湖北省大悟县楚才高级中学高中物理5.4整流和滤波竞赛试题讲义.doc

湖北省大悟县楚才高级中学高中物理 5.4整流和滤波竞赛试题 （1）半波整流 如图5-4-1所示电路为半波整流电路，B是电源变压器，D是二极管，R是负载。当变压器输出正弦交流时，波形如图5-4-2甲所示，当＞0时，二极管D正向导通，设正向电阻为零，则。当＜0时，在交流负半周期，二极管处于反向截止状态，，所以R上无电流，，变化如图5-4-2所示。可见R上电压是单方向的，而强度是随时间变化的，称为脉动直流电。 （2）全波整流 全波整流是用二个二极管、分别完成的半波整流实现全波整流，如图5-4-3所示，O为变压器中央抽头，当＞0时，导通，截止，当＜0时截止，导通，所以R上总是有从上向下的单向电流，如图5-4-4所示。 （3）桥式整流 桥式整流电路如图5-4-5所示，当＞0时， 、处于导通状态，、处于反向截止，而当＜0时，、处于导通，、反向截止，流经R的电流总是从上向下的脉动直流电，它与全波整流波形相似。所不同的是，全波整流时，二极管截止时承受反向电压的最大值为，而桥式整流二极管截止时，每一个承受最大反向电压为。 5．4．2、滤波 交流电经整流后成为脉动直流电，其电流强度大小仍随时间变化。为了使脉动电流为比较平稳的直流，需将其中脉动成份滤去，这一过程称为滤波。滤波电 路常见的是电容滤波、电感滤波和型滤波。 图5-4-6为电容滤波电路，电解电容C并联在负载R两端。由于脉动直流可看作是稳恒直流和几个交流电成份叠加而成，因而电容器的隔直流通交流的性质能让脉动直流中的大部分分交流中的大部分流成份通过电容器而滤去。使得R上获得比较平稳的直流电，如图5-4-7所示。 电感线圈具有通直流阻交流的作用，也可以作为滤波元件，如图5-4-8所示电路中L与R串联，电压交流成份的大部分降在电感线圈上，而L的电阻很小，电压的直流成份则大部分降在负载电阻上，因此R上电压、电流都平稳就多，图5-4-9所示。 把电容和电感组合起来，则可以组成滤波效果更好的η型滤波器，如图5-4-9所示。 §5、5 例题 1、氖灯接入频率、电压为120V的交流电路中共10分钟，若氖灯点燃和熄灭电压，试求氖灯的发光时间。 分析: 氖灯发光时电压应为瞬时值，而接入交流电电压120V是为有效值。所以要使氖灯发光，须使交流电电压瞬时值≥。 解: 氖灯管两端电压瞬时值为 其中，由于交流电周期性特点，如图5-4-10所示，在半个周期内氖灯发光时间，则有： 灯点熄和熄灭时刻，有 120=120 则在0～时间内，有 在一个周期T内，氖灯发光时间 所以在10分钟时间内，氖灯发光时间应占通电时间的一半为5分钟。 2、三相交流电的相电压为220V，负载是不对称的纯电阻，，连接如图5-4-11所示，试求：（1）中线电流。（2）线电压。 分析: 有中线时，三相交流三个相变电压的相位彼此差，振幅相同，因负载为纯电阻，三个线电流的相位也应彼此相差，因负载不对称，三个线电流振幅不同，但始终有。 解: （1）有中线时，三个相电压，彼此相差为，表达式为 三个线电流、、为： ，， 则有 中线电流得： 所以中线电流。 （2）线电压、、应振幅相等，最大值皆为，有效值为380V，彼此相差为。 3、如图5-4-12所示的电路中，三个交流电表的示数都相同，电阻器的阻值都是100，求电感线圈L和电容C的大小。 分析: 、、表读数为电流的有效值，而通过电表的瞬时电流应满足：借助于电流旋转矢量关系可求解： 解: 由电流关系有 又三个电表读数相等， 由（1）推知，对应电流旋转矢量关系是 且， 由电路结构可知，超前，滞后于且相位差都小于，由此超前于，且超前量＜，注意，所以合矢量为 ， ， 又：（并联关系） 所以有 电流与端电压间相位差有 所以有 代入（3）式得： 4、某用电区总功率表的读数和总电流表的读数常常是16kW和90A左右，原因是电感性负载增大，总电流相位比总电压相位落后较多造成的，导致功率因素过低，于是在该用电区输入端并联一只电容，结果使该电路的功率因素提高到了0.9，试问并联这一电容规格如何？ 分析: 对于一个交流电路，电路的有功功率为，为电流与电压相差，则称为电路的功率因素，由于电路中感性元件较多，因而电流总比电压落后较大相为，如图5-4-13所示，并联电容C后，电容器支路电流超前电压，使干路电流与U落后相差减小，从而提高功率因素。 解: 原来的有功功率，所以功率因素 设并联电容C，相应旋转矢量由图5-4-14可得 ，代入得 取电容器耐压值为350V，所以应在输入端并联、350V的电容器。 5、如图5-4-15所示电路中，输入电压，直流电源