倍壓整流電路設(shè)計與分析，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)，然后對每個電容上的電壓逐個分析，最后得到輸出電壓。

　　以圖1為例，設(shè)B點為地，變壓器副邊電壓有效值為U2。

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

　　C2上的電壓：u2正半周時不可能通過D2對C2充電，事實上，在u2負(fù)半周，即A點“－”，B點“＋”時，u2和C1上的電壓疊加通過D2對C2充電，如圖中虛線所示，因而進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時，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，若C2已經(jīng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，則將與u2疊加通過D3對C3充電，如圖中點劃線所示，C3上的電壓可達(dá)，極性上正下負(fù)。因此，輸出電壓，可見這是個三倍壓電路。

　　必須指出，三個電容的充電過渡過程是同時發(fā)生的，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，三個二極管均截止。帶上負(fù)載電阻并進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，在u2的各個周期均有各個電容的充放電過程，但各個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現(xiàn)的？

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

　　多倍壓整流電路

　　當(dāng)將幾個由二極管和電容器組成的半波倍壓整流電路作幾級串聯(lián)連接時，交流電壓經(jīng)二極管D1～Dn在每半個周期內(nèi)對電容器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半波倍壓整流電路時幾倍的直流輸出電壓。

　　其工作過程是，首先在交流的負(fù)半周時交流電源經(jīng)D1對C1充電，接著在正半周時交流電源與C1上的電壓相加經(jīng)D2對電容器C2充電，充得的電壓是電容器C1充電電壓的兩倍。接下來在負(fù)半周時，除了電源經(jīng)Dl對電容器C1充電之外，交流電源還與C2上的電壓疊加經(jīng)D3對C3、C1充電，C3上的充電電壓是C1上的兩倍。在正半周時交流電源與C1上的電壓疊加，除了經(jīng)D2對電容器C2充電之外，還與C1、C3上的電壓疊加經(jīng)D4對電容器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數(shù)有關(guān)。圖中串接有三級半波倍壓整流電路，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，對于未人門的學(xué)生來說，初次面對該種電路；不勉會感到過分抽象而難于理解：于是筆者設(shè)計了這款“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腳輸出的振蕩信號控制BG1和BG2輪流導(dǎo)通，這樣A點的電位相對于B點而言，就成了高低相間的交流電。當(dāng)lC③腳輸出低電平時，BG2導(dǎo)通，BG1截止，這樣A點為低電平，B點為高電平，電流就通過B→LED2→LED5→LED4→A流動。此時，LED2、LED5、LED4均發(fā)光。當(dāng)IC③腳輸出高電位時，BG1導(dǎo)通，BG2截止，A點為高電位，B點為低電位。此時電流經(jīng)A→LEDI→LED5→LED3→B流動，LED1、LED5、LED3均發(fā)光，這樣整個電路就模擬完成橋式整流過程。在電路中LED5用來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選用時基電路NE555或HA17555等均可。C1和W1可根據(jù)實際情況選定，以滿足不同需要。五個發(fā)光二極管可選用高亮度的，但LED5最好與其他四個LFD顏色不同。電池可用兩個6V的層疊電池。整個電路可裝在一塊較大的三合板上，五個發(fā)光二極管均裝在板的正面，并在對應(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，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兩點接上一只電壓表，在靜態(tài)時，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，就能更直觀地演示出“交流電流的方向是不斷改變的。”