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四個二極管其實構成了整流橋,整流橋的作用是將交流轉化為直流,但是這裡的直流並不是很平滑的直流,而是脈動直流,脈動直流經過濾波電容之後,仍然帶有一定的波動。
1 整流橋後的脈動直流
交流電具有方向,由於二極管具有單向導電特性,在每半個週期只有兩個二極管是導通的,另外兩個二極管截止。整流橋的電路示意圖如下圖所示。
在交流電的正半週期,圖中的二極管D12和D43導通,而其他兩個二極管截止;在交流電的負半週期,圖中的二極管D32和D41導通,而其餘兩個二極管截止。所以,經過二極管後,交流電的負半週期的波形被翻轉至正半週期,波形變成正半週期的饅頭波,即脈動直流。如下圖所示。
2 濾波後的波形
為了得到較為平滑的直流波形,在整流橋後面加上一個濾波電容來實現功能,利用電容充放電的工作原理可以使波形變得較為平滑,但是仍然帶有非常明顯的紋波。所以,測量的時候仍然具有交流分量。下圖就是濾波後的波形。
濾波後,為了得到較為純淨的直流電,可以再使用降壓穩壓電路來實現,如果壓差不大的話可以使用LDO,如果壓差較大的話可以考慮DC/DC降壓IC,從紋波效果來說,LDO的紋波是好於DC/DC的,因為DC/DC的直流是PWM調製出來的,也會帶有紋波,只是PWM的頻率非常高,紋波比較小。
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根據提問者的描述,為什麼12V交流電經過四個二極管之後,輸出有交流電也有直流電?估計想表達的是為什麼12V交流電經過4個二極管組成的橋式整流電路後,使用萬用表測量,既有交流電壓也有直流電壓。整流是把交流變直流沒錯,但是不要光看字面意思,需要深入瞭解其基本原理就明白了。交流電只經過整流後是直流,但是並不是恆定直流,而是波動的直流電,所以總萬用表測量仍然是有交流分量的。
橋式整流的基本原理
首先要明白橋式整流的基本原理,橋式整流電路的原理如下圖所示,是由4個二極管組成,由二極管的正向導通,反向截止的特性也可以分析的出來,當輸入為正半週期的電壓時,二極管D3和D2導通,D1和D4截止,輸出電壓不變;當輸入電壓為負半週期時,二極管D1和D4導通,D3和D2截止,輸出電壓正好反向(假設為理想二極管,忽略二極管壓降)。
▲橋式整流電路
交流電經過橋式整流電路的波形如下圖所示,可見正半週期電壓波形不變,負半週期電壓波形與x軸反向。所以說12V交流電經過橋式整流後的電壓波形是從0到12V *1.414即0~16.968V之間波動,經過橋式整流後的電壓有效值為0.9U。其電壓週期變化,電流方向不變,屬於波動直流。
▲橋式整流前後波形
總結:橋式整流電路只是將負電壓與x軸翻轉變成正電壓,而正電壓不變,所以橋式整流電路也可以用在直流電路當中作為無極性防反輸入。最後整流出來的波形是波動直流,還是一個波動的電壓,既有交流分量也有直流分量,所以使用萬用表直流檔測量會有直流電壓,而用交流檔測量也會有交流電壓。
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技術閒聊
交流電通過整流二極管整流後還需要進行濾波才可以變為真正的直流電
二極管具有單向導通性,四個二整流二極管可以組成橋式整流電路,可以把雙向的交流單整流為單向的交流電。
正弦波交流電經過橋式整流電路分析
- 交流電為正半波的時候,從藍色箭頭方向經過二極管
- 交流電為負半波的時候,從紅色箭頭方向流過二極管
- 經過橋式整流電路後,正弦波的交流電變為了只有正半波的“交流電”了
有的朋友可能會問,整流只用到了兩個二極管,那另外兩個二極管有什麼用呢?
當接入負載時,電流就需要經過另外的兩個二極管構成迴路。
所以12V正弦波交流電經過四個二極管組成的橋式整流電路輸出波動很大的直流電,我們也可以理解為只有正半波的“交流電”。
脈衝交流電經過橋式整流電路分析
- 脈衝交流電其實就是一個方波交流電,高低電平不斷的變換,並沒有負方向
- 電壓信號為高的時候可以通過二極管,經過四個二極管組成的整流橋後,波形並沒有變化。
12V交流電經過四個二極管整流後還要經過電容濾波才可以變為穩定的直流電
- 電容具有充、放電的特性,我們可以利用電容器進行濾波,把波動很大的直流電變為平滑的直流電。
- 電壓升高的過程,電容吸收電荷,進行充電,把電壓拉低,電壓降低的過程,電容釋放電荷,進行放電,把電壓穩定。
所以經過電容器進行濾波後,可以得到相對較為平穩的直流電。正弦波交流電12V指的是有效值,它的峰值會大於12V,經過四個二極管橋式整流和電容濾波後,直流電壓為1.414倍,得到大約17V的直流電。
題主所說的輸出有直流電又有交流電應該是交流成分的干擾信號
加入濾波電容後,雖然可以把電壓濾得相對平穩,但還會有交流的干擾成分,特別是工作頻率比較高的開關電源。我們還需要加入電感進行濾波。利用電感通直流,隔交流的特性,可以有效的把交流成分的干擾信號濾除。
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電子產品設計方案
12V交流電通過下面的電路進行橋式整流之後,確實是既有交流電也有直流電的信號。
以市電為例,50Hz的信號經過橋式整流,相當於取絕對值,也就是負半周的部分被取反。
輸出的絕對值信號是直流信號,50Hz信號,100Hz信號,150Hz信號...等50Hz信號的高次諧波信號的疊加。
將該絕對值信號用傅里葉級數展開,得到直流和各諧波信號的幅度為:
計算上式的定積分,可以得到,
直流成份的幅度為:
50Hz的n次諧波的幅度為:
當幅度E為12V時,所得的各頻率的信號成份如下,
直流成份: a0=7.64V
50Hz: a1=5.09
100Hz: a2=-1.01
150Hz: a3=0.43
200Hz: a4=-0.24
…
所以,整波得到的絕對值信號實際上是由直流電和各種諧波交流電的疊加,如下圖:
對於電源,我們需要通過電容濾除交流信號,只留下直流分量:
IT自動化交流
凡是交流電經過二極管橋式整流後,還需要配合濾波電路的,才能是平整的直流電。
高端要求的,還可以設置三極管穩壓電子濾波器——例如早期的黑白電視機電源電路。
提問者的基礎知識太匱乏了!