原創:整流雜談(二)

除了直流電動機這類非常簡單粗糙的負載以外,電子設備中的整流電路都需要配合濾波電路,整流后的電壓電流經濾波后才能夠供電子設備使用。

上圖是全波整流電容濾波的典型電路。圖中C是濾波電容,ZL代表負載。

如果我們把示波器接到濾波電容C的兩端,我們將看到下面這樣的波形。

電容C兩端的電壓是起伏的,這個起伏一般稱為紋波。

如果我們使用雙蹤示波器,另一通道接到圖01中的M點,兩通道使用相同的靈敏度,那麼兩通道電壓波形如下:

我們看到,繞組A1兩端電壓(黑色)在峰值附近有一段接近於與紋波(藍色)上面的一個「鼓包」重合。

藍色曲線是電容C兩端電壓,C兩端電壓在「鼓包」處上升。電容兩端電壓上升說明該電容正在被充電。這個充電電流是從哪裡來的?顯然,是因為繞組A1兩端電壓瞬時值超過電容兩端電壓,所以是繞組A1經過整流二極體D1對電容C充電。

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當繞組A1兩端電壓經過最大點而下降,低於電容C兩端電壓時,繞組A1當然就不會對電容充電。此階段電容對負載放電,兩端電壓逐漸下降。

從M點電壓波形和電容兩端電壓波形的時間關係,可以想見:M點電壓波形谷值(反方向最大值)時電容兩端電壓波形上的「鼓包」是另一半繞組A2的N點經二極體D2對電容C充電。

如果我們使用更多蹤多示波器,而且可以測量電流,那麼變壓器二次繞組中點K處多電流波形和繞組電動勢以及電容兩端電壓關係如圖04:

圖中藍色曲線是電容C兩端電壓,紅色曲線是地線到變壓器中點K處的電流。

為了分析全波整流電容濾波電路的工作,我們在圖04中加上註釋符號,如圖05。

在圖05的分析中,我們假定二極體是理想二極體,正向壓降為零。

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圖05中,黑色曲線是兩半個二次繞組的電動勢(開路電壓),不是兩半個繞組的端電壓。電動勢曲線在橫軸下面部分沒有畫出。藍色曲線是電容C兩端電壓,紅色曲線是兩半個繞組中的電流。

任取半個工頻周期,時刻t1之前變壓器二次繞組電動勢小於電容兩端電壓,兩支二極體中均無電流,負載靠電容放電維持其中的電流。時刻t1開始繞組電動勢大於電容兩端電壓,繞組A2通過二極體D2對電容C充電,紅色曲線開始上升。隨著二次繞組電動勢增加,電流也迅速變大,電容兩端電壓增加。在t1到t2這段時間內,二次繞組不僅為電容充電,同時也為負載供電。待到二次繞組電動勢開始下降時,充電電流迅速變小,直到二次繞組電動勢低於電容兩端電壓時,充電停止,二次繞組中電流為零。時刻t2之後,電容向負載放電以維持負載中電流,電容兩端電壓降低。

圖中我們看到,t1到t2這段時間內,繞組電動勢和電容兩端電壓稍有差別,黑色曲線略高於藍色曲線。這是因為繞組總有一定電阻,會降掉一部分電壓,而且繞組中電流越大,電壓降落越厲害。兩曲線之差就是繞組電阻的壓降。

下半個工頻周期內,前述過程重複,只不過下半個周期改由繞組A1和二極體D1在時刻t3開始對電容充電,到時刻t4結束。時刻t2到時刻t3這段時間繞組中沒有電流,全靠電容對負載放電維持負載中的電流。

兩半個二次繞組A1和A2交替通過二極體對電容充電,然後電容對負載放電,這就是全波整流電容濾波的工作過程。

我們看到,電容濾波電路中,變壓器繞組中電流是斷續的,是一個一個比較窄的脈衝。電流不連續,呈脈衝形式,這是電容濾波的特點。

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