项目二、整流滤波电路

总第 课时 实习课题 整流滤波电路 1、掌握二极管的单向导电性 教学课时 40课时 教学目标 2、掌握整流滤波的作用、电路结构、波形的分析及输出电压的计算 3、熟悉万用表的使用方法，掌握万用表检测二极管的方法 4、熟悉示波器的使用方法，掌握示波器观测波形的方法 理论要求 实践要求 整流滤波的作用、电路结构、波形的分析，万用表、示波器的使用 巩固以前所学内容，能熟练使用万用表和示波器 教学程序 教学仪器 二极管、电容、电阻、万用表、示波器、导线等。 一、电路分析 1、核心元件---晶体二极管 外形如图12(a)所示，晶体二极管由密封的管体和两条正、负电极引线所组成。管体外壳的标记通常表示正极。 图形、文字符号如图12(b)所示，晶体二极管的图形由三角形和竖杠所组成。其中，三角形表示正极，竖杠表示负极。V为晶体二极管的文字符号。 理论内容 图12晶体二极管的外形和符号 晶体二极管的单向导电性：二极管正偏导通，反偏截止。这一导电特性称为二极管的单向导电性。 二、单相整流电路： 1、作用 利用二极管的单向导电特性，将交流电变成脉动的直流电。 2、单相半波整流电路 （1）电路结构 图13 单相半波整流电路 （2）波形的分析 设v2为正弦波，波形如图13(b)所示。v2正半周时，A点电位高于B点电位，二极管V正偏导通，则vLv2；v2负半周时，A点电位低于B点电位，二极管V反偏截止，则vL。 由波形可见，v2一周期内，负载只有单方向的半个波形，这种大小波动、方向不变的电压或电流称为脉动直流电。 （3）输出电压和整流二极管上电流的计算 负载电压 VL0.45V2 V0.45V2 负载电流 ILLRLRL二极管正向电流和负载电流 IVIL0.45V2 RL二极管反向峰值电压 VRM2V21.41V2 (4)选管条件： 二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。 3、单相桥式全波整流电路 （1）电路结构 图14 桥式整流电路 （2）波形分析 v2正半周时， V1、V3导通(V2、V4截止)，i1自上而下流过负载RL；v2负半周时V2、V4导通(V1、V3截止)，i2自上而下流过负载RL； 由波形图可见，v2一周期内，两组整流二极管轮流导通产生的单方向电流i1和i2叠加形成了iL。于是负载得到全波脉动直流电压vL。 （3）输出电压和整流二极管上电流的计算 负载电压 VL0.9V2 V0.9V2负载电流 ILL  RLRL1二极管的平均电流 IVIL 2二极管承受反向峰值电压为 VRM2V2 (4)选管条件： 二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压；二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的实际工作电流。 三、电容滤波器 1．电路结构 图15 半波整流电容滤波电路 2．波形分析 在0t1期间，因v2的作用，V正偏导通，电容C充电，波形如图15(b)中OA所示； 在t1t2期间，因v2vC，V反偏截止，电容C通过负载放电，波形如图15(b)中AB所示； 在t2t3期间，因vCv2，V正偏导通，电容再次充电，波形如图15(b)中BC。 重复上述过程，可得近于平滑波形。这说明，通过电容的充放电，输出直流电压中的脉动成分大为减小。 全波整流电容滤波输出波形如图16所示。 图16 全波整流电容滤波输出波形 3、输出电压的计算 （1）半波整流电容滤波电路 VLV2（带载） VL√2 V2（空载） （2）全波整流电容滤波 VL1.2V2（带载） VL√2 V2（空载） 4、滤波C的选择 （1）半波整流放电 RLC≥( 3－5 ) T 即 C≥（3—5）T/RL （2）全波整流C放电 RLc≥( 3－5 ) T/2 即 C≥（3－5）T/2RL 通常C耐压取V2的1.5－2倍，即大于√2 V2 一、二极管的检测与识别 1．元件清单 V1～V4：IN4007；C：470UF/25V；RL：470Ω。 电源电压有效值：V2=+12V 2、检测要求 （1）判别正负极性 测二极管时，使用万用表的R×100或R×1k挡。若将黑表笔接二极管的正极，红表笔接二极管的负极，则二极管处正向偏置，呈现低阻，万用表指示电阻较小；反之，二极管处于反向偏置，呈现高阻，万用表指示电阻电阻较大。据此可判断出二极管的极性，测得电阻较小时，黑表笔所连接的是二极管的正极。 图17万用表检测二极管 （2）判断二极管的好坏 方法与判别二极管极性相同。若两次测得的阻值均小，则二极管内部短路；若两次测得的阻值均大或为∞，则二极管内部开路；若两次测得的阻值差别甚大，说明二极管特性较好。 (3)二极管的识别与简单测试 被测管 D1 D2 D3 D4 D5 二、安装说明 1、电阻的安装 外型与 极性 正向电阻 反向电阻 万用表 档位 质量 操作内容 电阻采用水平安装，贴紧印刷板，电阻的色环方向应该一致。微调电位器尽量插到底，不能倾斜，三只脚均需焊接。 2、二极管的安装 二极管采用水平安装，贴紧印刷板。发光二极管直立安装，底面离印刷板6±2mm。 注意：二极管安装时极性要正确。 3、电容的安装 电解电容器、涤纶电容器尽量插到底，元件底面离印刷板最高不能大于4mm。元片电容器底面离印刷板一般为2-4mm。 注意：电容安装时极性要正确。 三、调试说明 1、输入、输出电压的测量 （1）万用表电压档的使用 测量前的准备。使用之前，应注意指针是否指在零位，如不指在零位，可通过机械调零置，将指针调到零位。把1.5V五号电池及10F20型15V层迭电池各一节装入万用电表电池夹内。把两根测试棒的短棒分别插到插座上，红棒插在+插座内，黑棒插在*插座（公用插座）内。 直流电压测试。把开关转到与被测电压相对应的直流电压（V）挡上，红测试棒接触电路的正端，黑测试棒接触电路的负端，测出的电压在第二条刻度线上读出。 交流电压测量。与直流电压的测量相似，只需把开关转到交流电压（∨）范围内。交流10V挡刻度看第三条刻度线，其它各挡看地二条刻度线。 读数。看清读的哪条标度尺，读数时眼睛位于指针上方，与镜面垂直；注意交流10V标度尺的读数。 直流电压 0.2V 0.6V 1.5V 6V 8V 12V 16V 18V 20V 24V 档位 测量值 交流电压 5V 7V 15V 37V 100V 125V 200V 220V 300V 380V 档位 测量值 （2）输入、输出电压的测量 接通220V市电，用万用表测桥式整流滤波电路的输入电压V2，输出电压VL。 电路状态 正常 任一只二极管断路 负载开路 电容开路 2、示波器的使用 以POS020双踪示波器为例 (1) 控制件位置图 输入电压V2 输出电压VL 输出电压与输入电压的倍数关系 (2) 控制件的作用 序号 1 2 3 4 5 控制件名称 亮度 辅助聚焦 聚焦 迹线旋转 校正信号 功能 调节光迹的亮度 与聚焦配合，调节光迹的清晰度 调节光迹的清晰度 调节光迹与水平刻度线平行 提供幅度为0.5V，频率为1KHZ的方波信号，用于校正10：1探极的补偿电容器和检测示波器垂直与水平的偏转因数 电源接通时，灯亮 电源接通或关闭 调节通道1光迹在屏幕上的垂直位置用作X-Y显示 调节通道2光迹在屏幕上的垂直位置在ADD方式时使CH1+CH2或CH1-CH2 CH1或CH2：通道1或通道2单独显示 ALT：两个通道交替显示 CHOP：两个通道断续显示，用于扫速较慢时的双踪显示 ADD：用于两个通道的代数和或差 6 7 8 9 10 电源指示 电源开关 CH1移位 CH2移位 垂直方式 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 垂直衰减器 垂直衰减器 微调 微调 耦合方式 耦合方式 CH1 OR X CH2 OR Y 接地 外触发输入 内触发源 调节垂直偏转灵敏度 调节垂直偏转灵敏度 用于连接调节垂直偏转灵敏度，顺时针旋足为校正位置 用于连续调节垂直偏转灵敏度，顺时针旋足为校正位置 用于选择被测信号馈入垂直通道的耦合方式 用于选择被测信号馈入垂直通道的耦合方式 被测信号的输入插座 被测信号的输入插座 与机壳相连的接地端 外触发输入插座 用于选择CH1， CH2或交替触发 触发源选择 用于选择触发源为INT（内），EXT（外）或LINE（电源） 触发极性 电平 微调 扫描速率 触发方式 用于选择信号的上升或下降沿触发扫描 用于调节被测信号在某一电平触发扫描 用于连续调节扫描速度，顺时针旋足为校正位置 用于调节扫描速度 常态（NORM）：无信号时，屏幕上无显示；有信号时，与电平控制配合显示稳定波形 自动（AUTO）：无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时，与电平控制配合显示稳定波形 电视场（TV）：用于显示电视场信号 峰值自动（P-PAUTO）：无信号时，屏幕上显示光迹；有信号时，无须调节电平即能或得稳定波形显示 在触发扫描时，指示灯亮 调节迹线在屏幕上的水平位置拉出时扫描速度被扩展10倍 亮度调制信号输入插座 220V电源插座，保险丝为0.5A 28 29 30 31 触发指示 水平移位 Z轴输入 电源插座及保险丝座 (3)面板一般功能检查 a、将有关控制件按下表置位 控制件名称 亮度（INTEN） 聚焦（FOCUS） 位移（CH1，CH2，X） 垂直方式（MODE） VOLTS/DIV 微调（VARIABLE） 作用位置 控制件名称 居中 居中 居中 CH1 10mV 触发方式 扫描速率SEC/DIV 极性（SLOPE） 触发源 内触发源 作用位置 峰值自动 0．5Ms 正 INT CH1 AC 校正位置 输入耦合 b、 接通电源，电源指示灯亮，稍后预热，屏幕上出现光迹，分别调节亮度、聚焦、辅助聚焦、迹线旋转，使光迹清晰并与水平刻度平行。 c、 10∶1探极将校正信号输入至CH1输入插座。 d、 调节CH1移位与X移位，使波形与图17相符合。 e、 将探极换至CH2输入插座，垂直方式置于“CH2”，内触发源置于“CH2”，重复（4）操作，得到与图17相符合的波形。 图17 校正信号波形图 (4)垂直方式的选择 当只需观察一路信号时，将“MODE”开关置“CH1”或“CH2”，此时被选中的通道有效，被测信号可从通道口输入。当需要同时观察两路信号时，将“MODE”开关置交替“ALT”，该方式使两个通道的信号被交替显示，交替显示的频率受扫描周期控制。当扫速低于一定频率时，交替方式显示会出现闪烁，此时应将开关置于断续“CHOP”位置。当需要观察两路信号代数和时，将“MODE”开关置于“ADD”位置，在选择这种方式时，两个通道的衰减设置必须一致，CH2移位处于常态时为CH1+CH2，CH2移位拉出时（PULLINVERT）为CH1－CH2。 (5)水平系统的操作 a、扫描速度的设定 扫描范围从0.2μS／DIV－0.5S/DIV按1、2、5 进位分20档，微调提供至少2.5倍的连续调节，根据被测信号频率的高低，选择合适档级，在微调顺时针旋足至校正位置时，可根据开关的示值和波形在水平轴方向上的距离读出被测信号的时间参数，当需要观察波形某一个细节时，可进行水平扩展×10，此时原波形在水平轴方向上被扩展10倍。 b、触发方式的选择 常态（NORM）：无信号输入时，屏幕上无光迹显示；有信号输入时，触发电平调节在合适位置上，电路被触发扫描。当被测信号频率低于20Hz时，必须选择这种方式。 自动（AUTO）：无信号输入时，屏幕上有光迹显示；一旦有信号输入时，电平调节在合适位置上，电路自动转换到触发扫描状态，显示稳定的波形。当被测信号频率高于20Hz时，最常用这一种方式。 (6)峰一峰值电压的测量 a、 信号输入至CH1或CH2插座，将垂直方式置于被选用的通道。 b、 置电压衰减器并观察波形，使被显示的波形在5格左右，将微调顺时针旋足（校正位置）。 c、 调整电平使波形稳定（如果是峰值自动，无须调节电平）。 d、 调节扫速控制器，使屏幕显示至少一个波形周期。 e、 调节垂直移位，使波形底部在屏幕中某一水平标上。 f、 调整水平移位，使波形顶部在屏幕中央的垂直坐标上。 g、 读出垂直方向两点之间的格数。 h、 按下面公式计算被测信号的峰-峰电压数（Vp-p）。 Vp-p=垂直方向的格数×垂直偏转因数 3、波形检测 电路状态 正常 示波器检测输出波形 峰-峰值的测量 任一只二极管断路 负载开路 电容开路 检测中出现的问题 1、为什么用交流电压档测量直流电压时，红笔接“正”，黑笔接“负”，有读数且读数大约是真实值的2倍；红笔接“负”，黑笔接“正”无读数？ 问题与思考 2、怎样判别一桥式整流器的好坏及正负电压输出端？ 3、当整流滤波电路发生故障时应怎样排除?试简述分析电路故障的基本步骤和注意事项。 电路故障分析 桥式整流电容滤波电路中, 如果用交流电压表测得变压器次级交流电压U2的有效值为20V，用直流电压表测量负载两端的电压为下列数值（A）U0=28V（B）U0=9V（C）U0=18V（D）U0=24V，试分析下列情况中哪些是正常，哪些属故障，并指出故障的原因。 延伸与拓展