桥式整流电容滤波电路输出电压的波形分析

李文静

（商丘医学高等专科学校，河南商丘 476100）

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RL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。

1 输出电压波形分析中的几种不同观点

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u降，=并u设电容器初始电压为零，由于电容器C与负载RL并联，即 0c，可见，分析输出电压波形，就是对uc波形形成的分析和描述。

1.1 第一种说法

u2的正半周从零开始上升时，二极管D1、D3导通，向负载供电u的同时向电容C充电。若忽略二极管的正向压降，0−t1时段,c与u2上升一致，即按正弦规律上升，直到t1时刻uc、u2均达到最大值。t1−t2时段，u2按正弦规律下降，电容开始放电，uc按指数规律下降。在t2时刻以后，由于u2＜uc，D1、D3反偏而提前截止，电容器通过负载电阻继续放电，uc按放u电曲线bc段下降，直到u2的负半周，当u2＞uc时，D2、D4导通，2重新开始给电容充电，工作情况与正半周时相似。在输入正弦电压的一个周期内，电容器充电两次，放电两次，反复循环，使输出电压趋于平直。

可见此种观点，对t1−t2时段的D1、D3状态没有给出描述，只指出电容开始放电且电压按指数规律下降。D1、D3是在t2时刻以后才截止，截止原因是此时u2＜uc。

1.2 第二种说法

观点表明，u此电路在t1−t2时段D1、D3导通并对电容器充电，但对此时段c的变化规律没有给出描述。D1、D3在t2时刻不再导电，在t2−t3时段uc按指数规律下降，直到负半周，电容u器再次经过充电、放电过程，输出与正半周时相似的uc波形，即0。

1.3 第三种说法

观点表明，t1−t3时段，电容放电，uc按指数规律下降。D1、D3在t1时刻就开始截止，也即是说t1−t2时段，D1、D3已处于截止状态。

此观点认为，由于在t1−t2时段，电容电压按指数规律下降的变化率u与副u边电压按正弦规律变化的变化率基本相同，可认为此时段c按2规律下降，只有t2时刻以后uc才按指数规律下降。

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“0−t1时段,uc按正弦规律上升，与u2上升一致”以及“t2时刻以后uc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。

问题一：0−t1时段,uc与u2上升一致，即按正弦规律上升,为什么？

问题二：t1−t2时段电容器到底是充电还是放电？判断充、放电的标准是什么？

问题三：t1−t2时段D到底是导通还是截止？D的状态对电容器充、放电有什么影响？

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。

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，即电容器放电过程中，它两端的电压随时间按指数

−t规律下降，即uc放=UeRC。

而图1电路中正弦交流电u2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。

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u2(t) =U2sinωt(Rint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KVL、KCL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Rin《tRL及Rint≈0，于是输出函数的图形最终基本与正弦函数图像一致，即uc≈U2sinωt。因此，由以上分析看出，0−t1时段,电容电压是按正弦规律上升，uc与u2保持一致。

第一种观点，没有描述t1−t2时段D的工作状态，直接给出电容开始放电的时刻t1及其指数下降规律；第二种观点，确定了t1−t2时段D的工作状态，但没有描述此时段uc的变化规律；第三种观点，则认为t1−t3时段，电容放电，只不过在t1−t2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u，所以，t1−t2期间可认为uc按正弦规律下降，只有t2时刻以后c才按指数规律下降。

通过分析对比，可见三种说法中关于t1−tt2时−段t二极管的工作状态及电容放电的起始时刻存有分歧，那么，12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u极管的正向压降的影响，设Rint≈0，这样，由于电容两端的电压c等于变压器副边输入电压u2，二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u采用二极管两u端的电位的变化率大小来判断[6]，就是通过比较2的变化率与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。因此，当二极管导通时，电路对电容器充电，uc≈U2sinωt，按正弦规律下降，反之，电容器对RL放电，按指数规律下降。

3 结论

在单相u桥=式u整流=滤u波电路中，电容C是直接并联在负载RL两端的，则cRLo，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u滤波电路输出电压波形形成应做如下描述，即在0−t1时段,当2的正半周从零开始u上升时，二极管D1、D3导通，向负载供电的同时向电容C充电t，−ct随u2按正弦规律上升u，直到t1时刻uc、uu2均达到最大值；1t2时段，D1、D3导通，c仍然充电且随2按正弦规律u下降；在2时刻以后，D1、D3截u止，电容器通过负载电阻u放电，c按放电曲u线bc段下降，直到2的负半周，当u2＞c时，D2、D4导通，2重新开始给电容充电，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。

[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[EB/OL].[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)