倍壓整流電路設計與分析，多倍壓電路原理解析，橋式整流電路經典演示

　　倍壓整流電路設計和分析：

　　為了得到倍壓整流電路輸出電壓的數值，首先必須明確電路中的二極管在什么條件下導通和什么條件下截止。為簡化分析，設負載開路且電路已經進入穩態，然后對每個電容上的電壓逐個分析，最后得到輸出電壓。

　　以圖1為例，設B點為地，變壓器副邊電壓有效值為U2。

　　C1上的電壓：u2正半周時，即A點“＋”，B點“－”時，如圖中實線所示，電流從A經D1向C1充電，穩定時C1上的電壓為，上正下負。在u2正半周時D2是否導通，視C2上的電壓而定。

　　C2上的電壓：u2正半周時不可能通過D2對C2充電，事實上，在u2負半周，即A點“－”，B點“＋”時，u2和C1上的電壓疊加通過D2對C2充電，如圖中虛線所示，因而進入穩態時，C2上的電壓可達，極性右正左負。

　　C3上的電壓：u2正半周時，若C2已經進入穩態，則將與u2疊加通過D3對C3充電，如圖中點劃線所示，C3上的電壓可達，極性上正下負。因此，輸出電壓，可見這是個三倍壓電路。

　　必須指出，三個電容的充電過渡過程是同時發生的，進入穩態后，三個二極管均截止。帶上負載電阻并進入穩態后，在u2的各個周期均有各個電容的充放電過程，但各個電容上平均電壓的比例關系基本不變。

　　多倍壓整流電路是如何實現的？

　　下圖所示的科克羅夫特-沃爾頓（CochcroftWalton）電路是典型的多倍壓整流電路。

　　多倍壓整流電路

　　當將幾個由二極管和電容器組成的半波倍壓整流電路作幾級串聯連接時，交流電壓經二極管D1～Dn在每半個周期內對電容器C1～Cn進行串并聯充放電，用低的交流輸入電壓就可以獲得單級半波倍壓整流電路時幾倍的直流輸出電壓。

　　其工作過程是，首先在交流的負半周時交流電源經D1對C1充電，接著在正半周時交流電源與C1上的電壓相加經D2對電容器C2充電，充得的電壓是電容器C1充電電壓的兩倍。接下來在負半周時，除了電源經Dl對電容器C1充電之外，交流電源還與C2上的電壓疊加經D3對C3、C1充電，C3上的充電電壓是C1上的兩倍。在正半周時交流電源與C1上的電壓疊加，除了經D2對電容器C2充電之外，還與C1、C3上的電壓疊加經D4對電容器C4和C2充電，C4上充得的電壓是電容器C1上電壓的兩倍。以此類推，可知輸出的直流電壓與半波倍壓整流電路的級數有關。圖中串接有三級半波倍壓整流電路，C2、C4、C6上的充電電壓均為C1上的充電電壓的兩倍，三個電容串聯之后充電電壓為C1上充電電壓的6倍。

　　橋式整流經典電路：

　　橋式整流這種基本電路，對于未人門的學生來說，初次面對該種電路；不勉會感到過分抽象而難于理解：于是筆者設計了這款“橋式整流”演示電路（見下圖）。j它利用發光二極管的單向導電特性，直觀地表示電流的流向。

　　電路工作原理

　　IC接成自激多諧振蕩電路，其振蕩頻率由C1和W4控制。IC③腳輸出的振蕩信號控制BG1和BG2輪流導通，這樣A點的電位相對于B點而言，就成了高低相間的交流電。當lC③腳輸出低電平時，BG2導通，BG1截止，這樣A點為低電平，B點為高電平，電流就通過B→LED2→LED5→LED4→A流動。此時，LED2、LED5、LED4均發光。當IC③腳輸出高電位時，BG1導通，BG2截止，A點為高電位，B點為低電位。此時電流經A→LEDI→LED5→LED3→B流動，LED1、LED5、LED3均發光，這樣整個電路就模擬完成橋式整流過程。在電路中LED5用來演示橋式整流電路輸出端的正負極性。

　　元件選擇與制作

　　IC選用時基電路NE555或HA17555等均可。C1和W1可根據實際情況選定，以滿足不同需要。五個發光二極管可選用高亮度的，但LED5最好與其他四個LFD顏色不同。電池可用兩個6V的層疊電池。整個電路可裝在一塊較大的三合板上，五個發光二極管均裝在板的正面，并在對應位置上描好橋式整流的電路。值得注意的是，C1的取值應使發光二極管在輪流導通與輪流截止時，具有明顯的分辨率，調節Wl，能改變振蕩頻率，即等效改變交流電的頻率。若在A、B兩點接上一只電壓表，在靜態時，使指針指在中間刻線位置。這樣，隨BGI和BG2的輪流導通，指針能左右擺動，就能更直觀地演示出“交流電流的方向是不斷改變的。”