简 介: 在许多交流电许多交流电应用,即整流后交流电驱动实际直流负载。那么,从整流桥的输入端来看,负载的阻抗是多少呢?由于整流过程总是伴随着非线性过程,因此推断和解决整流阻抗具有一定的复杂性。通过一定的条件简化,研究了全波整流对应的等效阻抗的变化。 : ,,
▌01 整流负载阻抗
??几天前,为了进行无线电传输实验,对整流电路对应的负载阻抗进行了实验研究。具体结果见: 。利用全桥电路对无线电接收线圈输出的高频交流电进行整流,驱动后直流负载是大多数接收电路的结构。因此,研究全桥整流负载电阻抗具有重要的理论和实际意义。
▲ 对应桥梁整流电路的负载阻抗
??根据F. Pellitteri 等人在论文 给出的公式(4)指出全桥负载电阻为 R L R_L RL桥电路输入端口对应的等效电阻为: R L = 8 π 2 R 1 R_{L} = {8 \over {\pi ^2 }}R_1 RL=π28R1
在通过对于负载R1=100Ω时,全桥整流电路等效电阻测量为:93Ω左右,这与: R L = 8 π 2 × 100 = 81 Ω R_L = {8 \over {\pi ^2 }} \times 100 = 81\,\,\Omega RL=π28×100=81Ω
计算出来的理论值相比,实测的电阻偏大。这部分的电阻有可能来自于整流桥电路本身的等效阻抗。那么,问题来了:
下面尝试一下这个等效的阻抗公式的推导过程。
▌02 全桥整流负载阻抗
1.推导方法
(1)计算原理
求解全桥整流等效电阻采用在测量相同的方式,假设一个带有内阻 R 0 R_0 R0的正弦高频信号源发送电压 U 1 U_1 U1。当连接到整流负载之后,测量输出电压 U 1 U_1 U1,那么整流负载等效电阻为:
R e q = U 2 U 1 − U 2 R 0 R_{eq} = { {U_2 } \over {U_1- U_2 }}R_0 Req=U1−U2U2R0
▲ 使用带有内阻信号源来测量负载阻抗
上面公式中的 U 0 , U 1 U_0 ,U_1 U0,U1都使用信号的有效值。
下图显示了在前面实验中实测的 U 2 的 波 形 , 可 以 看 到 由 于 存 在 滤 波 电 容 U_2的波形,可以看到由于存在滤波电容 U2的波形,可以看到由于存在滤波电容C_1$,实测整流桥上的电压波形呈现被限钳位的电压波形。
▲ 整流桥中波形
(2)条件简化
为了方便理论推导,做如下的简化假设:
- 假设桥电路中的二极管是理想二极管:正向导通电阻、电压都为0;反向电阻为无穷大;
- 信号的周期 T 0 T_0 T0远远小于整流之后的负载 C 1 ⋅ R 1 C_1 \cdot R_1 C1⋅R1对应的时间周期;
在上述简化假设条件下,桥电路上的电压波形为。
▲ 桥电路施加电压波形
上面假设信号源 U 1 = sin ( t ) U_1 = \sin \left( t \right) U1=sin(t)。假设在稳态时,整流滤波电容 C 1 C_1 C1上的电压为 E 1 E_1 E1。因此,等电压幅值超过 ± E 1 \pm E_1 ±E1时,就被电容上的电压钳位了。
根据给定的 R 0 , R 1 R_0 ,R_1 R0,R1推导出对应的桥电路的等效电阻 R e q R_{eq} Req。
2.推导过程
为了方便,假设信号源输出的信号为 f ( t ) = sin ( t ) f\left( t \right) = \sin \left( t \right) f(t)=sin(t) 它对应的有效值为: 2 / 2 = 0.707 V \sqrt 2 /2 = 0.707V 2 /2=0.707V。
(1)求解E1
为了计算中“梯形正弦波”的有效值,则需要确定 E 1 E_1 E1的数值。根据前面的假设,根据电容上充电和放电相平衡的原理,确定 E 1 E_1 E1。
下面只对半个周期 t ∈ ( 0 , π ) t \in \left( {0,\pi } \right) t∈(0,π)过程进行分析。信号源在 t ∈ ( t 1 , π − t 1 ) t \in \left( {t_1 ,\pi - t_1 } \right) t∈(t1,π−t1)时间段,通过 R 0 R_0 R0对于滤波电容进行充电,充电电荷为:
Q c = ∫ t 1 π − t 1 sin ( t ) − E 1 R 0 d t Q_c = \int_{t_1 {\kern 1pt} }^{\pi - t_1 } { { {\sin \left( t \right) - E_1 } \over {R_0 }}dt} Qc=∫t1π−t1R0sin(t)−E1dt
在 ( 0 , π ) \left( {0,\pi } \right) (0,π)过程中,滤波电容通过 R 1 R_1 R1放电,释放电荷: Q d = E 1 R 1 π Q_d = { {E_1 } \over {R_1 }}\pi Qd=R1E1π
根据 Q d = Q c Q_d = Q_c Qd=Qc,以及 E 1 = sin ( t 1 ) E_1 = \sin \left( {t_1 } \right) E1=sin(t1)。可以得到关于 E 1 E_1 E1的方程: 1 R 0 ∫ arcsin ( E 1 ) π − arcsin ( E 1 ) [ sin ( t ) − E 1 ] d t = E 1 R 1 π {1 \over {R_0 }}\int_{\arcsin \left( {E_1 } \right)}^{\pi - \arcsin \left( {E_1 } \right)} {\left[ {\sin \left( t \right) - E_1 } \right]dt} = { {E_1 } \over {R_1 }}\pi R01∫arcsin(E1)π−arcsin(E1)[sin(t)−E1]dt=R1E 标签: 无穷电阻网络的等效电