倍壓整流電路設(shè)計(jì)與分析，多倍壓電路原理解析，橋式整流電路經(jīng)典演示

　　倍壓整流電路設(shè)計(jì)和分析：

　　為了得到倍壓整流電路輸出電壓的數(shù)值，首先必須明確電路中的二極管在什么條件下導(dǎo)通和什么條件下截止。為簡(jiǎn)化分析，設(shè)負(fù)載開路且電路已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，然后對(duì)每個(gè)電容上的電壓逐個(gè)分析，最后得到輸出電壓。

　　以圖1為例，設(shè)B點(diǎn)為地，變壓器副邊電壓有效值為U2。

　　C1上的電壓：u2正半周時(shí)，即A點(diǎn)“＋”，B點(diǎn)“－”時(shí)，如圖中實(shí)線所示，電流從A經(jīng)D1向C1充電，穩(wěn)定時(shí)C1上的電壓為，上正下負(fù)。在u2正半周時(shí)D2是否導(dǎo)通，視C2上的電壓而定。

　　C2上的電壓：u2正半周時(shí)不可能通過(guò)D2對(duì)C2充電，事實(shí)上，在u2負(fù)半周，即A點(diǎn)“－”，B點(diǎn)“＋”時(shí)，u2和C1上的電壓疊加通過(guò)D2對(duì)C2充電，如圖中虛線所示，因而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)，C2上的電壓可達(dá)，極性右正左負(fù)。

　　C3上的電壓：u2正半周時(shí)，若C2已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，則將與u2疊加通過(guò)D3對(duì)C3充電，如圖中點(diǎn)劃線所示，C3上的電壓可達(dá)，極性上正下負(fù)。因此，輸出電壓，可見這是個(gè)三倍壓電路。

　　必須指出，三個(gè)電容的充電過(guò)渡過(guò)程是同時(shí)發(fā)生的，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，三個(gè)二極管均截止。帶上負(fù)載電阻并進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，在u2的各個(gè)周期均有各個(gè)電容的充放電過(guò)程，但各個(gè)電容上平均電壓的比例關(guān)系基本不變。

　　多倍壓整流電路是如何實(shí)現(xiàn)的？

　　下圖所示的科克羅夫特-沃爾頓（Cochcroft&Walton）電路是典型的多倍壓整流電路。

　　多倍壓整流電路

　　當(dāng)將幾個(gè)由二極管和電容器組成的半波倍壓整流電路作幾級(jí)串聯(lián)連接時(shí)，交流電壓經(jīng)二極管D1～Dn在每半個(gè)周期內(nèi)對(duì)電容器C1～Cn進(jìn)行串并聯(lián)充放電，用低的交流輸入電壓就可以獲得單級(jí)半波倍壓整流電路時(shí)幾倍的直流輸出電壓。

　　其工作過(guò)程是，首先在交流的負(fù)半周時(shí)交流電源經(jīng)D1對(duì)C1充電，接著在正半周時(shí)交流電源與C1上的電壓相加經(jīng)D2對(duì)電容器C2充電，充得的電壓是電容器C1充電電壓的兩倍。接下來(lái)在負(fù)半周時(shí)，除了電源經(jīng)Dl對(duì)電容器C1充電之外，交流電源還與C2上的電壓疊加經(jīng)D3對(duì)C3、C1充電，C3上的充電電壓是C1上的兩倍。在正半周時(shí)交流電源與C1上的電壓疊加，除了經(jīng)D2對(duì)電容器C2充電之外，還與C1、C3上的電壓疊加經(jīng)D4對(duì)電容器C4和C2充電，C4上充得的電壓是電容器C1上電壓的兩倍。以此類推，可知輸出的直流電壓與半波倍壓整流電路的級(jí)數(shù)有關(guān)。圖中串接有三級(jí)半波倍壓整流電路，C2、C4、C6上的充電電壓均為C1上的充電電壓的兩倍，三個(gè)電容串聯(lián)之后充電電壓為C1上充電電壓的6倍。

　　橋式整流經(jīng)典電路：

　　橋式整流這種基本電路，對(duì)于未人門的學(xué)生來(lái)說(shuō)，初次面對(duì)該種電路；不勉會(huì)感到過(guò)分抽象而難于理解：于是筆者設(shè)計(jì)了這款“橋式整流”演示電路（見下圖）。j它利用發(fā)光二極管的單向?qū)щ娞匦?，直觀地表示電流的流向。

　　電路工作原理

　　IC接成自激多諧振蕩電路，其振蕩頻率由C1和W4控制。IC③腳輸出的振蕩信號(hào)控制BG1和BG2輪流導(dǎo)通，這樣A點(diǎn)的電位相對(duì)于B點(diǎn)而言，就成了高低相間的交流電。當(dāng)lC③腳輸出低電平時(shí)，BG2導(dǎo)通，BG1截止，這樣A點(diǎn)為低電平，B點(diǎn)為高電平，電流就通過(guò)B→LED2→LED5→LED4→A流動(dòng)。此時(shí)，LED2、LED5、LED4均發(fā)光。當(dāng)IC③腳輸出高電位時(shí)，BG1導(dǎo)通，BG2截止，A點(diǎn)為高電位，B點(diǎn)為低電位。此時(shí)電流經(jīng)A→LEDI→LED5→LED3→B流動(dòng)，LED1、LED5、LED3均發(fā)光，這樣整個(gè)電路就模擬完成橋式整流過(guò)程。在電路中LED5用來(lái)演示橋式整流電路輸出端的正負(fù)極性。

　　元件選擇與制作

　　IC選用時(shí)基電路NE555或HA17555等均可。C1和W1可根據(jù)實(shí)際情況選定，以滿足不同需要。五個(gè)發(fā)光二極管可選用高亮度的，但LED5最好與其他四個(gè)LFD顏色不同。電池可用兩個(gè)6V的層疊電池。整個(gè)電路可裝在一塊較大的三合板上，五個(gè)發(fā)光二極管均裝在板的正面，并在對(duì)應(yīng)位置上描好橋式整流的電路。值得注意的是，C1的取值應(yīng)使發(fā)光二極管在輪流導(dǎo)通與輪流截止時(shí)，具有明顯的分辨率，調(diào)節(jié)Wl，能改變振蕩頻率，即等效改變交流電的頻率。若在A、B兩點(diǎn)接上一只電壓表，在靜態(tài)時(shí)，使指針指在中間刻線位置。這樣，隨BGI和BG2的輪流導(dǎo)通，指針能左右擺動(dòng)，就能更直觀地演示出“交流電流的方向是不斷改變的。”