输 出方式，而把电压输出转换成 电流输出。另外许多常规工业仪表中，以电流方式配接也 要求输出端将电压输出转换成电流输出。V/I转换器就是把电压输出信号转换成电流输出信号，有利于信号长距离传输。V/I转换器可由晶体管等多种器件组成。 电压电流转换电路 2007/01/30 16:54 在放大电路中引入合适的反馈。 一、电压-电流转换电路 如左下图所示为实 现电压-电流转换的基本原理电路。由于电路引入负反馈，uN=uP=0，负载电流iL 与uI成线性关系。如右上图所示为实用的电压-电流转换电路。一、电压-电流转换电路 如左下图所示为实现电压-电流转换的基本原理电路。由于电路引入负反馈，UN=Up=0，负载电流iL与Uj成线性关系。由于负载没有接地点，因而不适用于某些应用场合。电压电流转换的基木原理电路实用电压电流转换电路如右上图所示为实用的电压-电流转换电路。由于电路引入了负反馈，A1构成同 相求和运算电路，A2构成电压跟随器。图中R1=R2=R3=R4=R，因此经分析推导可 得处的推导过程：实用电压电流转换电路如图所示为实用的电压-电流转换电路。由于电路引入了负反馈，A1构成同相求 和运算电路，A2构成电压跟随器。图中R1=R2二R3二R4二R因此A1构成同相求和运算电路，因此，代入上式得纺=妃+幻，Ro上的电压所以实现电压-电流转换。电压一电流转换电路将输入电压变换为输出电流的电路（不受Rl的影响），称为电压电流转换器（Voltage current converter），又叫做U/I转换电路。它经常用在驱动继电器、模拟仪表等应用中。根据不同的应用情况， 电压-电流变换器可分别驱动悬浮负载和接地负载。电路如图4.4.1所示。(a)(b)图4.4.1电压-电流转换电路a）反相电压-电流转换电路b）同相电压-电流转换电路图4.4.1所示是基本的电压-电流变换器。图4.4.1a）所示是反相电压-电流转换电路，负载R接在输出 L端和反相输入端之间，是悬浮负载（负载不接地）。流过负载的电流为(4.4.1)式（4-4-1）表明，负载电流七仅由输入电压决定，而与负载Rl的大小无关。当输入电压不变时，负载电阻 在一定的范围变化，输出电流将保持不变，此电路就成为恒流源。图4.4.1b）所示是同相电压-电流转换电路，分析方法同上述相同。R_ Rf对于接地负载，可用如图4.4.2所示的电路。负载电流由输入电压控制。经过简单推导得知，当R2R1_ Ui _ 一 i时，七为 L R2（4.4.2）图4.4.2 带接地负载的电压-电流转换电路1电压/电流转换电路电压/电流转换即V/I转换，是将输入的电压信号转换成满足一定关系的电流 信号，转换后的电流相当一个输出可调的恒流源，其输出电流应能够保持稳定而 不会随负载的变化而变化。V/I转换原理如图1。圈1 V/J转换申蹬原理由图1可见，电路中的主要元件为一运算放大器LM324和三极管BG9013 及其他辅助元件构成，V0为偏置电压，Vin为输入电压即待转换电压，R为负 载电阻。其中运算放大器起比较器作用，将正相端电压输入信号与反相端电压V -进行比较，经运算放大器放大后再经三极管放大，BG9013的射级电流Ie作用 在电位器Rw上，由运放性质可知：V-= IeRw= (1+ k)IbRw(k为BG9013的放大倍数)流经负荷R的电流Io即BG9013的集电极电流等于kIb。令R1=R2，则有V0+Vm= V+= V-= (1+k)Ib，Rw= (1+1/k)IoRw其中 k1，所以 Io= (Vo+Vin)/Rw。由上述分析可见，输出电流Io的大小在偏置电压和反馈电阻Rw为定值时， 与输入电压Vin成正比，而与负载电阻R的大小无关，说明了电路良好的恒流 性能。改变V0的大小，可在Vin=0时改变Io的输出。在V0 一定时改变Rw的 大小，可以改变Vin与Io的比例关系。由Io=(V0+Vi)/Rw关系式也可以看出， 当确定了 Vin和Io之间的比例关系后，即可方便地确定偏置电压V0和反馈电 阻Rw。例如将05V电压转换成05mA的电流信号，可令V0=0，Rw=1k。， 其中Vo=0相当于将其直接接地。若将05V电压信号转换成15mA电流信 号，则可确定V0=1.25V，Rw=1.25k。同样若将420mA电流信号转换成1 5mA电流信号，只需先将420mA转换成电压即可按上述关系确定V0和Rw 的参数大小，其他转换可依次类推。为了使输入输出获得良好的线性对应关系，要特别注意元器件的选择，如输 入电阻R1、R2及反馈电阻Rw，要选用低温漂的精密电阻或精密电位器，元件 要经过精确测量后再焊接，并经过仔细调试以获得最佳的性能。我们在多次实际 应用中测试，上述转换电路的最大非线性失真一般小于0.03%，转换精度符合 要求。电流电压转换这个电路是运算放大器的一个典型接法呀！运算放大器同相端接地，电流信号输入到反向端，反向端与 输出端接一个反馈电阻，由于运算放大器反向端此时是"虚地"输出电压Uo=-I*Rf.这比用电阻分压取得的电 流/电压输出负载能力强.不要太复杂加个电阻就行了 50欧250欧都行在不行加一个运放最简单的比例运算就行如图所示为电流-电压转换电路。在理想运放条件下，输入电阻Ri=0，因而iF=iS，故输出电压 及& =日Rs比R大得愈多，转换精度愈高。简单电路Current may be measured in two ways with an operational aniplifier. The current may be converted into a voltage with a resistor and then amplified or the current may be injected directly into a summing node. Converting into voltage is undesirable for two reasons: first, an impedance is inserted into the measuring line causing an error: second, amplifier offset voltage is also amplified with a subsequent loss of accuracy. The use of a current-to-voltage transducer avoids both of these problems. The current-to-voltage transdir is shown in Figure 13. The input current is fed directly into the summing node and the amplifier output voltage changes to extract the same current from the summing node through R1. The scale factor of this circuit is R1 volts per amp. The only conversion error in this circuit is I bias which is summed algebraically with Iin. This basic circuit is useful for many applications other than current measurement. It is shown as a photocell amplifier in the following section. The only tiesign constraints are that scale factors must be chosen to minimize errors due to bias current and since voltage gain and source impedance are often indeterminate (as with photocells) the amplifier must be compensated for unity-gain operation. Valuable techniques for bias current compensation are contained in Reference 5.,，DUT= IN复杂电路电流/电压转换电路一、实验电路在工业控制中需要将4mA20mA的电流信号转换成±lOV的电压信号，以便送到计算机进行处理。这种转换电路以4mA为满量程的0%对应-lOV； 12mA为50%对应0V； 20mA 为100%对应+10V。参考电路见图18二、实验仪器数字万用表2块（或毫安表一块，电压表一块）三、预习内容1. 按实验箱面版图，设计一个能产生4mA20mA电流的电流源（提示：利用可调电源317L电路单 元串接适当电阻）。画出电路实际接法。2. 分析图18电路的工作原理，根据实验箱面板图中元器件参数选择图中元器件参数。3. 设计调试方法和步骤。四、实验内容1. 按预习内容1接线，并调试好毫安信号源。2. 参照图18,按预习2设计图接线，并调试。五、选做与思考1. 本实验电路可改为电压/电流转换电路吗？试分析并画出电路图。2. 按本实验思路设计一个电压/电流转换电路，将±10V电压转换成4mA20mA电流信号。