12V交流电通过四个二极管,输出的为什么有交流电也有直流电?

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四个二极管其实构成了整流桥,整流桥的作用是将交流转化为直流,但是这里的直流并不是很平滑的直流,而是脉动直流,脉动直流经过滤波电容之后,仍然带有一定的波动。

1 整流桥后的脉动直流

交流电具有方向,由于二极管具有单向导电特性,在每半个周期只有两个二极管是导通的,另外两个二极管截止。整流桥的电路示意图如下图所示。

在交流电的正半周期,图中的二极管D12和D43导通,而其他两个二极管截止;在交流电的负半周期,图中的二极管D32和D41导通,而其余两个二极管截止。所以,经过二极管后,交流电的负半周期的波形被翻转至正半周期,波形变成正半周期的馒头波,即脉动直流。如下图所示。

2 滤波后的波形

为了得到较为平滑的直流波形,在整流桥后面加上一个滤波电容来实现功能,利用电容充放电的工作原理可以使波形变得较为平滑,但是仍然带有非常明显的纹波。所以,测量的时候仍然具有交流分量。下图就是滤波后的波形。

滤波后,为了得到较为纯净的直流电,可以再使用降压稳压电路来实现,如果压差不大的话可以使用LDO,如果压差较大的话可以考虑DC/DC降压IC,从纹波效果来说,LDO的纹波是好于DC/DC的,因为DC/DC的直流是PWM调制出来的,也会带有纹波,只是PWM的频率非常高,纹波比较小。

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根据提问者的描述,为什么12V交流电经过四个二极管之后,输出有交流电也有直流电?估计想表达的是为什么12V交流电经过4个二极管组成的桥式整流电路后,使用万用表测量,既有交流电压也有直流电压。整流是把交流变直流没错,但是不要光看字面意思,需要深入了解其基本原理就明白了。交流电只经过整流后是直流,但是并不是恒定直流,而是波动的直流电,所以总万用表测量仍然是有交流分量的。

桥式整流的基本原理

首先要明白桥式整流的基本原理,桥式整流电路的原理如下图所示,是由4个二极管组成,由二极管的正向导通,反向截止的特性也可以分析的出来,当输入为正半周期的电压时,二极管D3和D2导通,D1和D4截止,输出电压不变;当输入电压为负半周期时,二极管D1和D4导通,D3和D2截止,输出电压正好反向(假设为理想二极管,忽略二极管压降)。

▲桥式整流电路

交流电经过桥式整流电路的波形如下图所示,可见正半周期电压波形不变,负半周期电压波形与x轴反向。所以说12V交流电经过桥式整流后的电压波形是从0到12V *1.414即0~16.968V之间波动,经过桥式整流后的电压有效值为0.9U。其电压周期变化,电流方向不变,属于波动直流。

▲桥式整流前后波形

总结:桥式整流电路只是将负电压与x轴翻转变成正电压,而正电压不变,所以桥式整流电路也可以用在直流电路当中作为无极性防反输入。最后整流出来的波形是波动直流,还是一个波动的电压,既有交流分量也有直流分量,所以使用万用表直流档测量会有直流电压,而用交流档测量也会有交流电压。

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交流电通过整流二极管整流后还需要进行滤波才可以变为真正的直流电

二极管具有单向导通性,四个二整流二极管可以组成桥式整流电路,可以把双向的交流单整流为单向的交流电。

正弦波交流电经过桥式整流电路分析

  • 交流电为正半波的时候,从蓝色箭头方向经过二极管
  • 交流电为负半波的时候,从红色箭头方向流过二极管
  • 经过桥式整流电路后,正弦波的交流电变为了只有正半波的“交流电”了

有的朋友可能会问,整流只用到了两个二极管,那另外两个二极管有什么用呢?

当接入负载时,电流就需要经过另外的两个二极管构成回路。

所以12V正弦波交流电经过四个二极管组成的桥式整流电路输出波动很大的直流电,我们也可以理解为只有正半波的“交流电”。

脉冲交流电经过桥式整流电路分析

  • 脉冲交流电其实就是一个方波交流电,高低电平不断的变换,并没有负方向
  • 电压信号为高的时候可以通过二极管,经过四个二极管组成的整流桥后,波形并没有变化。

12V交流电经过四个二极管整流后还要经过电容滤波才可以变为稳定的直流电

  • 电容具有充、放电的特性,我们可以利用电容器进行滤波,把波动很大的直流电变为平滑的直流电。
  • 电压升高的过程,电容吸收电荷,进行充电,把电压拉低,电压降低的过程,电容释放电荷,进行放电,把电压稳定。

所以经过电容器进行滤波后,可以得到相对较为平稳的直流电。正弦波交流电12V指的是有效值,它的峰值会大于12V,经过四个二极管桥式整流和电容滤波后,直流电压为1.414倍,得到大约17V的直流电。

题主所说的输出有直流电又有交流电应该是交流成分的干扰信号

加入滤波电容后,虽然可以把电压滤得相对平稳,但还会有交流的干扰成分,特别是工作频率比较高的开关电源。我们还需要加入电感进行滤波。利用电感通直流,隔交流的特性,可以有效的把交流成分的干扰信号滤除。

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12V交流电通过下面的电路进行桥式整流之后,确实是既有交流电也有直流电的信号。

以市电为例,50Hz的信号经过桥式整流,相当于取绝对值,也就是负半周的部分被取反。

输出的绝对值信号是直流信号,50Hz信号,100Hz信号,150Hz信号...等50Hz信号的高次谐波信号的叠加。

将该绝对值信号用傅里叶级数展开,得到直流和各谐波信号的幅度为:

计算上式的定积分,可以得到,

直流成份的幅度为:

50Hz的n次谐波的幅度为:

当幅度E为12V时,所得的各频率的信号成份如下,

直流成份: a0=7.64V

50Hz: a1=5.09

100Hz: a2=-1.01

150Hz: a3=0.43

200Hz: a4=-0.24

所以,整波得到的绝对值信号实际上是由直流电和各种谐波交流电的叠加,如下图:

对于电源,我们需要通过电容滤除交流信号,只留下直流分量:


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凡是交流电经过二极管桥式整流后,还需要配合滤波电路的,才能是平整的直流电。

高端要求的,还可以设置三极管稳压电子滤波器——例如早期的黑白电视机电源电路。

提问者的基础知识太匮乏了!


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