桥式整流电容滤波电路输出电压的波形分析

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桥式整流电容滤波电路输出电压的波形分析

（商丘医学高等专科学校，河南商丘　476100）

摘要：为了正确理解桥式整流电容滤波电路输出电压波形的形成, 对几种不同的描述进行对比, 找出在输出电压波形分析

中存在的问题, 利用定量与定性分析相结合的方法, 对疑点进行深入分析，得出脉动直流电对电容器充、放电的规律，并用二极管两端电位的变化率大小判断不同时段其工作状态，确定电容器放电起始时刻, 消除分析中存在的模糊认知。

电容滤波；电容充电；放电；输出电压波形关键词：

李文静

Brid ge rect ifier cap acit or filt er circu it ou t pu t volt age

wavefor m analysis o f comparat ive st u dy

Li W enj i ng

（Shangqi u m edi cal col l ege, Shangqi u, H enanPr ovi nce 　476100）

Abs tr act :In order t o corr ect l y under st and t he bri dge r ect i fi er capaci t or f i l t er ci rcui t out put vol t age

w aveform of t he f orm at i on of s everal di ff erent des cri pt i ons of cont r ast , f i nd out t he out put vol t age w avef or m anal ys i s probl em s, t he use of quant i t at i ve and qual i t at i ve anal ysi s of t he m et hod of com bi ni ng t he doubt ful poi nt s ar e deepl y anal yzed, i t i s concl uded t hat pul sat i ng di rect cur rent for capaci t or chargi ng and di s char gi ng rul e, usi ng di ode ends pot ent i al rat e i n di f ferent t i m e i nt er val s of t he si ze of t he j udge w or ki ng condi t i on, t o det er m i ne t he capaci t or di s charge st art i ng t i m e, el i m i nat e t he anal ysi s of t he exi st i ng fuzzy cogni t i ve.

Keyword s:capaci t or f i l t er ；Capaci t ance chargi ng; D i s char ge ；O ut put vol t age w aveform 整流电路的输出电压波形脉动程度较大，为使输出电压趋于平直，必须进行滤波。在小功率电路中，常采用电容滤波，即在整流电路输出端并联一个电容器C ，负载R L 再并联其后，利用电容器的充、放电作用，使输出电压波形变得较为平直。但对于该电路的输出电压波形形成的分析，很多教材和文献的说法不一，本文通过对比几种说法，针对所存疑点进行深入分析，提出观点，消除模糊认知。

容器充电两次，放电两次，反复循环，使输出电压趋于平直。

D 3状态没有给出描述，可见此种观点，对t 1t 2时段的D 1、

D 3是在t 2时刻D 1、只指出电容开始放电且电压按指数规律下降。

u u 以后才截止，截止原因是此时2

1. 2　第二种说法

D 3导通并对电容器充观点表明，此电路在t 1t 2时段D 1、

u D 3在t 2时刻不D 1、电，但对此时段c 的变化规律没有给出描述。

u 再导电，在t 2t 3时段c 按指数规律下降，直到负半周，电容器再

u 次经过充电、放电过程，输出与正半周时相似的c 波形，即u 0。

1　输出电压波形分析中的几种不同观点

T

a b

d c

u C =uO

V 4

u 1

t

u 2

V 3

V 2

i o

V 1

C

R L

1. 3　第三种说法

t 1t 3时段，u c 按指数规律下降。D 1、D 3在观点表明，电容放电，

t t t 1时刻就开始截止，D 3已处于截止状态。D 1、也即是说12时段，

此观点认为，由于在t 1t 2时段，电容电压按指数规律下降的变化率与副边电压按正弦规律变化的变化率基本相同，可认为此时段u c 按u 2规律下降，只有t 2时刻以后u c 才按指数规律下降。

t 1t 2t 3

　图1（a ）桥式整流电容滤波电路　图1（b ）输出电压波形

在输出电压波形分析的几种不同观点中，为分析方便，都忽略了二极管的正向压降，并设电容器初始电压为零，由于电容器C 与负载R L 并联，即u 0=u c ，可见，分析输出电压波形，就是对u c 波形形成的分析和描述。

2　输出电压波形分析中存在的疑点及解析

2. 1　存在的疑点

对比以上三种说法后，不难发现，对“0t 1时段, u c 按正弦规律上升，与u 2上升一致”以及“t 2时刻以后u c 是按指数规律下降”的观点是一致的，但对于下面三个问题没有明确，更没有给出深入解析，容易引起大家的困惑。

0t 1时段, u c 与u 2上升一致，问题一：即按正弦规律上升,

为什么？

t 1t 2时段电容器到底是充电还是放电？判断充、问题二：

放电的标准是什么？

t 1t 2时段D 到底是导通还是截止？D 的状态对电问题三：

容器充、放电有什么影响？

1. 1　第一种说法

D 3导通，u 2的正半周从零开始上升时，二极管D 1、向负载供0t 1时段, 电的同时向电容C 充电。若忽略二极管的正向压降，

u c 与u 2上升一致，u 2均达到即按正弦规律上升，直到t 1时刻u c 、

u c 按指t 1t 2时段，u 2按正弦规律下降，最大值。电容开始放电，

D 1、D 3反偏而提前截数规律下降。在t 2时刻以后，由于u 2

u 止，电容器通过负载电阻继续放电，c 按放电曲线bc 段下降，直

u D 2、D 4导通，2重新开始给电容充到u 2的负半周，当u 2＞u c 时，

电，工作情况与正半周时相似。在输入正弦电压的一个周期内，电

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电子测试E LE CT RO N IC TE ST 第6期

2013年3月

2. 2　具体解析

第一个问题的提出，主要是对比图2所示电容充、放电电路而引发的思考。

R

1

2K

放电

R

U

充电

u c

图2　电容器充、放电电路

在该电路中，设电容器初始电压为零。电源为稳恒直流电源，开关K 扳向1时构成充电回路，开关K 扳向2时构成放电回路，电容器充电过程中，它两端的电压随时间按指数规律上升，即

t

u =U Ue RC

；电容器放电过程中，它两端的电压随时间按指数c 充

t

规律下降，即u c 放=Ue RC 。

而图1电路中正弦交流电u 2先通过整流输出了含正弦交流成份的脉动直流电，然后对电容器进行充、放电。那么，这种情况下，电容器两端电压的变化有什么规律呢？这需要从电容对正弦输入信号的零状态响应说起。

R i nt

C

u c

R L

A C

v 2C

u c

R L

u 0

图3（a ）整流电路中D 导通时电容充电电路

　　　　　　　　　　　　图3（b ）整流电路中D 截止时电容放电电路

图1所示的整流滤波电路在满足电容的充、放电条件时，充电电路、放电回路分别是图3（a ）（、b ）。为了研究方便，对于图3

a ）电路，设u 2(t ) =U 2sin ω

t (R i nt 包括副边绕组的电阻和二极管D 的正向电阻) 。分析该电路，由K V L 、K C L 定律以及欧姆定律

可得该动态电路的输入/输出微分方程[5]

为

：

（k 为任意常数），在实际电路中有R in 《t R L 及R int ≈0，于是

输出函数的图形最终基本与正弦函数图像一致，即u c ≈

U 2sin ωt 。因此，u 由以上分析看出，

0t 1时段, 电容电压是按正弦规律上升，c 与u 2保持一致。

第一种观点，没有描述t 1t 2时段D 的工作状态，直接给出

电容开始放电的时刻t 1及其指数下降规律；第二种观点，确定了

t 1t 2时段D 的工作状态，但没有描述此时段u c 的变化规律；三种观点，则认为t 1t 第

3时段，电容放电，只不过在t 1t 2时段，电

容电压按指数规律下降的变化率与副边电压按正弦规律下降的

变化率基本相同，所以，t 1t 2期间可认为u c 按正弦规律下降，只

有t 2时刻以后u c 才按指数规律下降。

通过分析对比，可见三种说法中关于t 1t 2作状态及电容放电的起始时刻存有分歧，那么，

t 时段二极管的工

1t 2时段电容器是充电还是放电？D 到底是导通还是截止？D 的工作状态对电容器充、放电有什么影响？若解决这些疑问，就要对二极管的工作状态及电容器放电的起始时刻做出正确的判断，找准判断方法。

理想情况下，可忽略变压器副边电阻及二极管的正向压降

的影响，设R u int ≈0，这样，由于电容两端的电压u c 等于变压器副

边输入电压2，二极管的工作状态及电容放电的起始时刻就不能用二极管两端的电位高低来判断，而应采用二极管两端的电位

的变化率大小来判断[6]

，就是通过比较u 2的变化率与u c 的变化率的大小得出结论，即当二极管正极电位有高于负极电位的趋势，二极管即将导通；当

时，二极管正极电位

有低于负极电位的趋势，二极管即将截止。时，电路对电容器充电，u 因此，当二极管导通

c ≈U 2sin ωt ，按正弦规律下降，反

之，电容器对R L 放电，，按指数规律下降。

由图1（b ）看出，在刚过波形的最高点，即t 2时，

u 2变化率很小，，所以二极管仍然导通，此时电路对电容器继续

充电，u

c

≈U 2sin ωt ，

按正弦规律下降。在下降到的某个点后，u 2变化率增大，当

时，二极管关断，在图1（b ）中即

t 2时刻。t 2时刻以后，电容器对R L 放电，

，按指数

规律下降。

3　结论

在单相桥式整流滤波电路中，电容C 两端的，则u c =u 是直接并联在负载R L

R L =u o ，因此，从以上分析的结果看，若设电

容器初始电压为零，忽略二极管的正向压降，桥式整流电容滤波电路输出电压波形形成应做如下描述，即在0t 1时段, 当u 2的

正半周从零开始上升时，二极管D 1D 3导通，向电容C 充电，u 、向负载供电的同时

c 随u 2按正弦规律上升，u 2均达到最大值；

t 正弦规律下降；1t 在t 2时段，D 1、D 3导通，u 直到t 1时刻u c 、

c 仍然充电且随u 2按2时刻以后，D 1、D 3截止，电容器通过负载电

阻放电，u u c 按放电曲线bc 段下降，直到u 2的负半周，当u 2＞

周时相似。c 时，D 2、D 4导通，u 2重新开始给电容充电，工作情况与正半在输入正弦电压的一个周期内，电容器充电两次，放电两次，反复循环，使输出电压波形趋于平直。

参考文献

[1]　陈武凡主编. 影像电子学基础[M ]. 人民卫生出版

社, 2008.

[2]　朱小芳主编. 影像电子学基础[M ].人民卫生出版

社, 2009.

[3]　童诗白主编. 模拟电子技术基础[M ].高等教育出版

社, 1988.

[4]　华成英, 电容滤波电路及稳压管滤波电路[E B/O L ].

[2010.6]北京:中央广播电视大学

[5]　刘畅. 动态电路对正弦输入的零状态响应[J].硅

谷, 2012(7)

[6]　麻幼学. 全波整流电容滤波电路输出电压波形与电压平均

值公式的讨论[J].肇庆学院学报, 2004, 25(2)

作者简介

李文静，女，1976年出生，河南商丘人，学士，在职研究生，讲师，主要从事有关医学电子方面的教学及研究工作。

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