文章傳送門(mén)

• 前言
• 一、直流(AC)與交流(DC)的區(qū)別
• 二、轉(zhuǎn)換步驟：降壓+整流+濾波+穩(wěn)壓
• 1. 整流：交流電→直流電
• 2. 濾波：濾除脈動(dòng)直流的交流部分
• 3. 穩(wěn)壓：穩(wěn)定到需要的電壓值
• 三、簡(jiǎn)單分辨直流電與交流電

前言

日常生活中用到的都是220V的交流電，在將其轉(zhuǎn)換為直流并且降壓的情況下才能用于日常生活的機(jī)器和設(shè)備。

一、直流(AC)與交流(DC)的區(qū)別

交流(AC)：電流方向隨時(shí)間作周期性變化的為交流電，在一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)行平均值為零。通常波形為正弦波形、角形波、正方形波，交流電可以有效傳輸電力。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電，拿家用的220V電來(lái)說(shuō)，零線的電位是0V，火線因?yàn)闀r(shí)間不同分別對(duì)零線產(chǎn)生加減的相應(yīng)電位，加的時(shí)候電流是一個(gè)方向，減的時(shí)候電流又是一個(gè)方面，這樣就形成了交替變換方向的電流，所以叫做交流電。

直流(DC)：方向會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生改變，但是直流電沒(méi)有周期性變化。

二、轉(zhuǎn)換步驟：降壓+整流+濾波+穩(wěn)壓

1. 整流：交流電→直流電

整流電路是將工頻交流電轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)直流電。

原理：一個(gè)理想的整流器可視為一個(gè)開(kāi)關(guān)，正半周的交流輸入時(shí)，就有電壓輸出，如同開(kāi)關(guān)接通一樣。反之，如果負(fù)半周交流輸入，則無(wú)電壓輸出，也就相當(dāng)于開(kāi)關(guān)切斷一樣。所以當(dāng)正半周的交流輸入，此開(kāi)關(guān)的有效電阻為零。而在負(fù)半周的交流輸入時(shí)，有效電阻為無(wú)窮大。

實(shí)際上整流器不可能這樣理想，但相差不遠(yuǎn)。電子管整流器未導(dǎo)電時(shí)，其電阻極大，此時(shí)的電阻稱為逆向電阻。整流器導(dǎo)電時(shí)，其電阻很小，此時(shí)的電阻為順向(正向)電阻。無(wú)論任何情況，所有的整流器都只允許一個(gè)方向?qū)щ姡朔N特性稱為單向傳導(dǎo)或單向特性?！?二極管有類似特性

分類：半波整流、全波整流、橋式整流。

半波整流

在變壓器后接一個(gè)二極管，由于二極管具有單向?qū)щ娞匦?，所以在一個(gè)周期內(nèi)只有正半波到達(dá)負(fù)載。

但是，半波整流負(fù)半周期被全部舍棄，效率極低。

全波整流

利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個(gè)二極管構(gòu)成的全波整流電路，可以看作由兩個(gè)半波整流構(gòu)成，在正半周期上邊的二極管導(dǎo)通，在負(fù)半周期下邊的二極管導(dǎo)通，負(fù)半周期的波形被翻上。

正半波和負(fù)半波都通過(guò)，變?yōu)檎螂妷海时劝氩ㄕ鞲摺?/p>

橋式整流

單相橋式整流電路是最常用的、最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，開(kāi)關(guān)電源、充電器中使用。橋式整流的關(guān)鍵元器件是整流橋，由四個(gè)二極管構(gòu)成，在半個(gè)周期內(nèi)只導(dǎo)通兩個(gè)二極管，另外兩個(gè)截止，相互交替。

當(dāng)正半周時(shí)，二極管D1、D3導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的正半周。當(dāng)負(fù)半周時(shí)，二極管D2、D4導(dǎo)通，在負(fù)載電阻上得到正弦波的負(fù)半周。在負(fù)載電阻上正、負(fù)半周經(jīng)過(guò)合成，得到的是同一個(gè)方向的單向脈動(dòng)電壓。

效率高、直流電壓波紋小。

2. 濾波：濾除脈動(dòng)直流的交流部分

經(jīng)過(guò)整流電路后，得到了具有波幅的正向電壓，普通電子產(chǎn)品無(wú)法直接使用。需要通過(guò)濾波電路將脈動(dòng)直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。

利用電容器放電和存儲(chǔ)電荷特性把正向的半波電壓變?yōu)槠椒€(wěn)的直流電壓。

把電解電容并在整流后的電源上，并注意電解電容的正極接到電源的正極上，把電解電容的負(fù)極接到電源的負(fù)極上。上圖是由兩個(gè)電容并聯(lián)的濾波電路。

注意：電解電容的耐壓一定要比整流前的交流電壓高根號(hào)2倍以上(二極管反向電壓為兩倍根號(hào)2倍的電容電壓，二極管電流為通過(guò)負(fù)載電流的一半)(整流前電壓→負(fù)載電容耐壓MAX→二極管反向電壓MIN)。例如24V交流電通過(guò)整流橋后，估算得到的濾波電路電壓為24*1.414=33.936≈34V。后通過(guò)7824穩(wěn)壓器(后兩位為穩(wěn)壓的電壓值)穩(wěn)壓得到直流24V。

P.S. 整流橋封裝要會(huì)看DATASHEET，常見(jiàn)型號(hào)如KBJ4005表示通過(guò)電流4A、最大反向耐壓(maximum recurrent peak reverse voltage)50V，KBJ401最大反向電壓100V，KBJ410最大反向耐壓1KV。(均為負(fù)載電壓兩倍)

3. 穩(wěn)壓：穩(wěn)定到需要的電壓值

一方面，交流電的供電電壓是不穩(wěn)定的，因此會(huì)造成整流濾波電路輸出的直流電壓也不穩(wěn)定;另一方面，由于整流濾波電路必然存在內(nèi)阻，當(dāng)負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，輸出電壓也會(huì)受到影響而發(fā)生變化。

穩(wěn)壓電路采用負(fù)反饋技術(shù)，對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)一步進(jìn)行穩(wěn)定。例如：常用的7805穩(wěn)壓器就是穩(wěn)定到直流5V。

穩(wěn)壓電路繁多，有多種分類方式：

按輸出電流的類型分為：直流穩(wěn)壓電路和交流穩(wěn)壓電路。

按穩(wěn)壓電路與負(fù)載的連接方式分為：串聯(lián)穩(wěn)壓電路和并聯(lián)穩(wěn)壓電路。

按調(diào)整管的工作狀態(tài)分為：線性穩(wěn)壓電源和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。

按電路類型分為：簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電源，反饋型穩(wěn)壓電源和帶有放大環(huán)節(jié)的穩(wěn)壓電路。

最簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路

穩(wěn)壓二極管，又叫齊納二極管，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導(dǎo)體器件。在這臨界擊穿點(diǎn)上，反向電阻降低到一個(gè)很小的數(shù)值，在這個(gè)低阻區(qū)盡管流過(guò)二極管的電流變化很大，而其兩端的電壓卻變化極小，并且這種現(xiàn)象的重復(fù)性很好，從而起到穩(wěn)壓作用。因?yàn)檫@種特性，穩(wěn)壓管主要被作為穩(wěn)壓器或電壓基準(zhǔn)元件使用。

其中，Vi為未穩(wěn)壓的輸入直流電壓，V0為經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓的直流電壓，R為Dz的限流保護(hù)電阻，又起電壓調(diào)整作用，DZ為穩(wěn)壓二極管，RL為負(fù)載電阻。

其工作原理是：此電路主要利用穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性，即Dz反向?qū)ê笃鋬啥说膲航祷颈３植蛔儭．?dāng)Vi增大引起R上的電流增大，但V0即DZ兩端的電壓保持恒定不變，這樣Vi的增大量全部降在R上，以保持V0不變，反之亦然。在實(shí)際應(yīng)用中RL的特性和DZ的特性對(duì)整個(gè)穩(wěn)壓過(guò)程起關(guān)鍵作用。

但是，穩(wěn)壓電路的工作范圍受穩(wěn)壓管最大功耗的限制，即Iz不能超過(guò)一定數(shù)值。在Vi、RL及V0均為給定的條件下，R值的選取應(yīng)保證在輸入電壓為最大值Vimax時(shí)，穩(wěn)定電流Iz和穩(wěn)壓管允許的功耗不超過(guò)規(guī)定的最大值;在輸入電壓為最小值時(shí)，又能保證Iz不低于最小的穩(wěn)定電流。

開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路

開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路同樣有多種分類方式：

按輸入電源和輸出電源的類型可分為AC-DC-AC-DC型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路和DC-DC型開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路。

按激勵(lì)方式可分為自勵(lì)式和他勵(lì)式。

按接控制方式分為調(diào)寬式和調(diào)頻式兩種，在實(shí)際的應(yīng)用中，調(diào)寬式使用得較多，在目前開(kāi)發(fā)和使用的開(kāi)關(guān)電源集成電路中，絕大多數(shù)也為脈寬調(diào)制型。

有一個(gè)計(jì)算公式：

對(duì)于單極性矩形脈沖來(lái)說(shuō)，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓Uo可由公式計(jì)算，Uo=Um×T1/T。其中，Um為矩形脈沖最大電壓值;T為矩形脈沖周期;T1為矩形脈沖寬度。

從上式可以看出，當(dāng)Um與T不變時(shí)，直流平均電壓Uo將與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們?cè)O(shè)法使脈沖寬度隨穩(wěn)壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達(dá)到穩(wěn)定電壓的目的。

三、簡(jiǎn)單分辨直流電與交流電

用萬(wàn)用表測(cè)量：如果用直流電壓檔量交流電，萬(wàn)用表沒(méi)有反應(yīng);如果用直流電壓檔量直流電，萬(wàn)用表有正常的指示，那么，紅表筆接的是正極黑表筆接的是負(fù)極;如果紅表筆接的是負(fù)極，黑表筆接的是正極，萬(wàn)用表的指針將反起跑(向左邊移動(dòng))。