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倍压整流电路设计与分析及原理解析

文章出处:电子市场 发布时间: 2017-5-15 15:20:22 | 1470 次阅读 | 0次推荐 | 0条留言

  倍压整流电路设计和分析:

  为了得到倍压整流电路输出电压的数值,首先必须明确电路中的二极管在什么条件下导通和什么条件下截止。为简化分析,设负载开路且电路已经进入稳态,然后对每个电容上的电压逐个分析,最后得到输出电压。

  以图1为例,设B点为地,变压器副边电压有效值为U2。

其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。

  C1上的电压:u2正半周时,即A点“+”,B点“-”时,如图中实线所示,电流从A经D1向C1充电,稳定时C1上的电压为其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。,上正下负。在u2正半周时D2是否导通,视C2上的电压而定。

  C2上的电压:u2正半周时不可能通过D2对C2充电,事实上,在u2负半周,即A点“-”,B点“+”时,u2和C1上的电压叠加通过D2对C2充电,如图中虚线所示,因而进入稳态时,C2上的电压可达其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。,极性右正左负。

  C3上的电压:u2正半周时,若C2已经进入稳态,则将与u2叠加通过D3对C3充电,如图中点划线所示,C3上的电压可达其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。,极性上正下负。因此,输出电压其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。,可见这是个三倍压电路。

  必须指出,三个电容的充电过渡过程是同时发生的,进入稳态后,三个二极管均截止。带上负载电阻并进入稳态后,在u2的各个周期均有各个电容的充放电过程,但各个电容上平均电压的比例关系基本不变。

  多倍压整流电路是如何实现的?

  下图所示的科克罗夫特-沃尔顿(Cochcroft&Walton)电路是典型的多倍压整流电路。

  多倍压整流电路

  当将几个由二极管和电容器组成的半波倍压整流电路作几级串联连接时,交流电压经二极管D1~Dn在每半个周期内对电容器C1~Cn进行串并联充放电,用低的交流输入电压就可以获得单级半波倍压整流电路时几倍的直流输出电压。

其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。

  其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。以此类推,可知输出的直流电压与半波倍压整流电路的级数有关。图中串接有三级半波倍压整流电路,C2、C4、C6上的充电电压均为C1上的充电电压的两倍,三个电容串联之后充电电压为C1上充电电压的6倍。

  桥式整流经典电路:

  桥式整流这种基本电路,对于未人门的学生来说,初次面对该种电路;不勉会感到过分抽象而难于理解:于是笔者设计了这款“桥式整流”演示电路(见下图)。j它利用发光二极管的单向导电特性,直观地表示电流的流向。

其工作过程是,首先在交流的负半周时交流电源经D1对C1充电,接着在正半周时交流电源与C1上的电压相加经D2对电容器C2充电,充得的电压是电容器C1充电电压的两倍。接下来在负半周时,除了电源经Dl对电容器C1充电之外,交流电源还与C2上的电压叠加经D3对C3、C1充电,C3上的充电电压是C1上的两倍。在正半周时交流电源与C1上的电压叠加,除了经D2对电容器C2充电之外,还与C1、C3上的电压叠加经D4对电容器C4和C2充电,C4上充得的电压是电容器C1上电压的两倍。

  电路工作原理

  IC接成自激多谐振荡电路,其振荡频率由C1和W4控制。IC③脚输出的振荡信号控制BG1和BG2轮流导通,这样A点的电位相对于B点而言,就成了高低相间的交流电。当lC③脚输出低电平时,BG2导通,BG1截止,这样A点为低电平,B点为高电平,电流就通过B→LED2→LED5→LED4→A流动。此时,LED2、LED5、LED4均发光。当IC③脚输出高电位时,BG1导通,BG2截止,A点为高电位,B点为低电位。此时电流经A→LEDI→LED5→LED3→B流动,LED1、LED5、LED3均发光,这样整个电路就模拟完成桥式整流过程。在电路中LED5用来演示桥式整流电路输出端的正负极性。

  元件选择与制作

  IC选用时基电路NE555或HA17555等均可。C1和W1可根据实际情况选定,以满足不同需要。五个发光二极管可选用高亮度的,但LED5最好与其他四个LFD颜色不同。电池可用两个6V的层叠电池。整个电路可装在一块较大的三合板上,五个发光二极管均装在板的正面,并在对应位置上描好桥式整流的电路。值得注意的是,C1的取值应使发光二极管在轮流导通与轮流截止时,具有明显的分辨率,调节Wl,能改变振荡频率,即等效改变交流电的频率。若在A、B两点接上一只电压表,在静态时,使指针指在中间刻线位置。这样,随BGI和BG2的轮流导通,指针能左右摆动,就能更直观地演示出“交流电流的方向是不断改变的。”

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