第6节 Rectifier/Filter Circuit (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 低压交流电源
- 桥式整流器包（Radio Shack 目录 #276-1185 或同等产品）
- 电解电容器，1000 µF，至少 25 WVDC（Radio Shack 目录 # 272-1047 或同等产品）
- 四个“香蕉”插孔式接线柱或其他终端硬件，用于连接到电位器电路（Radio Shack 目录号 274-662 或同等产品）
- 金属盒
- 12 伏灯泡，25 瓦
- 灯座
零件和材料注意事项
与使用单个二极管构建桥式整流器电路相比，强烈建议使用桥式整流器“组”，因为这种“组”是用螺栓固定在金属散热器上的。建议使用金属盒而不是塑料盒，因为它能够充当整流器的散热器。
在这个实验中使用较大的电容值是可以的，只要它的工作电压足够高。为安全起见，请选择额定工作电压至少为低压交流电源的交流电压有效值输出两倍的电容器。
可从休闲车 (RV) 和划船用品商店购买高功率 12 伏灯。常见尺寸为 25 瓦和 50 瓦。该灯将用作电源的“重”负载。
交叉引用
电路课程，第 2 卷，第 8 章：“滤波器 (opens new window)”
学习目标
- AC/DC电源中的电容滤波功能
- 功率半导体散热器的重要性
原理图，示意图
插图
指示
该实验涉及构建一个[整流器](https://www.allaboutcircuits.com/textbook/semiconductors/chpt- 滤波 (opens new window)电路，用于连接到之前构建的低压交流电源。使用此设备，您将拥有适合在电池供电实验中替代电池的低压直流电源。
如果您想使该设备成为自己的独立 120VAC/DC 电源，您可以将低压交流电源的所有组件添加到该电路的“交流输入”侧：变压器、电源线、和插头。即使您不选择这样做，我也建议您使用比所需更大的金属盒，以便为您以后可能选择添加到此项目中的额外电压调节电路提供空间。
构建整流器部分
桥式整流器单元的额定电流至少应与变压器 (opens new window)次级绕组的额定电流一样高，电压至少应为变压器输出的 RMS 电压的两倍（这允许峰值电压，加上额外的安全余量）。零件清单中指定的 Radio Shack 整流器的额定电压为 25 安培和 50 伏特，对于交流实验章节中指定的低压交流电源的输出来说绰绰有余。
这种尺寸的整流器单元通常配备有“快速断开”端子。出售免费的“快速断开”接线片，可压接到电线的裸露端。
这是终端连接的首选方法。您可以将电线直接焊接到整流器的接线片上，但我建议不要直接焊接到任何半导体组件上，原因有两个：焊接过程中可能会造成热损坏，以及在发生故障时难以更换组件。
到目前为止，与这些实验中涵盖的大多数组件相比，半导体设备更容易发生故障，因此如果您有任何使电路永久化的意图，您应该构建它以进行维护。除其他外，“可维护结构”包括使所有精密部件可更换。
这还意味着使整个电路中的仪表探针都可以访问“测试点”，从而可以以最小的不便执行故障排除。端子排固有地为进行电压测量提供了测试点，并且它们还允许在不牺牲连接耐用性的情况下轻松断开电线。
将整流器单元用螺栓固定到金属盒的内部。盒子的表面区域将充当散热器，在整流器单元通过高电流时保持冷却。
任何旨在降低电子元件工作温度的金属散热器表面都称为_散热器_。通常，半导体器件容易因过热而损坏，因此当相关电路可能处理大量功率时，提供从器件到环境空气的热传递路径非常重要。
构建过滤器部分
电路中包含一个电容器 (opens new window)，用作_滤波器_以降低纹波电压。确保将电容器正确连接到整流器的直流输出端子上，以使极性匹配。
作为电解电容器，它对极性反转的损坏很敏感。特别是在这个电路中，变压器和整流器的内阻很低，因此短路电流很高，损坏的可能性很大。
__警告：__此电路中出现故障的电容器可能会以惊人的力量爆炸！
测试电路
整流/滤波电路搭建完成后，将其连接到低压交流电源，如下所示：
测量低压电源输出的交流电压。如果电路如图所示连接，您的仪表应指示大约 6 伏。
该电压测量值是交流电源的RMS 电压。 (opens new window)现在，将万用表切换到直流电压功能，测量整流/滤波电路输出的直流电压。
它的读数应大大高于之前测量的交流输入的 RMS 电压。电容器的滤波作用提供了等于交流_峰值_电压的直流输出电压，因此电压指示更大：
使用设置为交流电压（或交流毫伏）的数字电压表测量交流纹波电压幅度。您应该注意到，该电路中的纹波电压比之前构建的任何未经滤波的整流器电路中测得的电压要小得多。
随意使用您的音频检测器来“收听”整流器/滤波器单元输出的交流纹波电压。像往常一样，将一个小的“耦合”电容器与检测器串联，使其不响应直流电压，而只响应交流纹波。
应该听到非常小的声音。进行空载交流纹波电压测量后，将 25 瓦灯泡连接到整流器/滤波电路的输出端，如下所示：
重新测量整流器/滤波器单元的“DC out”端子之间的纹波电压。负载较重时，滤波电容会在整流电压峰值之间放电，从而导致比以前更大的纹波：
减少纹波
如果在重负载条件下需要较小的纹波，则可以使用更大的电容器，或者可以使用两个电容器和一个电感器构建更复杂的滤波器电路：
如果您选择构建这样的滤波电路，请务必使用铁芯电感以获得最大电感，并使用足够粗的导线来安全处理电源的全部额定电流。用于滤波的电感器有时被称为 (opens new window)扼流圈，因为它们“扼流”交流纹波电压到达负载。
如果无法获得合适的扼流圈，则可以使用降压电源变压器的次级绕组，例如用于将低压电源中的 120 伏交流电降压至 12 或 6 伏交流电的类型。保持初级（120 伏）绕组开路：
电脑模拟
带有 SPICE 节点号的示意图：
网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字）：
全波桥式整流器 v1 1 0 sin(0 8.485 60 0 0) rload 2 3 10k c1 2 3 1000u ic=0 d1 3 1 mod1 d2 1 2 mod1 d3 3 0 mod1 d4 0 2 mod1 .model mod1 d .tran .5m 25m .plot tran v(1,0) v(2,3) .end
您可以将仿真中的 R load值从 10 kΩ 降低到某个较低的值，以探索负载对纹波电压的影响。与 10 kΩ 负载电阻一样，在 SPICE 绘制的波形上无法检测到纹波。
相关练习：
总目录：