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• 前言
• 一、直流(AC)與交流(DC)的區別
• 二、轉換步驟：降壓+整流+濾波+穩壓
• 1. 整流：交流電→直流電
• 2. 濾波：濾除脈動直流的交流部分
• 3. 穩壓：穩定到需要的電壓值
• 三、簡單分辨直流電與交流電

前言

日常生活中用到的都是220V的交流電，在將其轉換為直流并且降壓的情況下才能用于日常生活的機器和設備。

一、直流(AC)與交流(DC)的區別

交流(AC)：電流方向隨時間作周期性變化的為交流電，在一個周期內的運行平均值為零。通常波形為正弦波形、角形波、正方形波，交流電可以有效傳輸電力。生活中使用的市電就是具有正弦波形的交流電，拿家用的220V電來說，零線的電位是0V，火線因為時間不同分別對零線產生加減的相應電位，加的時候電流是一個方向，減的時候電流又是一個方面，這樣就形成了交替變換方向的電流，所以叫做交流電。

直流(DC)：方向會隨著時間發生改變，但是直流電沒有周期性變化。

二、轉換步驟：降壓+整流+濾波+穩壓

1. 整流：交流電→直流電

整流電路是將工頻交流電轉換為脈動直流電。

原理：一個理想的整流器可視為一個開關，正半周的交流輸入時，就有電壓輸出，如同開關接通一樣。反之，如果負半周交流輸入，則無電壓輸出，也就相當于開關切斷一樣。所以當正半周的交流輸入，此開關的有效電阻為零。而在負半周的交流輸入時，有效電阻為無窮大。

實際上整流器不可能這樣理想，但相差不遠。電子管整流器未導電時，其電阻極大，此時的電阻稱為逆向電阻。整流器導電時，其電阻很小，此時的電阻為順向(正向)電阻。無論任何情況，所有的整流器都只允許一個方向導電，此種特性稱為單向傳導或單向特性。→ 二極管有類似特性

分類：半波整流、全波整流、橋式整流。

半波整流

在變壓器后接一個二極管，由于二極管具有單向導電特性，所以在一個周期內只有正半波到達負載。

但是，半波整流負半周期被全部舍棄，效率極低。

全波整流

利用副邊有中心抽頭的變壓器和兩個二極管構成的全波整流電路，可以看作由兩個半波整流構成，在正半周期上邊的二極管導通，在負半周期下邊的二極管導通，負半周期的波形被翻上。

正半波和負半波都通過，變為正向電壓，效率比半波整流高。

橋式整流

單相橋式整流電路是最常用的、最基本的將交流轉換為直流的電路，開關電源、充電器中使用。橋式整流的關鍵元器件是整流橋，由四個二極管構成，在半個周期內只導通兩個二極管，另外兩個截止，相互交替。

當正半周時，二極管D1、D3導通，在負載電阻上得到正弦波的正半周。當負半周時，二極管D2、D4導通，在負載電阻上得到正弦波的負半周。在負載電阻上正、負半周經過合成，得到的是同一個方向的單向脈動電壓。

效率高、直流電壓波紋小。

2. 濾波：濾除脈動直流的交流部分

經過整流電路后，得到了具有波幅的正向電壓，普通電子產品無法直接使用。需要通過濾波電路將脈動直流中的交流成分濾除，減少交流成分，增加直流成分。

利用電容器放電和存儲電荷特性把正向的半波電壓變為平穩的直流電壓。

把電解電容并在整流后的電源上，并注意電解電容的正極接到電源的正極上，把電解電容的負極接到電源的負極上。上圖是由兩個電容并聯的濾波電路。

注意：電解電容的耐壓一定要比整流前的交流電壓高根號2倍以上(二極管反向電壓為兩倍根號2倍的電容電壓，二極管電流為通過負載電流的一半)(整流前電壓→負載電容耐壓MAX→二極管反向電壓MIN)。例如24V交流電通過整流橋后，估算得到的濾波電路電壓為24*1.414=33.936≈34V。后通過7824穩壓器(后兩位為穩壓的電壓值)穩壓得到直流24V。

P.S. 整流橋封裝要會看DATASHEET，常見型號如KBJ4005表示通過電流4A、最大反向耐壓(maximum recurrent peak reverse voltage)50V，KBJ401最大反向電壓100V，KBJ410最大反向耐壓1KV。(均為負載電壓兩倍)

3. 穩壓：穩定到需要的電壓值

一方面，交流電的供電電壓是不穩定的，因此會造成整流濾波電路輸出的直流電壓也不穩定;另一方面，由于整流濾波電路必然存在內阻，當負載電流發生變化時，輸出電壓也會受到影響而發生變化。

穩壓電路采用負反饋技術，對整流后的直流電壓進一步進行穩定。例如：常用的7805穩壓器就是穩定到直流5V。

穩壓電路繁多，有多種分類方式：

按輸出電流的類型分為：直流穩壓電路和交流穩壓電路。

按穩壓電路與負載的連接方式分為：串聯穩壓電路和并聯穩壓電路。

按調整管的工作狀態分為：線性穩壓電源和開關穩壓電源。

按電路類型分為：簡單穩壓電源，反饋型穩壓電源和帶有放大環節的穩壓電路。

最簡單的穩壓二極管穩壓電路

穩壓二極管，又叫齊納二極管，是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。在這臨界擊穿點上，反向電阻降低到一個很小的數值，在這個低阻區盡管流過二極管的電流變化很大，而其兩端的電壓卻變化極小，并且這種現象的重復性很好，從而起到穩壓作用。因為這種特性，穩壓管主要被作為穩壓器或電壓基準元件使用。

其中，Vi為未穩壓的輸入直流電壓，V0為經過穩壓的直流電壓，R為Dz的限流保護電阻，又起電壓調整作用，DZ為穩壓二極管，RL為負載電阻。

其工作原理是：此電路主要利用穩壓二極管的穩壓特性，即Dz反向導通后其兩端的壓降基本保持不變。當Vi增大引起R上的電流增大，但V0即DZ兩端的電壓保持恒定不變，這樣Vi的增大量全部降在R上，以保持V0不變，反之亦然。在實際應用中RL的特性和DZ的特性對整個穩壓過程起關鍵作用。

但是，穩壓電路的工作范圍受穩壓管最大功耗的限制，即Iz不能超過一定數值。在Vi、RL及V0均為給定的條件下，R值的選取應保證在輸入電壓為最大值Vimax時，穩定電流Iz和穩壓管允許的功耗不超過規定的最大值;在輸入電壓為最小值時，又能保證Iz不低于最小的穩定電流。

開關型穩壓電路

開關穩壓電路同樣有多種分類方式：

按輸入電源和輸出電源的類型可分為AC-DC-AC-DC型開關穩壓電路和DC-DC型開關穩壓電路。

按激勵方式可分為自勵式和他勵式。

按接控制方式分為調寬式和調頻式兩種，在實際的應用中，調寬式使用得較多，在目前開發和使用的開關電源集成電路中，絕大多數也為脈寬調制型。

有一個計算公式：

對于單極性矩形脈沖來說，其直流平均電壓Uo取決于矩形脈沖的寬度，脈沖越寬，其直流平均電壓值就越高。直流平均電壓Uo可由公式計算，Uo=Um×T1/T。其中，Um為矩形脈沖最大電壓值;T為矩形脈沖周期;T1為矩形脈沖寬度。

從上式可以看出，當Um與T不變時，直流平均電壓Uo將與脈沖寬度T1成正比。這樣，只要我們設法使脈沖寬度隨穩壓電源輸出電壓的增高而變窄，就可以達到穩定電壓的目的。

三、簡單分辨直流電與交流電

用萬用表測量：如果用直流電壓檔量交流電，萬用表沒有反應;如果用直流電壓檔量直流電，萬用表有正常的指示，那么，紅表筆接的是正極黑表筆接的是負極;如果紅表筆接的是負極，黑表筆接的是正極，萬用表的指針將反起跑(向左邊移動)。