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  • 01几种电灯泡亮度测试 1.小型白炽灯 ▲ 小型白炽灯亮度测试 ▲ 交流电与光前波形交流电与光前波形 ■ 亮度参数 频率: 100Hz 均值:Mean:2.801,MIN=2.133, MAX=3.508, Max-Min=1.375 亮度变化率:ηlight=...

     

    ■ 前言


    前两天,看到头条上有一个有趣的帖子,讨论为什么普通灯泡里通有交流电,电流的大小方向时时刻刻都在改变,而我们看不到灯泡在闪烁?

    这个问题如果我再向自己已经上大学的儿子提出,他会嘲笑这问题太简单了。帖子的作者也大体罗列了两个原因,使得人感觉不到灯泡在闪烁:

    • 原因1::灯泡的亮度变化(闪烁)的频率应该和普通家用交流电的频率(50Hz)相同,由于 人的视觉暂留 效应也不会觉察到灯泡的闪烁。
    • 原因2: 灯泡(白炽灯)的灯丝具有热惯性,虽然交流电的幅值变化所引起的电功率的波动,但反映到灯丝温度上就比较平滑,所以实际上波动较小,人眼不易觉察。

    ▲ 视觉暂留效果

    ▲ 视觉暂留效果

    人类感知灯光闪烁的能力与视觉暂留现象还不完全一致,人们对于灯光闪烁感知的频率远远高于视觉暂留(大约1/15秒钟左右)对应的频率。为了消除闪烁影响,普通胶片电影播放机对每一帧图片要闪烁两次。

    人眼不同部位对于闪烁感知能力也不同。视觉边缘(人眼余光)部分能够感知闪烁的频率比人眼中心位置更高,因此由此侧目能够看到某些闪烁,当正眼看的时候就觉察不出来了。

    由于视觉暂留涉及到人的感知能力,不太容易测量。但是对于普通的灯具发出的光强到底变化大多,变化的频率有多少是可以通过光电传感器测量的。

    SP-45ML光电二极管放大电路及其动态特性 中介绍了一个基于SP-45ML光电管的光强测量电路及其动态特性,它的输出电压与输入光强(光的能量)成线性关系。相应频率大于25kHz,可以用来对于常见到的灯光的光强变化进行的测量。

    ▲ SP-45ML光电二极管放大模块及其光导纤维

    ▲ SP-45ML光电二极管放大模块及其光导纤维

    根据测量结果可以确定常见到的灯具:

    • 光强变化大小到底是多少?
    • 光强变化的频率是到底多少?

     

    01几种电灯泡亮度测试


    下面选择办公室里有的几种灯泡,点亮后使用 光导纤维 将灯光引入 SP-45ML光电二极管放大模块 。使用示波器观察测量模块输出电压波形,反映灯光强度的变化。

    1.小型白炽灯

    白炽灯是由电功率所产生的热能使得灯泡内钨丝达到高温后发射出热辐射。热辐射的大小和频谱与灯丝温度有关系。在平稳状态下,输入电功率与辐射能力(保安热传导耗散能量)保持平衡。灯泡消耗的热能量与输入电压幅值,灯丝(热)电阻都有关系。

    ▲ 小型白炽灯的亮度测试

    ▲ 小型白炽灯的亮度测试

    下图显示了灯泡的光强信号(蓝色)和施加电压信号(橙色,经过变压器降压耦合后的波形)。 可以看到白炽灯的光强变化的频率是输入交流电压频率的两倍(100Hz)。

    ▲ 交流电与光强波形

    ▲ 交流电与光强波形

    由于灯丝的热惯性,所以发射的光强是在一定范围内波动,波形呈现为正弦波。波动的范围是光强平均值的50%左右。下面是具体的测量数据。

    ■ 亮度参数

    • 频率: 100Hz
    • 均值:Mean:2.801,MIN=2.133, MAX=3.508, Max-Min=1.375
    • 亮度变化率:ηlight=maxminmean=1.3752.801×100%=49.2%\eta _{light} = {{\max - \min } \over {mean}} = {{1.375} \over {2.801}} \times 100\% = 49.2\%

    2.LED灯

    下面是另外一个白色LED灯。外观与一只白炽灯泡相类似,内部包括有交流转直流和LED驱动电路、LED灯盘封装在一起。

    ▲ LED灯

    ▲ LED灯

    测量到的光强(蓝色)信号基本上是恒定。不随着交流电压的变化而改变。我们知道 LED光强与流过的电流成正比 ,这类灯泡内驱动 LED电路往往具有恒流功能 ,所以整体光强较为恒定。

    ▲ 交流电与光强曲线

    ▲ 交流电与光强曲线

    为了提高效率,LED驱动电路采用PWM驱动。所以如果放大光强信号,可以看到LED灯光强呈现高频波动的情况,频率大约为10kHz。光强的变化频率很高。远远超过人类能够感知的频域范围。

    ▲ LED灯亮度高频波动

    ▲ LED灯亮度高频波动

    具体测量光强波动的范围,大约是36%左右。

    ■ 亮度波动参数

    • 平均值: mean=0.5648
    • MIN=0.46575, MAX=0.672, MAX-MIN=0.20625
    • 亮度波动:
      ηlight=maxminmean=0.206250.56484×100%=36.5%\eta _{light} = {{\max - \min } \over {mean}} = {{0.20625} \over {0.56484}} \times 100\% = 36.5\%

    3.小型日光灯

    这是办公室中另外一个小型日光灯。它的内部安装有电子镇流器,所产生的高压脉冲能够激发日光灯管点亮。

    ▲ 小型日光灯的光强变化

    ▲ 小型日光灯的光强变化

    下图显示了小型日光灯的亮度变化。可以看到它的亮度变化幅度很小,频率是100Hz。从亮度曲线上来看基板上是全波整流,电容滤波之后带动负载的电压波形。

    这说明在小型日光灯内的电子镇流器没有对全波整流之后的直流电压进行稳压,而且滤波电容的容值相对较小。

    ▲ 日光灯光强

    ▲ 日光灯光强

    下面是具体亮度变化数值。亮度变化幅值大约为21%左右。

    • 平均值: mean=2.043
    • MIN=1.805, MAX=2.242, MAX-MIN=0.4375
    • 亮度波动:
      ηlight=maxminmean=0.43752.043×100%=21.4%\eta _{light} = {{\max - \min } \over {mean}} = {{0.4375} \over {2.043}} \times 100\% = 21.4\%

    4.普通日光灯

    现在办公室中还是用着普通的日光灯。这种光源在1934年被发明以来仍然被广泛使用。

    虽然灯管在屋顶,借助于长长的光导纤维很容易将灯光引入光强测量模块。

    ▲ 普通的日光灯管

    ▲ 普通的日光灯管

    下图显示了普通的日光灯的光强随着输入电压的变化的情况。和前面白炽灯相比,日光灯光强波动也是100Hz,但波动的波形不一样。白炽灯由于是灯丝的热惯性,所以光强波动呈现出正弦波动曲线。日光灯的光强实际上利用了荧光粉的余辉现象,光强并没有随着电压降低下降到0。当电压重新升高,所激发出的紫外线超过余辉强度后,光强立即上升,此时并没有热惯性,所以光强由弱变强非常快。

    ▲ 普通日光灯光强变化

    ▲ 普通日光灯光强变化

    通过对光强数值分析,可以看到日光灯的光强变化范围很大。光强变化与平均值相比接近90%!

    日光灯光强变化这么大,为什么平时觉察不到呢?主要原因还是因为变化频率(100Hz)超出了人眼感知的范围)。不过据说某些人可以利用眼的余光能够还是能够感知到这100Hz的闪烁。

    • 平均值: mean=0.4426
    • MIN=0.2112, MAX=0.6019, MAX-MIN=0.3906
    • 亮度波动:
      ηlight=maxminmean=0.39060.4426×100%=88.3%\eta _{light} = {{\max - \min } \over {mean}} = {{0.3906} \over {0.4426}} \times 100\% = 88.3\%

    5.小型卤素灯泡

    下面是在实验台上对于样品拍照时补光用的小型卤素灯泡,本质上也是白炽灯,只是内部增加了卤素气体来延长灯泡的使用寿命。

    ▲ 小型卤素灯泡

    ▲ 小型卤素灯泡

    下面是该灯泡强度变化(蓝色),相比于前面白炽灯,它的光强变化更小。大约只有20%左右。
    ▲ 小型卤素灯的亮度变化

    ▲ 小型卤素灯的亮度变化

    • 平均值: mean=3.899
    • MIN=3.485, MAX=4.329, MAX-MIN=0.844
    • 亮度波动:
      ηlight=maxminmean=0.8443.899×100%=21.6%\eta _{light} = {{\max - \min } \over {mean}} = {{0.844} \over {3.899}} \times 100\% = 21.6\%

    6.半波整流后的白炽灯

    由于白炽灯消耗的电能与输入电压的平方成正比,所以它的亮度变化是输入交流电频率的两倍。如果使用二极管将输入交流电进行半波整流,那么灯泡的亮度变化就应该与输入交流电的频率一致了。

    ▲ 半波整流对白炽灯供电

    ▲ 半波整流对白炽灯供电

    下图显示了交流电经过一支二极管之后施加在白炽灯上,灯泡亮度的变化。 亮度变化与输入电压的频率一致,都是50Hz。同时亮度变化幅值也大大增加了,亮度变化之与平均值的比值达到了150%左右。

    ▲ 半波整流后的白炽灯亮度

    ▲ 半波整流后的白炽灯亮度

    • 平均值: mean=2.241
    • MIN=1.0162, MAX=3.4912, MAX-MIN=3.375
    • 亮度波动:
      ηlight=maxminmean=3.3752.241×100%=150.6%\eta _{light} = {{\max - \min } \over {mean}} = {{3.375} \over {2.241}} \times 100\% =150.6\%

    如果现场观察经过经过半波整流后驱动的白炽灯,实际上是可以感知到它在闪烁的。

     

    ※ 结论


    通过简单的SP-45ML光电二极管测量普通的灯具光强的亮度变化,可以看到有几种不同的情况:

    • 普通的白炽灯亮度会发生20% ~ 50% 的变化,变化曲线呈现正弦波动,频率是100Hz。
    • 普通的日光灯亮度变化有90%左右,呈现全波整流波形,频率是100Hz.
    • 带有电子整流器的日光灯,亮度变化较小,大约20%,变化曲线呈现全波整流,电容滤波的波形。频率是100Hz。
    • 白色LED等,强度变化频率大约是10kHz,亮度波动范围35%。

    在国内,交流电频率为50Hz,普通灯具的光强频率都会超过100Hz,人眼不会感知到灯光闪烁。

    在有的时候,普通的日光灯如果一端的灯丝损耗较大,使得发射电子的能力远远低于另外一端,此时日光灯的就具有类似二极管整流的特性。此时灯光闪烁频率就是50Hz。很多人就会感觉到灯光在闪烁。

    如果你感觉到头上的日光灯闪烁了,是时候该更换一只新的灯管了。

     
    ■ 相关文献链接:

    #!/usr/local/bin/python
    # -*- coding: gbk -*-
    #============================================================
    # TEST2.PY                     -- by Dr. ZhuoQing 2020-09-10
    #
    # Note:
    #============================================================
    from headm import *
    from tsmodule.tsvisa        import *
    ds6104open()
    x,y1,y2 = ds6104readcal(1,2)
    y2 = [c/30 for c in y2]
    tspsave('measure', x=x,y1=y1, y2=y2)
    plt.plot(x, y1, label='Intensity')
    plt.plot(x, y2, label='AC')
    plt.xlabel('Time(s)')
    plt.ylabel('Voltage(V)')
    plt.axis([min(x), max(x), -1, 5])
    plt.grid(True)
    plt.legend(loc='upper right')
    plt.tight_layout()
    plt.show()
    #------------------------------------------------------------
    #        END OF FILE : TEST2.PY
    #============================================================
    
    #!/usr/local/bin/python
    # -*- coding: gbk -*-
    #============================================================
    # MEAS.PY                      -- by Dr. ZhuoQing 2020-09-10
    #
    # Note:
    #============================================================
    from headm import *
    from tsmodule.tsdraw        import *
    x, y1, y2 = tspload('measure', 'x', 'y1', 'y2')
    printf(mean(y1), min(y1), max(y1), max(y1) - min(y1))
    pltgif = PlotGIF()
    datalen = len(x)
    pltlen = int(datalen * 0.7)
    plotstep = 50
    pltdelta = datalen - pltlen
    for i in range(plotstep):
        startid = int(pltdelta * i / plotstep)
        endid = startid + pltlen
        plt.clf()
        plt.plot(x[startid:endid], y1[startid:endid])
        plt.plot(x[startid:endid], y2[startid:endid])
        plt.xlabel("Time(s)")
        plt.ylabel("Intensity")
        plt.axis([min(x[startid:endid]), max(x[startid:endid]), -1, 5])
        plt.grid(True)
        plt.tight_layout()
        plt.draw()
        plt.pause(.001)
        if i > 0:
            pltgif.append(plt)
    pltgif.save(r'd:\temp\1.gif')
    printf('\a')
    #------------------------------------------------------------
    #        END OF FILE : MEAS.PY
    #============================================================
    
    展开全文
  • 闭环调节脉宽调制(PWM)逆变电源在各种类型的交流供电系统中得到了广泛应用,例如:不间断电源(UPS),电压调节器(AVR)...另外,上述几种瞬时反馈控制方法,从自身控制原理上讲仍存在不足之处,也妨碍了它们
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  • 失真类型:谐波失真、互调失真、瞬态失真。声失真主要是交流接口失真。按性质分,非线性失真和线性失真。  线性失真是指信号频率分量间幅度和相位关系变化,仅出现波形的幅度及相位失真,这种失真特点...
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  • STM32 测量交流电压方法

    万次阅读 热门讨论 2019-05-19 15:14:22
    关于STM32测量交流电的方法. 关于交流电压测量的难点以下点:1.电压过大,比如市电220V,2.交流电和直流电区别很大,例如值一直在变不稳定.3.交流电压存在负值,STM32 的AD模块没法测量.4.STM32读取的电压值是...

    关于STM32测量交流电的一种方法.

    关于交流电压测量的难点有以下几点:1.电压过大,比如市电220V,2.交流电和直流电区别很大,例如值一直在变不稳定.3.交流电压存在负值,STM32 的AD模块没法测量.4.STM32读取的电压值是瞬时值和交流电的有效值还要转换.

    针对以上几点:可以采取合适的硬件设计和算法设计解决.采用电流互感器将电压从高变低,采用直流电压叠加的方式将整体的交流波形抬升,抬升到最低都大于零.至于读取到的数值采用均方根的算法算出交流有效值.另外还要注意一点是采样周期的设置.

    电路设计:

    出自https://wenku.baidu.com/view/7afdd93bb9f3f90f77c61bee.html

    这个硬件电路设计很完善.还有一种:

     

    第二种电路结构更简单,但是运放采用的是用于测量交流信号的MCP6292.

    两种设计的思路大致相同,都是互感器降压,降压信号放大,直流叠加,然后测量.

    下面是对交流电压有效值算法的数学推导,(这里我用的是和交流电压相似的一个物理量,可以理解成交流电压的有效值算法)

     

    针对第二种电路图程序如下:

    取一百个点测算变压器二次端的电压有效值然后根据放大倍数和变压器的比率算出实际接入电压的有效值.

    注意转换时间要短.Uac的值除以放大倍数(4),就是接在160Ω电阻的电压,再除以160就是流过电流互感器两边的电流,乘以300K就是接入的交流电压有效值.

     

            void  Adc_Init(void)
    { 	
    	ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure; 
    	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
    	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1	, ENABLE );	 
     
    
    	RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);                      
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;		
    	GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);	
    
    	ADC_DeInit(ADC1);  
    
    	ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
    	ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;	
    	ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;	
    	ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;	
    	ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;	
    	ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);	
    	ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);	
    	ADC_ResetCalibration(ADC1);	
    	 
    	while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));	
    	
    	ADC_StartCalibration(ADC1);	
     
    	while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));	
     
    
    
    }				  
    
    u16 Get_Adc(u8 ch)   
    {
      	
    	ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_13Cycles5 );	 			    
      
    	ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);		
    	 
    	while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));
    
    	return ADC_GetConversionValue(ADC1);	
    }
    
    u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
    {
    	u32 temp_val=0;
    	u8 t;
    	for(t=0;t<times;t++)
    	{
    		temp_val+=Get_Adc(ch);
    		delay_ms(5);
    	}
    	return temp_val/times;
    } 	 
    
    
    
    
                    int main() 
                   {
                    for(j=0;j<100;j++)
    		{
    				adcx=Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,1);
    				Num[j] = (float)adcx*(3.3/4096)-1.24;
    				u1+=Num[j]*Num[j];
    				
    		}
    			u1 = sqrt(u1/100);
    		temp = u1*468.75;
    		LCD_ShowxNum(172,192,temp,3,24,0);
                  }

     

     

     

    展开全文
  • (1)多路信息传输系统故障故障诊断 1)了解该车型汽车多路传输系统特点,包括传输介质、几种子网系统及汽车多路信息传输系统结构形式等。 2)汽车多路信息传输系统功能,包括有无唤醒功能和休眠功能等。...
  • 常见逆变器很多,现以我本人意见把它分为以下类:一是按电路形式,可以分为工频变压器“工频逆变器”,和是无工频变压器高频逆变器。二是按输出波形区分,方波/准正弦波梯形波,也纯...

    大家好,[大笑]众所周知,从交流变成直流叫“整流”,那么从直流变成交流则叫“逆变”,而这种电器,则叫逆变器。

    常见的逆变器有很多种,现以我本人的意见把它分为以下几类:一是按电路形式,可以分为有工频变压器的“工频逆变器”,和是无工频变压器的高频逆变器。二是按输出波形区分,有方波/准正弦波的,有梯形波的,也有纯正弦波的。当然了,工频逆变器有正弦波的,也有方波的,也有梯形波;同样,高频逆变器也可以做出来这三种波形。

    工频逆变器的优点与不足:工频逆变器的稳定性高,抗冲击能力/过载能力强,电磁干扰小,一般用于医疗、军事等专业场合。美中不足是空载功耗较大,轻载效率略低,体积大且笨重,成本略高。当然了,铜铁也能保值。

    高频逆变器则刚好相反:它的空载功耗较小,电池可以低压也能出大功率,体积小重量轻,可以很小体积也能出很大功率 。但是它的稳定性比较差,故障率较高,且电磁干扰严重,抗冲击能力很弱,一般用于低成本且对电源要求不高的民用级场合。

    再来说说波形的问题。市电是正弦波,它的正负极是以正弦的规律变化的,所以才叫正弦交流电。自然,它的变化过程是很“优美、柔和”的。更重要一点是,它的正负变化是连续的,大小是慢慢变化的。而方波逆变器,它的正负变化,是呈通/断变化的,所以没有正弦波的大小变化的特性。梯形波是用许多个不同电压的方波叠加,可以认为是比较粗略的正弦形式,但是电路比较复杂,实用的不多见。特别是我们现在的正弦波逆变器,大多采用的SPWM技术,本质上就是多个方波叠加起来,用电感和电容过滤平滑后,形成的完美的正弦波。

    对于初学者而言,做高频式逆变器的意义不大,且难度极高,原因有如下一些:1是DC-DC的难度本身就非常大,我近30年的电子爱好者,就没见过哪本著作把推挽电路讲透彻了的,推挽电路极易产生不平衡性和尖峰,动不动炸管的事层出不穷。而工频式正弦逆变器直接跳过了这个环节,元件减少,可靠性增加。2是高压H桥非常难调试,母线高压有280-350V的高压电,制作者本身就怕被电到,除了一装就成的电路,可能碰几下就被电几回。或者装好后,有小问题没发现或注意,一通电就炸管了,根本找不到问题的根源,甚至没有反应过来就见到一阵妖烟。3是在中小功率的条件下,二者的成本相差并不是大,相反,算上制作调试时间,工频更省事。况且很多电器是启动功率大,正常工作功率小,如果是高频逆变器则要做的非常大功率才行。而工频的,可以做到额定功率并不大,但能把3-5秒的功率做到很大,来启动冰箱等不好启动的电器。甚至做好热保护,可以超载100%-300%工作0.1-5分钟,因为场效应管的电流都非常大,过载能力本身就足够。[灵光一闪]

    综上所述,我们自己动手做一台工频式的纯正弦波逆变器,在恶劣天气或其他意外停电后,供风扇、冰箱,电视,笔记本等中小功率的生活必备电器使用,顺便学习一下相关的知识,还是非常不错且实用的一项业务文体活动。[得意]

    正弦波逆变器,无论是高频还是工频,输出电路用推挽拓扑几乎是做不成的,因为推挽电路是交替工作,在停止的时候,电感没有续流回路(想想通断一下继电器线圈就能把人电一下,但加个续流二极管就没事了,就明白了)会产生尖峰,开关管会非常热,严重影响效率且功率大了或工作电压高了会直接击穿开关管。所以,正弦波逆变器的输出都是桥式的。半桥式的需要正负电源供电,用的不多,我们一般都是用全桥式的,俗称H桥。

    很多朋友对纯正弦波逆变器是既爱又恨[我想静静],爱的是它的优良性能和战胜困难后的喜悦,[酷拽]恨的是它真的很复杂[震惊]。而且想要各种功能都做到位,就需要更多的运用经验和电路知识。好在现在单片机的性能非常优秀,过去很多的复杂电路,可以用软件生成,再配以相关的模拟电路,可以用非常少的元件,来做出来控制板,配上升压工频变压器,并上个安规电容,装上机壳,就是一台优质的电源了[灵光一闪]。下面,我们先从整机的方框图来说起。

    4741bbc5419ce320b31f06e67b361474.png

    整机方框图

    Q1/Q2、Q3/Q4组成的逆变桥,它由驱动芯片IR2110等驱动(因为上臂Q1,Q3没有共地,所以必须有驱动芯片)驱动波形由主芯片决定,然后由它们产生的大电流信号,去推动变压器T1的右边绕组,并在左边绕组上产生220V50HZ的正弦波交流电,经C1进一步滤波后,一路输出给家电,另一路反馈给主芯片来稳压。因为电池的电压是变化的,不稳压的话输出电压变化很大。而且变压器有电阻,不同功率的变压器不一样,还有就是匝比,也会影响到输出电压的大小。有了反馈后,只要变压器的参数在一个非常大的允许范围内,都可以输出稳定的220V电压。

    好了,我们先说到这里,下期再来讲详细的原理图。看个这个方框图,是不是觉得非常简单……欢迎各位提问互动,说的不对的地方也请在评论区批评指正[来看我]

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    在整流电路输出的电压是单向脉动性电压,不能直接给电子电路使用。所以要对输出的电压进行滤波, 消除电压中的交流成分,成为直流电后给电子电路使用。在滤波电路中,主要使用对交流电有特殊阻抗特性的器件,如:电容器、电感器。本文对其各种形式的滤波电路进行分析。

    一、滤波电路种类

    滤波电路主要有下列几种:电容滤波电路,这是最基本的滤波电路;π 型 RC 滤波电路;π 型 LC 滤波电路;电子滤波器电路。

    二、滤波原理

    1. 单向脉动性直流电压的特点

    如图 1(a)所示。是单向脉动性直流电压波形,从图中可以看出,电压的方向性无论在何时都是一致的, 但在电压幅度上是波动的,就是在时间轴上,电压呈现出周期性的变化,所以是脉动性的。

    但根据波形分解原理可知,这一电压可以分解一个直流电压和一组频率不同的交流电压,如图 1(b)所示。在图 1(b)中,虚线部分是单向脉动性直流电压 U。中的直流成分,实线部分是 UO 中的交流成分。

    1. 电容滤波原理

    根据以上的分析,由于单向脉动性直流电压可分解成交流和直流两部分。在电源电路的滤波电路中,利用电容器的“隔直通交”的特性和储能特性,或者利用电感“隔交通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。图 2 所示是电容滤波原理图。

    图 2(a)为整流电路的输出电路。交流电压经整流电路之后输出的是单向脉动性直流电,即电路中的 UO。

    图 2(b)为电容滤波电路。由于电容 C1 对直流电相当于开路,这样整流电路输出的直流电压不能通过C1 到地,只有加到负载 RL 图为 RL 上。对于整流电路输出的交流成分, 因 C1 容量较大, 容抗较小,交流成分通过 C1 流到地端,而不能加到负载 RL。这样,通过电容 C1 的滤波, 从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压 +U。

    滤波电容 C1 的容量越大,对交流成分的容抗越小,使残留在负载 RL 上的交流成分越小,滤波效果就越好。

    1. 电感滤波原理

    图 3 所示是电感滤波原理图。由于电感 L1 对直流电相当于通路,这样整流电路输出的直流电压直接加到负载 RL 上。

    对于整流电路输出的交流成分,因 L1 电感量较大,感抗较大,对交流成分产生很大的阻碍作用,阻止了交流电通过 C1 流到加到负载 RL。这样,通过电感 L1 的滤波,从单向脉动性直流电中取出了所需要的直流电压 +U。

    滤波电感 L1 的电感量越大,对交流成分的感抗越大,使残留在负载 RL 上的交流成分越小,滤波效果就越好,但直流电阻也会增大。

    三、π 型 RC滤波电路识图方法

    图 4 所示是 π 型 RC 滤波电路。电路中的 C1、C2 和 C3 是 3 只滤波电容,R1 和 R2 是滤波电阻,C1、R1 和C2 构成第一节 π 型的 RC 滤波电路, C2、R2 和 C3 构成 第二节 π 型 RC 滤波电路。由于这种滤波电路的形式如同希腊字母 π 和采用了电阻器、电容器,所以称为 π 型 RC 滤波电路。

    π 型 RC 滤波电路原理如下:

    (1)这一电路的滤波原理是:从整流电路输出的电压首先经过 C1 的滤波,将大部分的交流成分滤除,然后再加到由 R1 和 C2 构成的滤波电路中。C2 的容抗与 R1 构成一个分压电路,因 C2 的容抗很小,所以对交流成分的分压衰减量很大,达到滤波目的。对于直流电而言,由于 C2 具有隔直作用,所以 R1 和 C2 分压电路对直流不存在分压衰减的作用,这样直流电压通过 R1 输出。

    (2)在 R1 大小不变时,加大 C2 的容量可以提高滤波效果,在 C2 容量大小不变时,加大 R1 的阻值可以提高滤波效果。但是,滤波电阻 R1 的阻值不能太大,因为流过负载的直流电流要流过 R1,在 R1 上会产生直流压降,使直流输出电压 Uo2 减小。R1 的阻值越大,或流过负载的电流越大时,在 R1 上的压降越大,使直流输出电压越低。

    (3)C1 是第一节滤波电容,加大容量可以提高滤波效果。但是 C1 太大后,在开机时对 C1 的充电时间很长,这一充电电流是流过整流二极管的,当充电电流太大、时间太长时,会损坏整流二极管。所以采用这种 π 型 RC 滤波电路可以使 C1 容量较小,通过合理设计 R1 和 C2 的值来进一步提高滤波效果。

    (4)这一滤波电路中共有 3 个直流电压输出端,分别输出 Uo1、 Uo2 和 Uo3 三组直流电压。其中, Uo1 只经过电容 C1 滤波;Uo2 则经过了 C1、 R1 和 C2 电路的滤波,所以滤波效果更好, Uo2 中的交流成分更小;Uo3 则经过了 2 节滤波电路的滤波,滤波效果最好,所以 Uo3 中的交流成分最少。

    (5)3 个直流输出电压的大小是不同的。Uo1 电压最高,一般这一电压直接加到功率放大器电路,或加到需要直流工作电压最高、工作电流最大的电路中;Uo2 电压稍低,这是因为电阻 R1 对直流电压存在电压降;Uo3 电压最低,这一电压一般供给前级电路作为直流工作电压,因为前级电路的直流工作电压比较低,且要求直流工作电压中的交流成分少。

    四、π型 LC滤波电路识图方法

    图 5 所示是 π 型 LC 滤波电路。π 型 LC 滤波电路与 π 型 RC 滤波电路基本相同。这一电路只是将滤波电阻换成滤波电感,因为滤波电阻对直流电和交流电存在相同的电阻,而滤波电感对交流电感抗大,对直流电的电阻小,这样既能提高滤波效果,又不会降低直流输出电压。

    在图 5 的电路中,整流电路输出的单向脉动性直流电压先经电容 C1 滤波,去掉大部分交流成分,然后再加到 L1 和 C2 滤波电路中。

    对于交流成分而言, L1 对它的感抗很大,这样在 L1 上的交流电压降大,加到负载上的交流成分小。

    对直流电而言, 由于 L1 不呈现感抗, 相当于通路,同时滤波电感采用的线径较粗,直流电阻很小,这样对直流电压基本上没有电压降,所以直流输出电压比较高,这是采用电感滤波器的主要优点。

    五、电子滤波器识图方法

    1. 电子滤波器

    图 6 所示是电子滤波器。电路中的 VT1 是三极管,起到滤波管作用, C1 是 VT1 的基极滤波电容,R1 是 VT1 的基极偏置电阻,RL 是这一滤波电路的负载,C2 是输出电压的滤波电容。

    电子滤波电路工作原理如下:

    ①电路中的 VT1、 R1、 C1 组成电子滤波器电路,这一电路相当于一 只容量为 C1×β1 大小电容器,β1 为 VT1 的电流放大倍数,而晶体管的电流放大倍数比较大,所以等效电容量很大,可见电子滤波器的滤波性能是很好的。等效电路如图 6(b)所示。图中 C 为等效电容。

    ②电路中的 R1 和 C1 构成一节 RC 滤波电路, R1 一方面为 VT1 提供基极偏置电流,同时也是滤波电阻。由于流过 R1 的电流是 VT1 的基极偏置电流,这一电流很小, R1 的阻值可以取得比较大,这样 R1 和 C1 的滤 波效果就很好,使 VT1 基极上直流电压中的交流成分很少。由于发射极电压具有跟随基极电压的特性,这样 VT1 发射极输出电压中交流成分也很少,达到滤波的目的。

    ③在电子滤波器中,滤波主要是靠 R1 和 C1 实现的,这也是 RC 滤波电路,但与前面介绍的 RC 滤波电路是不同的。在这一电路中流过负载的直流电流是 VT1 的发射极电流,流过滤波电阻 R1 的电流是 VT1 基极电流,基极电流很小,所以可以使滤波电阻 R1 的阻值设得很大(滤波效果好),但不会使直流输出电压下降很多。

    ④电路中的 R1 的阻值大小决定了 VT1 的基极电流大小,从而决定了 VT1 集电极与发射极之间的管压降,也就决定了 VT1 发射极输出直流电压大小,所以改变 R1 的大小,可以调整直流输出电压 +V 的大小。

    1. 电子稳压滤波器

    图 7 所示是另一种电子稳压滤波器,与前一种电路相比,在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1。电子稳压原理如下:

    在 VT1 基极与地端之间接入了稳压二极管 VD1 后,输入电压经 R1 使稳压二极管 VD1 处于反向偏置状态,此时 VD1 的稳压特性使 VT1 管的基极电压稳定,这样 VT1 发射极输出的直流电压也比较稳定。注意:这一电压的稳定特性是由于 VD1 的稳压特性决定的,与电子滤波器电路本身没有关系。

    R1 同时还是 VD1 的限流保护电阻。在加入稳压二极管 VD1 后,改变 R1 的大小不能改变 VT1 发射极输出电压大小,由于 VT1 的发射结存在 PN 结电压降,所以发射极输出电压比 VD1 的稳压值略小。

    C1、 R1 与 VT1 同样组成电子滤波器电路,起到滤波作用。

    在有些场合下,为了进一步提高滤波效果,可采用双管电子滤波器电路,2 只电子滤波管构成了复合管电路。这样总的电流放大倍数为各管电流放大倍数之积,显然可以提高滤波效果。

    六、电源滤波电路识图小结

    关于电源滤波电路分析主要注意以下几点:

    (1)分析滤波电容工作原理时,主要利用电容器的“隔直通交”特性,或是充电与放电特性,即整流电路输出单向脉动性直流电压时对滤波电容充电,当没有单向脉动性直流电压输出时,滤波电容对负载放电。

    (2)分析滤波电感工作原理时,主要是认识电感器对直流电的电阻很小、无感抗作用,而对交流电存在感抗。

    (3)进行电子滤波器电路分析时,要知道电子滤波管基极上的电容是滤波的关键元件。另外,要进行直流电路的分析,电子滤波管有基极电流和集电极、发射极电流,流过负载的电流是电子滤波管的发射极电流,改变基极电流大小可以调节电子滤波管集电极与发射极之间的管压降,从而改变电子滤波器输出的直流电压大小。

    (4)电子滤波器本身没有稳压功能,但加入稳压二极管之后可以使输出的直流电压比较稳定。

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