本学期实时测量技术实验以电子设计大赛的形式

1、本学期实时测量技术实验以电子设计大赛的形式，老师命题，学生可以选择老师的题目也可以自己命题，并且组队操作其他的事情（包括设计总体方案、硬件电路、软件设计、焊接、调试等工作）。趣味性强，同时也可以学到很多东西。 我们认为，在这学期的实验中，在收获知识的同时，还收获了阅历，收获了成熟，在此过程中，我们通过查找大量资料，请教老师，以及不懈的努力，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。 电力网供给用户的是交流电,而各种无线电装置需要用

2、直流电。整流,就是把交流电变为直流电的过程。利用具有单向导电特性的器件,可以把方向和大小交变的电流变换为直流电。下面介绍利用晶体二极管组成的各种整流电路。一、半波整流电路图5-1、是一种最简单的整流电路。它由电源变压器B 、整流二极管D 和负载电阻Rfz ,组成。变压器把市电电压(多为220伏)变换为所需要的交变电压e2,D 再把交流电变换为脉动直流电。下面从图5-2的波形图上看着二极管是怎样整流的。变压器砍级电压e2,是一个方向和大小都随时间变化的正弦波电压,它的波形如图5-2(a)所示。在0K时间内,e2为正半周即变压器上端为正下端为负。此时二极管承受正向电压面导通,e2通过它加在负载电阻

3、Rfz上,在2时间内,e2为负半周,变压器次级下端为正,上端为负。这时D承受反向电压,不导通,Rfz,上无电压。在2时间内,重复0 时间的过程,而在34时间内,又重复2时间的过程这样反复下去,交流电的负半周就被"削"掉了,只有正半周通过Rfz,在Rfz上获得了一个单一右向(上正下负)的电压,如图5-2(b)所示,达到了整流的目的,但是,负载电压Usc。以及负载电流的大小还随时间而变化,因此,通常称它为脉动直流。这种除去半周、图下半周的整流方法,叫半波整流。不难看出,半波整说是以"牺牲"一半交流为代价而换取整流效果的,电流利用率很低(计算表明,整流得出的半

4、波电压在整个周期内的平均值,即负载上的直流电压Usc =0.45e2)因此常用在高电压、小电流的场合,而在一般无线电装置中很少采用。二、全波整流电路如果把整流电路的结构作一些调整,可以得到一种能充分利用电能的全波整流电路。图5-3 是全波整流电路的电原理图。全波整流电路,可以看作是由两个半波整流电路组合成的。变压器次级线圈中间需要引出一个抽头,把次组线圈分成两个对称的绕组,从而引出大小相等但极性相反的两个电压e2a 、e2b ,构成e2a 、D1、Rfz与e2b 、D2、Rfz ,两个通电回路。全波整流电路的工作原理,可用图5-4 所示的波形图说明。在0间内,e2a 对Dl为正向电压,D1导通

5、,在Rfz 上得到上正下负的电压;e2b 对D2为反向电压,D2不导通(见图5-4(b)。在-2时间内,e2b 对D2为正向电压,D2导通,在Rfz 上得到的仍然是上正下负的电压;e2a 对D1为反向电压,D1不导通(见图5-4(C)。如此反复,由于两个整流元件D1、D2轮流导电,结果负载电阻Rfz 上在正、负两个半周作用期间,都有同一方向的电流通过,如图5-4(b)所示的那样,因此称为全波整流,全波整流不仅利用了正半周,而且还巧妙地利用了负半周,从而大大地提高了整流效率(Usc=0.9e2,比半波整流时大一倍)。图5-3所示的全波整滤电路,需要变压器有一个使两端对称的次级中心抽头,这给制作上

6、带来很多的麻烦。另外,这种电路中,每只整流二极管承受的最大反向电压,是变压器次级电压最大值的两倍,因此需用能承受较高电压的二极管。 图5-5(a )为桥式整流电路图,(b)图为其简化画法。三、桥式整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路,只要增加两只二极管口连接成"桥"式结构,便具有全波整流电路的优点,而同时在一定程度上克服了它的缺点。桥式整流电路的工作原理如下:e2为正半周时,对D1、D3和方向电压,Dl,D3导通;对D2、D4加反向电压,D2、D4截止。电路中构成e2、Dl、Rfz 、D3通电回路,在Rfz ,上形成上正下负的半波整洗电压,e2为负半周时,

7、对D2、D4加正向电压,D2、D4导通;对D1、D3加反向电压,D1、D3截止。电路中构成e2、D2Rfz 、D4通电回路,同样在Rfz 上形成上正下负的另外半波的整流电压。上述工作状态分别如图5-6(A) (B)所示。如此重复下去,结果在Rfz ,上便得到全波整流电压。其波形图和全波整流波形图是一样的。从图5-6中还不难看出,桥式电路中每只二极管承受的反向电压等于变压器次级电压的最大值,比全波整洗电路小一半!四、整流元件的选择和运用需要特别指出的是,二极管作为整流元件,要根据不同的整流方式和负载大小加以选择。如选择不当,则或者不能安全工作,甚至烧了管子;或者大材小用,造成浪费。表5-1 所列

8、参数可供选择二极管时参考。"另外,在高电压或大电流的情况下,如果手头没有承受高电压或整定大电滤的整流元件,可以把二极管串联或并联起来使用。图5-7 示出了二极管并联的情况:两只二极管并联、每只分担电路总电流的一半口三只二极管并联,每只分担电路总电流的三分之一。总之,有几只二极管并联,"流经每只二极管的电流就等于总电流的几分之一。但是,在实际并联运用时",由于各二极管特性不完全一致,不能均分所通过的电流,会使有的管子困负担过重而烧毁。因此需在每只二极管上串联一只阻值相同的小电阻器,使各并联二极管流过的电流接近一致。这种均流电阻R一般选用零点几欧至几十欧的电阻器。电流

9、越大,R应选得越小。图5-8示出了二极管串联的情况。显然在理想条件下,有几只管子串联,每只管子承受的反向电压就应等于总电压的几分之一。但因为每只二极管的反向电阻不尽相同,会造成电压分配不均:内阻大的二极管,有可能由于电压过高而被击穿,并由此引起连锁反应,逐个把二极管击穿。在二极管上并联的电阻R,可以使电压分配均匀。均压电阻要取阻值比二极管反向电阻值小的电阻器,各个电阻器的阻值要相等。整流：把交流电变换成近似直流电的电路。最原始的整流电路为半波整流，也就是在交流回路中串接一个二极管，利用二极管的单向导通性，将交流电的负半波切去，只保留间隔一个半波时隙的正半波，因为没有负半波而只有正半波的脉动电动

10、势，故称半波整流更高一级的是全波整流，四个背对背的二极管构成全波整流电路，把交流电的负半波反转后填到两个正半波之间的时隙中，使电源电流波形成为连续起伏的近似直流电滤波电路 整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，在一些要求直流电平滑的场合是不适用的，需加上滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。 一般直流电中的脉动成分的大小用脉动系数来表示：脉动系数（S） GS0712 例如，全波整流输出电压uL可用付氏级数展开为： GS0713其中基波最大值为0.6U2，直流分量（平均值）为0.9 U2，故脉动系数S0.67 。同理可求得半波整流输出电压的脉动系数为S1.57，可见其脉动系数是

11、比较大的。一般电子设备所需直流电源的脉动系数小于0.01，故整流输出的电压必须采取一定的措施，一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电源的输出电压。这一措施就是滤波。 最基本的滤波元件是电感、电容。其滤波原理是：利用这些电抗元件在整流二极管导通期间储存能量、在截止期间释放能量的作用，使输出电压变得比较平滑；或从另一角度来看，电容、电感对交、直流成分反映出来的阻抗不同，把它们合理地安排在电路中，即可达到降低交流成分而保留直流成分的目的，体现出滤波作用。 常用的滤波电路有无源滤波和有源滤波两大类。其中无源滤波的主要形式有电容滤波，电感

12、滤波和复式滤波（包括倒L型LC滤波，型LC滤波和型RC滤波等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波。 电容滤波 半波整流电容滤波电路如图Z0710所示。其滤波原理如下：电容C并联于负载 RL的两端，uLuC。在没有并入电容C之前，整流二极管在u2的正半周导通，负半周截止，输出电压uL的波形如图中红线所示。并入电容之后，设在 t=0时接通电源，则当u2由零逐渐增大时，二极管D导通，除有一电流iL流向负载以外还有一电流iC向电容C充电，充电电压uC的极性为上正下负。如忽略二极管的内阻，则uC 可充到接近u2的峰值u2m。在u2 达到最大值以后开始下降，此时电容器上的电压uc也将由于放电而逐渐下降。当

13、u2uc时，D因反偏而截止，于是C以一定的时间常数通过RL 按指数规律放电，uc下降。直到下一个正半周，当u2 uc时，D又导通。如此下去，使输出电压的波形如图中蓝线所示。显然比未并电容C前平滑多了。 全波或桥式整流电容滤波的原理与半波整波电容滤波基本相同，滤波波形如图Z0711 所示。 从以上分析可以看出： 1. 加了电容滤波之后，输出电压的直流成分提高了，而脉动成分降低了。这都是由于电容的储能作用造成的。电容在二极管导通时充电（储能），截止时放电（将能量释放给负载），不但使输出电压的平均值增大，而且使其变得比较平滑了。 2电容的放电时间常数（RLC）愈大，放电愈慢，输出电压愈高，脉动成分也

14、愈少，即滤波效果愈好。故一般C取值较大，RL也要求较大。实际中常按下式来选取C的值：RLC（35T（半波） GS0714RLC（35）T2（全波、桥式） GS0715 3电容滤波电路中整流二极管的导电时间缩短了，即导通角小于180°。而且，放电时间常数越大，导通角越小。因此，整流二极管流过的是一个很大的冲击电流，对管子的寿命不利，选择二极管时，必须留有较大余量。 4. 电容滤波电路的外特性（指UL与IL之间的关系）和脉动特性（指S与IL 之间的关系）比较差，如图Z0712 所示。可以看出输出电压UL和脉动系数S随着输出电流IL 的变化而变化。当IL0（即RL= ）时，UL = U2（

15、电容充电到最大值后不再放电），S= 0。当IL增大（即RL减小）时，由于电容放电程度加快而使UL下降，UL 的变化范围在 U2 0.9 U2之间（指全波或桥式），S变大。所以，电容滤波一般适用于负载电流变化不大的场合。 5电容滤波电路输出电压的佑算。如果电容滤波电路的放电时间常数按式GS0714或GS0715 取值的话，则输出电压分别为： UL（0.91.0）U2 （半波） GS0716 UL（1.11.2）U2 （全波） GS0717电容滤波电路结构简单、使用方便、应用较广。稳压电路原理 稳压电路原理图 稳压电路原理 充电器一般不采用稳压的办法，而采用恒流的方法，就是说保持电池的充电电流在一

16、定的范围内，而充电的电压实际上的变化的。实现的方法是首先通过某个元件对充电回路进行采样以取得电流的值，经过与恒定值比较得到差值，差值经过分析放大电路后变成控制电平信号，然后输出到负责控制电流大小的功率晶体管，从而控制输出电流。普通跟快充应该只是充电电流的大小不一样，其原理都是一样的。当然，有些智能的充电器还带有充电电池的电压监测，当充电电池的电压满足一定值，表示电池已经充满时，会断开主充电回路，以保护电池不过充。 稳压电源的作用稳压电源的作用是什么呢？打个简单点的比分：电脑机箱内部的元件都是属于“易损”配件，电压不稳容易导致主板显卡等烧毁，所以有稳压电源，可以最大程度保持输入电压的稳定，保持电

17、源输出的电压是恒定的，这样电脑主机就不容易因为电压不稳损坏了！一、直流稳压电源的工作原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要经过变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。四个环节的工作原理如下：(1)电源变压器：是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器的副边电压确定。(2)整流滤波电路：整流电路将交流电压Ui变换成脉动的直流电压。再经滤波电路滤除较大的纹波成分，输出纹波较小的直流电压U1。常用的整流滤波电路有全波整流滤波、桥式整流滤波等。(3)滤波电路：可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以

18、滤除，从而得到比较平滑的直流电压各滤波电容C满足RL-C（35）T/2，或中T为输入交流信号周期，RL为整流滤波电路的等效负载电阻。(4)稳压电路：稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。常用的集成稳压器有固定式三端稳压器与可调式三端稳压器。常用可调式正压集成稳压器有CW317（LM317）系列，它们的输出电压从1.25V37伏可调，最简的电路外接元件只需一个固定电阻和一只电位器。其芯片内有过渡、过热和安全工作区保护，最大输出电流为1.5A。其典型电路如下图，其中电阻R1与电位器R2组成输出电压调节器，输出电压Uo的表达式为：Uo1.25（1R2/R1）式中R1一般取120240欧姆，输出端与调整端的压差为稳压器的基准电压（典型值为1.25V）。二、直流稳压电源的应用直流稳压电源是电子技术领域不可缺少的设备，常见的直流稳压电源，大都采用串联式反馈式稳压原理，通过调整输出端取样电阻支路中的电位器来调整输出电压。由于电位器阻值变化的非线性和调整范围窄，使普通