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? 交流電路
正弦交流電的表達式如下，其曲線如圖6.2.1-1所示。
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(1)
?
由此可見，正弦交流電的特征表現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）和初相位來確定。所以幅值、頻率、初相位被稱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 ，峰點電位之差稱為“峰-峰值”，記為 和 。顯然 ?。
– ? ?平均值
令 、 分別表示隨時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，平均值實際上就是交流信號中直流分量的大小，所以圖6.2.1-1所示的正弦交流電的平均值為0。
– ? ?有效值
在實際應用中，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表示。許多交流電流或電壓測量設備的讀數均為有效值。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 來表示交變的快慢，也常常用角頻率 來表示，這三者之間的關系是
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (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，正弦交流電對于時間的倒數 或積分 也仍為同一頻率的正弦交流電。這在技術上具有十分重要的意義。
? ? ? ? ?初相位
交流電 時的相位 稱為交流電的初相位。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換成直流電，嚴格地講是單方向大脈動直流電，而濾波電路的作用是把大脈動直流電處理成平滑的脈動小的直流電。
? ? ? ? ?整流原理
利用二極管的單向導電性可實現整流。
– ? ?半波整流
圖6.2.1-2中D是二極管， 是負載電阻。若輸入交流電為
? ? ? ? ? ? ?(5)
?
則整流后輸出電壓為（一個周期內）
? ? ? ? ? ? ? ?(6)
其相應的平均值（即直流平均值，又稱直流分量）
? ? ? ? ? ? ? ?(7)
– ? ?全波橋式整流
前述半波整流只利用了交流電半個周期的正弦信號。為了提高整流濾波效率，使交流電的正負半周信號都被利用，則應采用全波整流，現以全波橋式整流為例，其電路和相應的波形如圖6.2.1-3所示。
?
若輸入交流電仍為
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (8)
則經橋式整流后的輸出電壓為（一個周期）
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(9)
其相應直流平均值為
? ? ? ? ? ? ? (10)
由此可見，橋式整流后的直流電壓脈動大大減少，平均電壓比半波整流提高了一倍（忽略整流內阻時）。
? ? ? ? ?濾波電路
經過整流后的電壓（電流）仍然是有“脈動”的直流電，為了減少波動，通常要加濾波器，常用的濾波電路有電容、電感濾波等。現介紹最簡單的濾波電路。
– ? ?電容濾波電路
電容濾波器是利用電容充電和放電來使脈動的直流電變成平穩的直流電。我們已經知道電容器的充、放電原理。圖6.2.1-4所示為電容濾波器在帶負載電阻后的工作情況。設在 時刻接通電源，整流元件的正向電阻很小，可略去不記，在 ? 時， 達到峰值為 。此后 以正弦規律下降直到 時刻，二極管D不再導電，電容開始放電， 緩慢下降，一直到下一個周期。電壓 上升到和 相等時，即 以后，二極管D又開始導通，電容充電，直到 。在這以后，二極管D又截止， 又按上述規律下降，如此周而復始，形成了周期性的電容器充電放電過程。在這個過程中，二極管D并不是在整個半周內都導通的，從圖上可以看到二極管D只在 到 段內導通并向電容器充電。由于電容器的電壓不能突變，故在這一小段時間內，它可以被看成是一個反電動勢（類似蓄電池）。
?
由電容兩端的電壓不能突變的特點，達到輸出波形趨于平滑的目的。經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系統仍較大，尤其是負載電阻 較小時。除非將電容容量增加（實際應用時難于實現）。在這種情況下，要想減少脈動可利用多級濾波方法，此時再加一級 ? 低通濾波電路，如圖6.2.1-6所時，這種電路也稱 型 濾波電路。
由圖可見， 型 濾波是在電容之后又加了一級 濾波，使得輸出電壓更平滑（但輸出電壓平均值要減少）。
實驗內容
? ? ? ? ?測量交流電壓（或電流）
?
選擇信號發生器（XD-8）的頻率為500Hz，測出信號發生器15V擋從1V-15V的輸出電壓。
? ? ? ? ?用數字多用表測量電壓的有效值，計算峰-峰值。
? ? ? ? ?用示波器觀察及測量其電壓峰峰值，計算有效值，畫出波形圖。
在坐標紙上畫出上面兩組數據曲線（示波器讀數作x軸坐標，數字多用表讀數作y作軸坐標），計算相對誤差。
? ? ? ? ?整流波形的測量，實驗電路如圖6.2.1-7所示
?
? ? ? ? ?用數字多用表分別測量半波整流和全波整流的輸入電壓 、輸出電壓 ，計算平均值 。
? ? ? ? ?用示波器觀察半波整流和全波整流的輸入信號 和輸出信號 ，分別畫出 、 的圖形。
? ? ? ? ?用示波器測量半波整流和全波整流的輸入信號 和輸出信號 ，計算平均值 、有效值 ?
? ? ? ? ?濾波電路
實驗電路圖按圖6.2.1-4接線
? ? ? ? ?不加濾波電容 ，調節信號發生器輸出電壓，使 ，測 。
? ? ? ? ?加濾波電容 ，調節信號發生器輸出電壓，使 ，測 。
實驗按圖6.2.1-6電路接線。調節信號發生器輸出電壓，使 ，測 。
? ? ? ? ?用示波器觀察兩個濾波電路的輸入、輸出波形，畫出波形圖。
? ? ? ? ?測交流電路的頻率響應和相位
讓圖6.2.1-8所示的兩電路分別通過1kHz、10kHz、100kHz的交流信號，觀察其輸出信號的幅度隨頻率變化的情況，以及輸出信號相位變化的情況。
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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，那么無論在什么電壓下，整流平均電壓都應同交流電壓的幅度成正比。也就是說，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常數轉換因子。但實際上，常常只是在電壓足夠高時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，用數字多用表測 、 ，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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設計性內容
? ? ? ? ?自行設計方案將220V 50HZ的電網電壓變成脈動較小的6V直流電壓。






實驗重點
? ? ? ? ?用實驗的方法驗證正弦波交流電的有效值和峰-峰值之間理論上的關系。
? ? ? ? ?通過整流濾波電路若干輸入、輸出電壓參數的測量，加深對半波整流/濾波、全波整流/濾波電路的工作原理的理解，并就實驗過程中測量的數值和理論上有所差異的現象，能給出合理的分析。
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實驗難點
? ? ? ? ?濾波電路的工作原理。

總結

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內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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