一、市电
交流市电与我们关系最密切,我们每天都离不开它。为了安全,把220V市电变压为12V,作为研究对象。
取一只12V工频变压器,初级接220V市电,次级用一只3.2kΩ电阻做负载,如图1所示,用万用表交流50V电压挡测电压为12V左右;改用示波器测12V电压波形,如图2所示,波形幅度为32Vp-p,正半周、负半周各占16V,周期为20ms,即频率为50Hz。可见,交流市电波形的正半周、负半周波形的幅度完全相等,形状完全一样,整个波形是正弦波形。由于多种原因,我们所测波形已不像正弦波了,但我们仍按正弦波看待。
可见,用万用表测为12V交流电压,用示波器测为32V,相差2倍多,是何道理?道理很简单,万用表所测得的电压是有效值,而示波器所测得的电压为峰一峰值(即最大值),因此交流市电的峰一峰值是有效值的2倍根号2(2√2)。所以,当用万用表测得电源插座市电电压为220V时,改用示波器就为620Vp -p(注意:要用100:1探头,且小心触电)。
市电的整流:仍以12V电压为研究对象。
1.市电的半波整流。由于市电波形中的正半周波形和负半周波形的幅度、形状完全相同,因此不必考虑是将正半周波形取出来,还是把负半周波形取出来,也就是不需要考虑波形的相位。如图3所示,把12V交流电压进行半波整流,示波器面板上AC-DC开关放在DC位置,测量整流输出端波形可以看到,只剩下正半周波形,负半周波形没有了,周期仍为20ms,波形幅度为路,则波形变成一条水平亮线,与零电位线平行,幅度为16V。如图4所示,把一只1000μF/25V电解电容C接入电15V。这15V的水平直线就是12V市电半波整流、滤波后所得的直流15V电压。
半波整流只用了交流电的半个周期,得到直流电压脉动性大,交流电利用率低,但电路简单,元件少,故在小功率和要求不高的地方广泛使用。
2.市电的桥式整流。如图5所示,把12V交流电压进行桥式整流,示波器的AC-DC开关放在DC位置。可以看到,负半周波形没有了,而正半周波形增加,波形幅度为16V,而周期减小为10ms,即频率升高为100Hzo可见,桥式整流把负半周波形给移到正半周上,因此正半周波形频率是原来的2倍,即100Hz。如图6所示,把一只1000μ/25V电解电容接入电路,则波形变成了一条水平亮线,与零电位线平等,幅度为15V。这15V水平直线就是15V直流电压,是12V交流市电,经桥式整流滤波后所得。
桥式整流把交流电的两个半周波形都用上了,因此交流电的利用率高,得到直流电压脉动性小,故桥式整流在大功率和要求高的设备上广泛使用。
小结:(1)交流市电电压的测量,可用万用表和示波器测量,万用表所测的值为有效值,我们平常所说的220V或380V,都是指有效值。。示波器所测得的数值为峰一峰值,即最大值,交流市电的峰一峰值是有效值的2倍根号2(2√2)。
(2)12V交流市电经半波整流、桥式整流滤波后,所得到直流电压值基本相同。其中半波整流所得直流电压带负载能力差些,纹波频率为50Hz;而桥式整流所得直流电压带负载能力强,纹波频率为100Hz。
(3)不管半波整流还是桥式整流,所得直流电压值基本上与正半周(或负半周)波形幅度相同。