實驗二 整流濾波
一、實驗目的
學習將交流電源經由半波或全波整流成直流電源，並學習濾波及各項漣波之 計算
二、相關原理
半波整流如圖 2-1
2
V
pDC AVG
V V
圖 2-1 半波整流
(1)
其中
V
p
2V
e f f (2)
V
DC
0.318*V
P
0.318* 2V
e f f
0.45V
e f f (3) 例:交流 12v 電壓經過半波整流後以直流電壓表量測時電壓為多少?解:
直流電壓=12*0.45=5.4v 漣波因數(Ripple factor):
(4)
: ) (rms
V
R 漣波之均方根值(有效值)P P
P
DC
V V
t td V
V
sin 0.3182 1
0
% ) 100
%
(
DC R
V rms
V
(5)
(6)
(7) 全波整流如圖 2-2 所示
圖 2-2 全波整流
(8)
(9)
(10)
濾波
由於整流後之 DC 電壓具有甚大之漣波，為使輸出電壓之漣波降低，利用電容可 充放電之特性，使輸出漣波降低之動作稱為濾波，在信號處理方面也汎指輸入經 濾波後取出或隔離特定頻率之信號。此處之濾波指濾掉交流成份，使輸出電壓更 穩定。
) (p p
V
R VDC圖 2-3 (a)半波整流濾波 (b)全波整流濾波
半波濾波及漣波電壓計算:
% 121
% 318 100
. 0
385 .
% 0 100
%
385 . 0 )
( 2 ) (
2 , 2 sin
1
) (
2 1 2 2 2
/ 2 1 2 ) (
2 1
0
2 2 )
(
P P DC
rms R
P P
P DC
rms rms
R
P P
rms
V V V
V
V V V V
V V
t V td V
V
% 4 . 48
% 637 100
. 0
308 .
% 0 100
%
308 . 2 0
2 637
. 2 0
) (
12 2 2
12 2 2 ) (
P P DC
rms R
P P
P DC
rms rms
R
P P
DC
V V V
V
V V E V
E V
V V V
RC P
o
V e
V
1
(11)設 RC 很大
) 1 (
RC V t
V
o
P
(12)忽略充電時間
RCf V RC
T V V
V RC V
V
P( 1 T )
P
R(pp),
R(pp)
P
P (13)3 2 3
2 2
2
1 0 ( )
) ( )
(
p p P R
T P
rms R P
dc R
V RC T V T
RC dt t V RC V
t
V V
(14)
近似值可用(15)式取代
( ) 2 1
r m s R P
DC
V V
V
(15)全波濾波只須將上列各式之週期(T)減半即可套用
三、電路圖
圖 3-1 半波整流+濾波 圖 3-2 全橋式全波整流率波
四、實驗步驟
4-1 軟體模擬
A. 半波整流+濾波
1. 如圖 4-1 模擬電路，設定變壓器比例為 12v/110v=0.109，V1 電壓設為正弦 波，電壓值為 157v(110
v
* 2
157v
)頻率 60Hz。如圖 4-2 所示
圖 4-1 半波整流模擬 圖 4-2 正弦波設定
2. 模擬設定：Action→Simulation setup→Edit，選擇 Transient 並設定 Data Setp Time 為 0.1m，Total Analysis Time 為 33.4m(2 個週期)，如圖 4-3、4-4 所示
圖 4-3 模擬選項 圖 4-4 模擬時間設定
圖 4-5 半波整流模擬結果 3. 模擬結果如圖 4-5 所示
4. 量測最大電壓 Vp: Graph1 畫面選 calculator→Measurement→Maximum 5. 量測平均值 Vdc：Graph1 畫面選 calculator→Measurement→Average 6. 量測有效值 Vrms：Graph1 畫面選 calculator→Measurement→RMS 7. 記錄上述電壓至表 4-1
8. 改變 RL 重做 3~7
9 加入電容與 RL 並聯重做 3~7 10. 完成表 4-1
表 4-1 半波整流實驗記錄表 Vp= v(量測值)
項 直流電壓 VDC VRrms 漣波率 γ% RL C uf
計算 量測 計算 量測 計算 量測
1 200 0
2 50 0
3 100 0
4 200 100
5 100 100
6 50 100
7 200 200
8 100 200
9 50 200
說明：1. VDC計算值為利用公式計算之值(其中 Vp 使用量測值)。
2. VRrms:加入電容後其計算值利為用公式(13) (14)計算得到，量測值為測 量之 Vp-p 帶入(14)計算得到。
B、全波整流+濾波
圖 4-6 全波整流模擬電路 圖 4-7 全波整流模擬結果 1. 將半波電路改成圖 4-6 之全波整流，另存新檔。
2. 環境設定如半波整流 3. 模擬結果如圖 4-7 4. 完成表 4-2 記錄
表 4-2 全波整流實驗記錄表 Vp= v(量測值)
項 直流電壓 VDC VRrms 漣波率 γ% RL C
計算 量測 計算 量測 計算 量測
1 200 0
2 100 0
3 50 0
4 200 100
5 100 100
6 50 100
7 200 200
8 100 200
9 50 200
4-2 硬體電路
CT F
Vsec
R
Vout
L C
變壓器盒
F 0.7V
R Vout +
_ _
+
0.7V L
+ +
_
_ D1 D2 D3
D4 110V AC
60Hz
B C
A
圖 4-8 半波整流濾波硬體電路 圖 4-9 全波整流濾波硬體電路
A、半波整流
1. 如圖 4-8 電路圖接線，先將電容移除
2. 電阻 R=200Ω，(串聯 2 個 100Ω/5w 水泥電阻)
3. 使用示波器量測 R 兩端電壓記錄波形
4. 使用 DM 量測 RL兩端 DC 電壓值
5. 改變 R 為 100Ω、50Ω(並聯兩個 100Ω/5w 水泥電阻) 6. 重做 3~4
7. 加上電容 C=100μ重做 3~5(電解電容有極性請勿反接)量測漣波時請將示
波器選擇在 AC(交流)模式才能使用小刻度測出微小的漣波 8. 改變電容 C=200μ重做 3~5
9. 完成表 5-1
B、全波整流
1. 如圖 4-9 電路圖接線，先將電容移除
2. 電阻 R=200Ω，(串聯 2 個 100Ω/5w 水泥電阻)
3. 使用示波器記錄波形
4. 使用 DM 量測 RL 兩端 DC 電壓值 5. 改變 R 為 100Ω、50Ω(並聯兩個 100Ω) 6. 重做 3~4
7. 加上電容 C=100μ重做 3~5 8. 改變電容 C=200μ重做 3~5 9. 完成表 5-2
提示:先作全波電路如圖 4-9，量測一欄數據後可以把圖 4-9 之 A 點導線移至 B 點就是半波整流可以得到半波相同欄位之數據
五、討論
1. 負載電阻 RL對漣波的影響 2. 濾波電容 C 對漣波的影響
3. 全橋與半橋整流差異及優劣為何
六、障礙排除及注意事項
現 象 原 因 排 除 方 法
AC 無輸出電壓 1. AC 電源(黑盒子)保險
絲燒燬
更換保險絲
無 DC 電壓 1. 二極體燒燬
2. DM 檔位錯誤
1. 更換二極體
2.選擇至 V DC 檔且範 圍(rang)要正確
漣波無法量測 1.波形含有直流成分 1.將示波器選為交流模
式 漣波無法穩定在示波器
上
1. 波形太小無法達到觸 發準位
2. 信號源錯誤
1. 調整觸發準位 2. 選擇觸發信號源為漣
波之 CH (1 或 2) 注意事項：
1. 量測半波與全波時，示波器接地點不同須注意(都須量測 RL兩端)。
2. 使用 DM 量測值為 VDC值，此電壓應與示波器量測波形中間值相同。
3. 量測小漣波時示波器使用 AC 模式。
4. 水泥電阻會因長時間流過電流造成溫度上升小心勿燙傷。
